海洋混凝土結構環境作用等級與耐久性設計參數的中外規范對比

余 波，喻澤成，范志宏，楊綠峰

(1. 廣西大學 土木建筑工程學院，廣西 南寧 530004；2. 廣西大學工程防災與結構安全教育部重點實驗室，廣西 南寧 530004；3. 廣西防災減災與工程安全重點實驗室，廣西 南寧 530004；4. 中交四航工程研究院有限公司，廣東 廣州 510230)

受腐蝕性海洋氯鹽環境作用的侵蝕，海港工程、跨海大橋等海洋混凝土結構時常提前發生鋼筋銹蝕、混凝土開裂、承載力退化等耐久性劣化問題。如何保證海洋混凝土結構滿足預定的設計使用年限和耐久性要求，成為土木工程領域普遍關注的工程技術難題。

歐洲、日本和美國等發達國家和地區較早開展混凝土結構耐久性研究，并先后發布了一系列混凝土結構耐久性設計標準、規范和指南。早在1989年，歐洲混凝土結構委員會(CEB)就發布《耐久混凝土結構設計指南》[1]，隨后歐洲標準學會(CEN)制定了EN 1992-1-1: 2004標準[2]，系統闡述了混凝土結構耐久性的基本原則和技術要求。此后，歐洲南部(葡萄牙)、中部(荷蘭、英國和德國)和北部(丹麥和挪威)等多個國家結合各地實際情況發布了修訂標準[3-17]；1990年日本土木工程學會(JSCE)發布了《混凝土結構耐久性設計建議》[18]，并在2007年發布的《日本混凝土指南》[19]中明確提出了耐久性設計內容；1992年美國混凝土學會(ACI)發布《混凝土耐久性指南》[20]用于指導耐久性設計，此后將耐久性設計融入ACI 318-19標準[21]。隨著耐久性研究的深入，許多國家都將耐久性設計作為混凝土結構設計的重要組成部分，包括2000年印度發布的IS 456: 2000標準[22]、2014年南非標準部門發布的SANS 10100-2: 2014標準[23]、2018年澳大利亞標準協會發布的AS 3600: 2018標準[24]、2019年加拿大標準協會(CSA)發布的CSA A23.3-19標準[25]等。我國混凝土結構的耐久性研究相對較晚。在充分吸收國內外研究經驗的基礎上，2000年我國交通部頒布了《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規范》[26]，2004年土木工程學會牽頭發布了《混凝土結構耐久性設計與施工指南》[27]，對混凝土結構耐久性設計與施工的基本原則和方法作了技術規定。隨后，2008年住建部頒布了國家推薦標準《混凝土結構耐久性設計規范》[28]，并在2019年發布了修訂版本[29]。期間，國內還發布了多部行業標準，包括鐵道部2010年頒布的《鐵路混凝土結構耐久性設計規范》[30]、交通運輸部2012年頒布的《海港工程高性能混凝土質量控制標準》[31]、2015年頒布的《水運工程結構耐久性設計標準》[32]和2019年頒布的《公路工程混凝土結構耐久性設計規范》[33]等。

通過分析發現，目前國內外現行的耐久性設計標準、規范和指南主要基于工程經驗和定性分析，根據環境腐蝕機理特征，對混凝土環境條件進行分類分級描述，并對混凝土的保護層厚度、水灰比、膠凝材料用量和強度等級等耐久性設計參數做出技術規定，預期從材料技術指標、構造規定、施工要求等方面來保證混凝土結構滿足預定的耐久性要求。由于沒有建立耐久性設計參數與腐蝕環境作用、設計使用年限、保護層厚度、氯離子擴散系數、臨界氯離子濃度等重要參數之間的量化關系，導致對于相同的工程對象，根據不同的規范、標準或指南所劃分的環境條件和環境作用等級有所不同。同時，即便是在相同的環境條件和環境作用等級條件下，根據不同的規范、標準或指南所確定的最低混凝土強度等級、最大水膠比、最小膠凝材料用量、最小保護層厚度等耐久性設計參數也存在顯著差異。因此，有必要對目前國內外現行的混凝土結構耐久性設計標準、規范和指南進行系統全面的對比分析。

鑒于此，收集了國內外14個國家和地區具有代表性的32部混凝土結構耐久性設計規范，系統對比分析國內外不同規范對于海洋氯鹽環境條件和環境作用等級劃分的依據和差異性，進而圍繞最低混凝土強度等級、最大水膠比、最小膠凝材料用量、最小保護層厚度、抗氯離子滲透性指標限值、最大初始氯離子含量和最大裂縫寬度等方面，系統對比分析了不同規范針對海洋大氣區、浪濺區、潮汐區和水下區環境條件下混凝土結構耐久性設計參數限值的差異性，為海洋混凝土結構的耐久性設計提供了參考。

1 環境條件與環境作用等級的劃分

國外的混凝土結構耐久性設計規范主要包括歐洲規范[2，34]、加拿大規范[25，35]、日本規范[19]、美國規范[21，36]、澳大利亞規范[24]、印度規范[22]和南非規范[23]等，見表1。其中，歐洲規范[2，34]主要基于歐洲標準化協會(CEN)制定的歐洲通用規范EN 1992-1-1:2004[2]和EN 206-1: 2000[34]，葡萄牙、荷蘭、英國、德國、丹麥和挪威等歐洲國家均在此基礎上結合各地的實際情況進行了修訂完善[3-17]。歐洲(EN)規范[2，34]根據不同暴露區域氯鹽的腐蝕機制將海洋氯鹽環境劃分為XS1(大氣區)、XS2(水下區)和XS3(潮汐浪濺區)三個等級；加拿大(CSA)規范[25，35]綜合考慮暴露條件、結構構件類型和腐蝕嚴重程度，將水下區劃分為C-3級，將潮汐浪濺區和大氣鹽霧區劃分為C-1級或C-XL級；日本(JSCE)規范[19]根據環境腐蝕嚴重程度，將水下區和離海岸線距離0.1～1 km的大氣輕度鹽霧區劃分為腐蝕環境，將潮汐區、浪濺區和離海岸線距離小于0.1 km的大氣重度鹽霧區劃分為嚴重腐蝕環境，并認為離海岸線大于1 km的區域通常不受海洋大氣鹽霧影響；美國(ACI)規范[21]沒有對海洋環境條件進行細分，將海洋氯鹽環境和潮濕環境統一劃分為C2級；美國(AASH)規范[36]將潮汐浪濺區和水下區劃分為海水環境，將大氣區劃分為海岸環境；澳大利亞(AS)規范[24]根據混凝土結構沿豎向(高度)和水平方向上的腐蝕程度，將海洋氯鹽環境作用按照嚴重等級劃分為B1(輕度鹽霧區)、B2級(水下區)、C1級(重度鹽霧區)和C2級(潮汐區和浪濺區)，其中，將離海岸線外1～50 km范圍內的海洋環境劃分為輕度鹽霧區，將離海岸線1 km以內的海洋環境劃分為重度鹽霧區；印度(IS)規范[22]將海洋水下區和大氣區劃分為惡劣等級，將浪濺區劃分為非常惡劣等級，將潮汐區劃分為極端惡劣等級；南非(SANS)規范[23]將離海岸線小于30 km的區域劃分為非常惡劣等級，將直接與海水接觸的區域劃分為極端惡劣等級。由此可見，EN、CSA、JSCE、AS、IS等規范對海洋氯鹽環境條件和環境作用等級的劃分相對比較系統全面，而ACI、AASH、SANS等規范的劃分相對比較粗略；對于不同的規范，浪濺區和潮汐區的環境作用等級相對較高，其次是重度鹽霧區和輕度鹽霧區，水下區的環境作用等級最低；國外規范主要根據暴露條件和海岸線距離等因素劃分海洋氯鹽環境條件和環境作用等級，但是對于水下區、潮汐區、浪濺區和大氣區的劃分缺乏系統標準。

國內的混凝土結構耐久性設計規范主要包括海港工程[26，31]、水運工程[32]、鐵路工程[30]、公路工程[33]等領域規范及土木工程學會標準[27]和國家標準[29]等，見表1。其中，海港工程(JTJ、JTS2)規范[26，31]和水運工程(JTS1)規范[32]考慮混凝土結構沿豎向(高度)方向上的腐蝕程度差異，將海洋氯鹽環境條件劃分為水下區、潮汐區、浪濺區和大氣區，但是沒有考慮混凝土結構沿水平方向(如離海岸距離)的腐蝕程度差異；鐵路工程(TB)規范[30]根據侵蝕部位、離海岸線距離、濕度以及水中和土中氯離子濃度等因素，將氯鹽環境劃分為L1、L2和L3三級；公路工程(JTG)規范[33]根據氣候條件、離漲潮線距離和暴露條件等因素，將氯鹽環境劃分為水下區和鹽霧影響區(C級)、輕度鹽霧區(D級)、重度鹽霧區和非炎熱地區的潮汐浪濺區(E級)以及炎熱地區的潮汐浪濺區(F級)，其中將漲潮線外0.3～1.2 km范圍內的陸上環境劃分為鹽霧影響區，將漲潮線外0.1～0.3 km范圍內的陸上環境劃分為輕度鹽霧區，將離漲潮線0.1 km以內的陸上環境劃分為重度鹽霧區；土木工程學會(CCES)標準[27]將氯鹽環境作用劃分為水下區和輕度鹽霧區(D級)、重度鹽霧區和非炎熱地區的潮汐浪濺區(E級)以及炎熱地區的潮汐浪濺區(F級)；國家(GB)標準[29]將海洋氯鹽環境條件和環境作用等級劃分為水下區(C級)、輕度鹽霧區(D級)、重度鹽霧區和非炎熱地區的潮汐浪濺區(E級)以及炎熱地區的潮汐浪濺區(F級)。JTG、CCES和GB三個標準均以平均水位上方15 m和離漲潮岸線0.1 km為界劃分輕度鹽霧區和重度鹽霧區，將潮汐區和浪濺區合并為潮汐浪濺區，并將非炎熱地區和炎熱地區的潮汐浪濺區分別劃分為E級和F級。由此可見，與國外規范相比，國內規范的環境作用等級劃分相對更為系統全面，而且考慮了混凝土結構沿豎向和水平方向上腐蝕程度的差異性以及溫度、濕度等對耐久性影響較大的因素影響，但是在離海岸線距離、所處海水環境位置、溫濕度等方面的劃分依據和形式存在差異；考慮到浪濺區的干濕循環次數多、氯離子供給充足、含氧量豐富等因素，國內規范[26-27，29-33]對浪濺區所劃分的環境作用等級高于潮汐區，而國外規范[2-17，19，21-25，34-36]通常將潮汐區和浪濺區劃分為同一環境作用等級；中外規范雖然劃分了環境作用等級，但是主要采用中度、嚴重、非常嚴重和極端嚴重等定性描述，由于缺乏不同等級環境作用的量化指標(如表面氯離子濃度)，從而無法為海洋混凝土結構的耐久性分析與設計提供量化邊界條件[32，37-39]。

表1 不同規范的環境條件和環境作用等級劃分標準Tab. 1 Classification criteria of environmental conditions and environmental action classes for various codes

2 耐久性設計參數的限值

當前，國內外混凝土結構耐久性設計規范主要基于工程經驗和定性分析，預期通過限制混凝土的強度等級、水膠比、膠凝材料用量、保護層厚度、氯離子擴散系數或電通量、氯離子含量以及裂縫寬度等參數的限值來保證混凝土結構的耐久性。因此，有必要圍繞國內外規范的耐久性設計參數限值開展系統性對比分析。需要說明的是，鐵路工程(TB)規范[30]采用的設計使用年限為60 a，而其他規范采用的設計使用年限統一為50 a；CCES[27]、JTG[33]、GB[29]、JSCE[19]和CSA[25，35]等規范以墩柱等條形構件為例，其他規范沒有明確區分面形構件和條形構件。

2.1 最低混凝土強度等級

混凝土強度等級與混凝土的孔隙結構和密實性等性能指標密切相關，而且混凝土強度比較容易測定，所以國內外耐久性設計規范普遍對最低混凝土強度等級進行了限定，見表2。其中，CSA、ACI和AS規范采用的是標準圓柱體試件(Φ150 mm×300 mm)的抗壓強度等級，而其他規范采用的是標準立方體試件(150 mm×150 mm×150 mm)的抗壓強度等級。由表2可知，在相同的環境條件下，國內外不同規范給定的最低混凝土強度等級通常相差3～4個等級；對于不同的環境條件，各國規范給定的最低混凝土強度等級也存在顯著差異。其中，潮汐區和浪濺區的最低混凝土強度等級相對較高，而水下區和大氣區的最低混凝土強度等級相對較低，二者通常相差2～3個等級。對于大氣區，當離漲潮線距離小于0.1 km時，TB、JTG、CCES和GB規范的最低混凝土強度等級提高1個等級。對于潮汐區和浪濺區，當位于炎熱(南方)地區，JTG、CCES、GB和JTJ規范的最低混凝土強度等級提高1個等級；對于大氣區，JTJ、JTS1、BS和IS等規范的最低混凝土強度等級相對較低(C30)，而JTS2、CCES、GB和SANS等規范的最低混凝土強度等級相對較高(C40～C45)。對于潮汐區和浪濺區，JTJ、JTS1、TB、BS、CSA和IS等規范的最低混凝土強度等級相對較低(C30～C35)，而JTS2、JTG、CCES、GB、EN、NP和DIN等規范的最低混凝土強度等級相對較高(C45～C50)；此外，我國海港工程和水運工程(JTJ、JTS2和JTS1)規范對于浪濺區的最低混凝土強度等級比潮汐區的高1～2個等級，其他規范對于潮汐區和浪濺區的最低混凝土強度等級一致；對于水下區，JTJ、JTS1、TB、BS、CSA和IS等規范的最低混凝土強度等級相對較低(C25～C30)，而JTS2、CCES、GB、EN、NP、DIN、AS和SANS等規范的最低混凝土強度等級相對較高(C40～C45)。對于CSA規范，大氣區、潮汐區和浪濺區的最低混凝土強度等級為C35，水下區的最低混凝土強度等級為C30；對于ACI規范，所有環境條件下的最低混凝土強度等級均為C35；對于AS規范，輕度鹽霧區的最低混凝土強度等級為C32，水下區的最低混凝土強度等級為C40，而重度鹽霧區、潮汐區和浪濺區的最低混凝土強度等級為C50。

表2 不同環境條件下各規范的最低混凝土強度等級對比Tab. 2 Comparison of minimum concrete strength classes for various codes under different environmental conditions

2.2 最大水膠比

混凝土的水膠比與混凝土的密實性、抗滲性和力學性能等指標密切相關。不同環境條件下各規范給定的最大水膠比如圖1所示。由圖1可知，在相同的環境條件下，國內外不同規范給定的最大水膠比存在顯著差異，通常相差0.15～0.20；對于不同的環境條件，各國規范給定的混凝土最大水膠比也存在顯著差異。其中，潮汐區和浪濺區的最大水膠比相對較低，大氣區和水下區的最大水膠比相對較高，二者通常相差0.10；對于大氣區，當離漲潮線距離大于0.1 km時，TB和JTG規范的最大水膠比提高0.05，CCES規范的最大水膠比提高0.02，當位于北方地區時，JTJ和JTS1規范的最大水膠比提高0.05；對于潮汐區和浪濺區，當位于炎熱地區，JTG、CCES和GB規范的最大水膠比降低0.04，當位于北方地區，JTJ和JTS1規范的最大水膠比提高0.05～0.10。對于大氣區，JTS2、GB、BS、CSA和ACI等規范的最大水膠比相對較低(0.35～0.40)，而JTJ、JTS1、TB、JTG、EN、NP、NEN和DIN等規范的最大水膠比相對較高(0.50～0.55)；對于潮汐區和浪濺區，JTS2、CCES、GB、BS、CSA、ACI和IS等規范的最大水膠比相對較低(0.35～0.40)，而JTJ和TB等規范的最大水膠比相對較高(0.50～0.55)；值得注意的是，我國海港工程和水運工程(JTJ、JTS2和JTS1)規范對于浪濺區的最大水膠比要比潮汐區的低0.05～0.15，而印度IS規范對于浪濺區的最大水膠比比潮汐區的低0.05，其余規范對于潮汐區和浪濺區最大水膠比一致；對于水下區，JTS2、GB、BS和ACI等規范的最大水膠比相對較低(0.40)，而JTJ、JTS1和TB等規范的最大水膠比相對較高(0.55～0.60)。

圖1 不同環境條件下各規范的最大水膠比對比Fig. 1 Comparison of maximum water-to-binder ratios of various codes under different environmental conditions

2.3 最小膠凝材料用量

膠凝材料用量對混凝土的和易性、密實性、抗滲性等指標影響較大。不同環境條件下各規范給定的最小膠凝材料用量如圖2所示。由圖2可知，對于不同的環境條件下，各國規范給定的最小膠凝材料用量總體上差異不大(300～400 kg/m3)，但在考慮環境因素方面各規范存在略微差異。對于大氣區，當離漲潮線距離小于0.1 km時，TB和JTG規范的最小膠凝材料用量增加了20 kg/m3，當位于南方地區時，JTS1和JTJ規范的最小膠凝材料用量分別增加了40 kg/m3和60 kg/m3。對于潮汐區和浪濺區，當位于炎熱地區時，JTG規范的最小膠凝材料用量增加了20 kg/m3，當位于南方地區時，JTJ和JTS1規范的最小膠凝材料用量增加了40～60 kg/m3；對于大氣區，除我國海港工程和水運工程(JTJ、JTS2和JTS1)等規范外，其余國內外規范的最小膠凝材料用量都在280～330 kg/m3之間；對于潮汐區和浪濺區，規范規定最小膠凝材料用量均不小于300 kg/m3，其中JTJ、JTS2和JTS1等規范的最小膠凝材料用量最大可達到400 kg/m3，IS規范的最小膠凝材料用量最大可達到360 kg/m3，其他規范的最小膠凝材料用量在300～340 kg/m3之間。此外，我國海港工程和水運工程(JTJ、JTS2和JTS1)等規范對于浪濺區的最小膠凝材料用量比潮汐區的增加了20～100 kg/m3不等，而印度IS規范對于浪濺區的最小膠凝材料用量比潮汐區的減小了20 kg/m3，其余規范對于潮汐區和浪濺區的最小膠凝材料用量基本一致；對于水下區，除JTS2規范外(380 kg/m3)，其余國內外規范的最小膠凝材料用量均在280～320 kg/m3之間。

圖2 不同環境條件下各規范的最小膠凝材料用量對比Fig. 2 Comparison of minimum binder contents for various codes under different environmental conditions

2.4 最小保護層厚度

足夠的混凝土保護層厚度不僅能夠保證鋼筋與混凝土之間的黏結力，而且可以保護混凝土中的鋼筋免遭外部腐蝕性物質的侵蝕，對于混凝土結構的耐久性具有重要影響。不同環境條件下中外規范給定的最小保護層厚度如圖3所示。其中，JTJ、JTS1和JTS2規范的保護層厚度定義為混凝土中主筋表面與混凝土表面的最小距離，而其他規范的保護層厚度定義為混凝土中最外側鋼筋表面與混凝土表面的最小距離。由圖3可知，在相同的環境條件下，國內外不同規范給定的最小保護層厚度存在顯著差異，通常相差20～30 mm；對于不同的環境條件，各國規范給定的最小保護層厚度也存在顯著差異。其中，潮汐區和浪濺區的最小保護層厚度相對較大，大氣區和水下區的最小保護層厚度相對較小，二者通常相差10 mm。對于大氣區，當離漲潮線距離小于0.1 km時，TB、CCES和GB規范的最小保護層厚度增大了5 mm，當離海岸線距離小于1 km時，AS規范的最小保護層厚度增大了10 mm；對于潮汐區和浪濺區，當位于炎熱(南方)地區，JTS2、JTS1、CCES和GB規范的最小保護層厚度增大了5 mm，TB規范的最小保護層厚度增大了10 mm，JTJ規范的最小保護層厚度增大了15 mm。對于大氣區，EN、NP、NEN、BS和DK等規范的最小保護層厚度相對較小(30～35 mm)，而GB、CSA、AASH和SANS等規范的最小保護層厚度相對較大(55～75 mm)；對于潮汐區和浪濺區，JTG、EN、NP、NEN、BS、DIN和DK等規范的最小保護層厚度相對較小(40～45 mm)，而JTJ、JTS2、JTS1、TB、GB、NS、CSA、AASH、AS、IS和SANS等規范的最小保護層厚度相對較大(60～75 mm)。此外，我國海港工程和水運工程(JTJ、JTS2和JTS1)等規范對于浪濺區的最小保護層厚度比潮汐區的增加了10～15 mm不等，而IS規范對于浪濺區的最小保護層厚度比潮汐區減小了25 mm，其余規范對于潮汐區和浪濺區的最小保護層厚度保持一致；對于水下區，JTJ、BS和DK等規范的最小保護層厚度相對較小(30 mm)，而NS、CSA、AASH和SANS等規范的最小保護層厚度相對較大(50～75 mm)。

圖3 不同環境條件下各規范的最小保護層厚度對比Fig. 3 Comparison of minimum concrete covers for various codes under different environmental conditions

2.5 抗氯離子滲透性指標限值

混凝土的電通量和氯離子擴散系數是描述混凝土抗氯離子滲透性的兩個重要指標，且通常可以在實驗室內快速測定[32，40-42]。其中，JTJ、JTS2、JTS1、TB、CCES、JTG和CSA等規范給定了不同環境條件下混凝土電通量的上限值(見表3)，而JTS2、JTS1、JTG、CCES和GB等規范給定了不同環境條件下混凝土氯離子擴散系數的上限值(見表4)。由表3和表4可知，在不同的環境條件下，各規范給定的電通量和氯離子擴散系數的上限值差異較大。其中，浪濺區和潮汐區的電通量上限值均在800～2 000 C之間，氯離子擴散系數上限值均在4×10-12～8×10-12m2/s之間；水下區的電通量上限值在1 000～2 000 C之間，氯離子擴散系數上限值在4.5×10-12～10×10-12m2/s之間。對于大氣區，CSA、JTS2和JTS1等規范沒有區分輕度鹽霧區和重度鹽霧區，電通量上限值在1 000～2 000 C之間，氯離子擴散系數上限值在4.5×10-12～8.0×10-12m2/s之間；TB、JTG、CCES和GB等規范區分了輕度鹽霧區和重度鹽霧區，其中，TB、CCES和JTG規范規定，輕度鹽霧區的電通量上限值在1 500～2 000 C之間，氯離子擴散系數上限值為10×10-12m2/s，而重度鹽霧區的電通量上限值為1 000～1 500 C，氯離子擴散系數上限值在6.0×10-12～8.0×10-12m2/s之間；GB規范未給出電通量上限值，但規定輕度鹽霧區和重度鹽霧區的氯離子擴散系數上限值分別為10.0×10-12m2/s和6.0×10-12m2/s。CSA規范未給出氯離子擴散系數上限值，但規定大氣區的電通量上限值為1 500 C，當需要滿足更高設計使用年限要求時，電通量上限值為1 000 C。

表3 不同環境條件下各規范的混凝土電通量上限值對比

表4 不同環境條件下各規范的混凝土氯離子擴散系數上限值對比

2.6 最大初始氯離子含量

混凝土中的氯離子會促使鋼筋表面的鈍化膜破壞而發生銹蝕，由氯離子引起的鋼筋銹蝕是導致海洋混凝土結構耐久性劣化的主要原因。除了從外部暴露環境向混凝土內部傳輸進入外，氯離子還會通過原材料(如砂石、水泥、礦物摻合料)、攪拌用水以及外加劑等途徑混入混凝土內部。因此，各國規范對素混凝土、鋼筋混凝土和預應力混凝土中的最大初始氯離子含量分別進行了限定，但在計算方式和具體限值方面存在較大差別。以鋼筋混凝土為例，歐洲(EN)規范根據不同環境類別規定混凝土中的最大初始氯離子含量分別為0.4%和0.2%(占膠凝材料質量的百分比)；德國(DIN)規范根據實際環境條件規定最大初始氯離子含量為0.4%(占膠凝材料質量的百分比)；美國(ACI)規范和加拿大(CSA)規范都規定新拌混凝土的最大初始氯離子含量為0.15%(占膠凝材料質量的百分比)；日本(JSCE)規范規定侵蝕環境和嚴重侵蝕環境的最大初始氯離子含量為0.3%(占混凝土質量的百分比)；國際預應力混凝土協會(FIP)規范[43]規定熱帶氣候、溫帶氣候和極冷地區的最大初始氯離子含量分別為0.1%、0.4%和0.6%(占水泥質量的百分比)；中國國家(GB)標準給定的最大初始氯離子含量為0.08%(占膠凝材料質量的百分比)；JTJ、JTS2、JTS1、TB、JTG、CCES等規范給定的最大初始氯離子含量為0.1%(占膠凝材料質量的百分比)?？傮w而言，國內規范規定的最大初始氯離子含量比國外規范給定的限值低。

2.7 最大裂縫寬度

由于混凝土的抗拉強度較低，在實際工程中往往帶裂縫工作?；炷亮芽p為外部腐蝕環境中的氯離子、水分和氧氣等物質向混凝土內部的傳輸提供了便捷通道，會明顯加劇混凝土結構的耐久性劣化。因此，各國規范對混凝土的最大裂縫寬度進行了限定，見表5。由表5可知，在不同的環境條件下，各規范給定的最大裂縫寬度差異較大。其中，浪濺區和潮汐區的混凝土最大裂縫寬度均在0.10～0.30 mm之間；水下區的混凝土最大裂縫寬度在0.15～0.30 mm之間；對于大氣區，JTJ、JTS2、JTS1、TB、EN、DIN和DK等規范沒有區分輕度鹽霧區和重度鹽霧區，規定的混凝土最大裂縫寬度在0.20～0.30 mm之間；JTG、CCES和GB等規范區分了輕度鹽霧區和重度鹽霧區，規定輕度鹽霧區的混凝土最大裂縫寬度在0.15～0.20 mm之間，而重度鹽霧區的混凝土最大裂縫寬度在0.10～0.15 mm之間；日本(JSCE)規范考慮保護層厚度的影響，規定浪濺區、潮汐區和大氣區(離海岸線d<0.1 km)的混凝土最大裂縫寬度為保護層厚度的0.35%(即0.35c%)，而水下區和大氣區(離海岸線d>0.1 km)的混凝土最大裂縫寬度為保護層厚度的0.40%(即0.40c%)。

表5 不同環境條件下各規范的混凝土最大裂縫寬度對比Tab. 5 Comparison of maximum crack widths of concrete for various codes under different environmental conditions (mm)

3 結 論

針對國內外耐久性設計規范在海洋混凝土結構環境條件與環境作用等級劃分以及耐久性設計參數限值等方面進行了系統對比分析，得出以下結論：

1) 國外規范主要根據暴露條件和海岸線距離等因素劃分海洋氯鹽環境條件和環境作用等級，但是對水下區、潮汐區、浪濺區和大氣區缺乏系統的劃分標準；與國外規范相比，國內規范的環境作用等級劃分更為系統全面，且考慮了混凝土結構沿豎向和水平方向上腐蝕程度的差異性以及溫度、濕度等條件的影響，但是在離海岸線距離、所處海水環境位置、溫濕度等方面的劃分依據和形式存在差異；此外，國內外規范雖然劃分了環境作用等級，但是主要采用中度、嚴重、非常嚴重和極端嚴重等定性描述，缺乏不同等級環境作用的量化指標，從而無法為海洋混凝土結構的耐久性分析與設計提供量化邊界條件。

2) 國內外現有的混凝土結構耐久性設計規范主要基于工程經驗和定性分析，預期通過限制混凝土的強度等級、水膠比、膠凝材料用量、保護層厚度、氯離子擴散系數或電通量、氯離子含量以及裂縫寬度等參數的限值來保證混凝土結構的耐久性，不僅缺少海洋氯鹽環境作用的量化指標，而且缺乏合理的耐久性定量分析模型與設計技術，導致無法通過定量計算確定耐久性設計參數的取值。對于相同的環境條件，不同規范所給定的耐久性設計參數限值差異較大。其中，最低混凝土強度等級相差2～4個等級；最大水膠比相差0.15～0.20；最小膠凝材料用量相差20～100 kg/m3；最小保護層厚度相差20～30 mm；混凝土電通量相差1 000～1 200 C；氯離子擴散系數上限值相差3.5×10-12～5.5×10-12m2/s；最大初始氯離子含量相差0.02%～0.32%(占膠凝材料質量百分比)；最大裂縫寬度相差0.05～0.20 mm。

3) 為了實現海洋混凝土結構的耐久性定量分析與設計，有必要進一步圍繞海洋氯鹽環境作用量化、海洋混凝土結構耐久性定量分析模型、海洋混凝土結構耐久性定量設計技術等方面開展深入研究。