混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)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(shè)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(shè)計

1：前言

通常結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)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(shè)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(yán)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(shè)計對耐久性問題的重要性。設(shè)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(yán)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(biāo)

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(yīng)。

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(shè)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(yán)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(fù)凍融使裂縫擴展，導(dǎo)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(fù)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(xué)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(xué)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(yīng)

當(dāng)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(xué)反應(yīng)，形成復(fù)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(shè)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(yù)應(yīng)力筋）混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕的嚴(yán)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(dāng)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(shè)計人員根據(jù)當(dāng)?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(dāng)?shù)姆琅潘畼?gòu)造措施能夠非常有效地減輕環(huán)境作用，應(yīng)作為耐久性設(shè)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(xué)腐蝕，控制堿含量以避免產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)。

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(yīng)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(yīng)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(xí)慣，掌握分析復(fù)雜環(huán)境下耐久性的影響因素的分析方法和應(yīng)對措施，結(jié)合巳有的設(shè)計經(jīng)驗和工程實踐認(rèn)真地迸行耐久性設(shè)計。

參考文獻

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[2] 徐有鄰.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用

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

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