混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計綜述

【摘 要】 本文分析了影響混凝土耐久性的因素，對現(xiàn)行耐久性設計中需要注意的問題進行了闡述。

【關(guān)鍵詞】 混凝土 耐久性設計

1：前言

通常結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設計確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設計使用年限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力。混凝土的耐久性決定著混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。在通常情況下混凝土結(jié)構(gòu)是耐久的，但在使用過程中，由于各種原因許多混凝土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出因耐久性不足而過早失效甚至徹底損壞的現(xiàn)象：大多數(shù)表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，如裂縫、銹潰、表面酥裂、剝落等，影響觀瞻質(zhì)量和使用功能；也有由于受力鋼筋銹斷而發(fā)生斷裂、崩塌的嚴重事故，造成人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。因此鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題已越來越引起人們的關(guān)注，特別是設計對耐久性問題的重要性。設計時，對新建項目在鋼筋防護方面，每節(jié)省1元，則發(fā)現(xiàn)鋼筋銹蝕時采取措施多追加5元，混凝土開裂時多追加維護費用25元，嚴重破壞時多追加維護費用125元。這使得各國政府投入大量資金用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性與加固的研究。

2：混凝土材料的耐久性指標

混凝土的耐久性的最主要包括混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土的碳化和混凝土中的堿骨料反應。

2.1： 抗?jié)B性

混凝土的抗?jié)B性是指抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。防水混凝土的設計抗?jié)B等級分為P6，P8，P10，P12.混凝土的抗?jié)B性主要與混凝土的密實度和孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。混凝土中相互連通的孔隙越多，孔徑越大，則混凝土的抗?jié)B性越差。降低水灰比，采用減水劑、摻加引氣劑、防止離析和沁水的現(xiàn)象發(fā)生，加強養(yǎng)護，防止出現(xiàn)施工缺陷等均有利于提高混凝土抗?jié)B性。故地下工程或與水，土壤直接接觸的部位使用通過調(diào)整配合比，摻加外加劑、摻合料等方法配制而成防水混凝土，并且對防水混凝土本身的厚度，保護層的厚度，裂縫的寬度及后期的養(yǎng)護均有更嚴格的要求。

2.2：抗凍性

混凝土的抗凍性是指混凝土抵抗凍融循環(huán)作用的能力。混凝土的凍融破壞指的是混凝土中的水結(jié)冰后體積膨脹，混凝土產(chǎn)生細微裂縫，反復凍融使裂縫擴展，導致混凝土出現(xiàn)由表及里剝落破壞的現(xiàn)象。一般以抗凍等級來表示混凝土的抗凍性，抗凍等級根據(jù)混凝土能夠承受反復凍融循環(huán)次數(shù)分為：F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等。外部環(huán)境向混凝土提供的水分和凍融條件，組成材料性質(zhì)及含量、養(yǎng)護齡期及摻加引氣劑等因素對混凝土抗凍性有重要的影響。采用質(zhì)量好的原材料、小水灰比、延長凍結(jié)前的養(yǎng)護時間、摻加引氣劑、盡量減少施工缺陷等措施均可提高混凝土的抗凍性。

2.3：抗侵蝕性

環(huán)境介質(zhì)對混凝土的化學侵蝕有淡水、硫酸鹽、海水及酸堿侵蝕等，其侵蝕機理與水泥石化學侵蝕相同。對以上各類侵蝕難以有共同的防止措施，只能采取提高混凝土的密實度，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，以使環(huán)境侵蝕介質(zhì)不易滲入混凝土內(nèi)部；或者直接采用外部保護措施以隔離侵蝕介質(zhì)不與混凝土接觸。

2.4：混凝土的碳化

2.5：堿骨料反應

當混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅時，如果水泥中的堿含量較多，水解后形成的氫氧化鈉和氫氧化鉀會與骨料中的活性氧化硅起化學反應，形成復雜的堿—硅酸凝膠。這種凝膠會吸水腫脹，把混凝土脹裂。

3：混凝土耐久性的設計要點

3.1 確定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別；

現(xiàn)行規(guī)范中對對影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的環(huán)境類別進行了較詳細的分類，按所處的環(huán)境按鋼筋和混凝土材料的不同腐蝕作用機理分為5類：

環(huán)境分類

不同環(huán)境類別在不同的環(huán)境條件（如濕度、溫度、侵蝕介質(zhì)的濃度等）下對配筋（鋼筋和預應力筋）混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕的嚴重程度分為以下6級：

環(huán)境作用等級

如果對每種環(huán)境類別中環(huán)境作用等級細分的話，環(huán)境作用等級可分為24項。但是由于環(huán)境作用等級的確定主要依靠對不同環(huán)境條件的定性描述，當實際的環(huán)境條件處于兩個相鄰作用等級的界限附近時，就有可能出現(xiàn)難以判定的情況，這就需要設計人員根據(jù)當?shù)丨h(huán)境條件和既有工程劣化狀況的調(diào)查，并綜合考慮工程重要性等因素后確定。

3.2：有利于減輕環(huán)境作用的結(jié)構(gòu)形式、布置和構(gòu)造

適當?shù)姆琅潘畼?gòu)造措施能夠非常有效地減輕環(huán)境作用，應作為耐久性設計的重要內(nèi)容。

3.3 提出對混凝土材料的耐久性基本要求；

混凝土本身材料的質(zhì)量是主要因素，規(guī)范規(guī)定了各種環(huán)境類別下混凝土的最大水膠比、最低強度等級、最大氯離子含量和最大堿含量。控制水膠比是為了減少混凝土的滲透性，混凝土的強度等級與混凝土的密實性有關(guān)，控制氯離子含量避免一起鋼筋脫鈍和電化學腐蝕，控制堿含量以避免產(chǎn)生堿骨料反應。

3.4 確定構(gòu)件中鋼筋的混凝土保護層厚度；

根據(jù)環(huán)境類別對不同部位構(gòu)件規(guī)定了最小保護層的厚度。

3.5 不同環(huán)境條件下的耐久性技術(shù)措施；

根據(jù)所處環(huán)境采取加大混凝土保護層厚度，提高混凝土強度等級，對金屬部件采取可靠的防銹措施，對鋼筋采用阻銹劑或采用環(huán)氧樹脂涂層鋼筋，采用可更換構(gòu)件等等。

3.6 提出結(jié)構(gòu)使用階段的檢測與維護要求：

避免水的影響，而使構(gòu)件處于干燥狀態(tài)；消除有害介質(zhì)的侵襲；此外應采取各種方法（如抹面、涂層等）減小混凝土的滲透性，使水和介質(zhì)難以人侵。使用單位不應隨便改變 結(jié)構(gòu)的用途；不得任意對結(jié)構(gòu)進行改造和改變使用環(huán)境條件；定期檢查并及時維修以避免耐久性缺陷發(fā)展等。

注：對臨時性的混凝土結(jié)構(gòu)，可不考慮混凝土的耐久性要求。

4：總結(jié)：

以前，在我國經(jīng)濟技術(shù)不發(fā)達的時期，不得不降低甚至忽視對結(jié)構(gòu)耐久性的要求；而目前國情已經(jīng)變化，有條件考慮環(huán)境保護和可持續(xù)發(fā)展的問題。做為結(jié)構(gòu)工程師，必須要培養(yǎng)關(guān)注結(jié)構(gòu)物的耐久性、重視耐久性的習慣，掌握分析復雜環(huán)境下耐久性的影響因素的分析方法和應對措施，結(jié)合巳有的設計經(jīng)驗和工程實踐認真地迸行耐久性設計。

參考文獻

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[2] 徐有鄰.混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范理解與應用

[3] 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計規(guī)范 GBT5 0476-2008

[4] 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評定標準 CECS 220：2007