鋼筋混凝土結構物耐久性分析與設計

潘旭

摘 要：混凝土結構由于其自身和使用環境的特點，從而存在嚴重的耐久性問題。鋼筋混凝土結構物耐久性設計即通過設計計算，控制混凝土的變形裂縫等，保證其在使用年限內滿足功能要求，具有可靠的適用性和耐久性。

關鍵詞：混凝土 耐久性 裂縫 設計

中圖分類號：TU7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（a）-0100-01

1 混凝土的碳化

混凝土水泥石中的堿性物質，與大氣中的二氧化碳氣體或其他酸性特質的氣體相互作用，使混凝土堿性下降，成分、組織和性能發生變化，使用機能下降的現象，稱之為混凝土的碳化，又稱為混凝土的中性化。混凝土的碳化本身并無破壞使用，但是碳化發生到混凝土結構內部鋼筋表面時，造成pH值降低，混凝土堿性降低，損壞鋼筋表面的保護層，混凝土材料失去對鋼筋的保護作用，給鋼筋脫鈍提供了可能，給鋼筋銹蝕提供了有利的條件；同時還會加劇混凝土的收縮，導致混凝土的抗壓力下降，引起開裂。

混凝土的碳化與混凝土結構耐久性密切相關，是影響鋼筋混凝土結構可靠度的重要因素，減小、延緩混凝土的碳化，對于提高結構耐久性有著總要的作用。在結構設計中，可以采取以下方法提高混凝土抗碳化能力。（1）保證混凝土保護層厚度，使混凝土碳化到鋼筋表面時間接近建筑的使用年限。（2）提高混凝土密實性、增強混凝土結構抗滲性。（3）采用覆蓋面層隔離混凝土表面與外部大氣環境的直接接觸。（4）合理設計混凝土配合比，保證水泥用量、降低水灰比。（5）采用減水劑等。采取這些措施，可以提高混凝土抗碳化能力，減少碳化造成的耐久性損失。

2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是一個比較普遍、并且嚴重威脅結構安全的耐久性最關鍵問題，主要指鋼筋在水，氧氣等外部因素的作用下，發生電化學反應，鋼筋表面形成鐵銹物質的銹蝕現象。腐蝕介質與混凝土中的氫氧化鈣發生化學反應，使混凝土的堿性降低，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，形成電位差，在陰極部位鋼筋表面存在足夠的氧氣和水、在陽極區，使陽極部位的鋼筋表面處于活化狀之后，在外部因素的作用下，鋼筋表面不斷失去電子發生電化學反應，逐漸被銹蝕。鋼筋銹蝕后體積膨脹，引起混凝土保護層脫落和結構開裂，使外部的水和氧氣等可以更快的進入結構內部，形成惡性循環，加快銹蝕；同時鋼筋截面積減少，構件承載力降低；不均勻銹蝕還會導致鋼筋表面凹凸不平，應力集中，力學性能減弱，鋼筋與混凝土之間粘結錨固性能降低，結構構件的承載力下降和結構破壞。

預防鋼筋銹蝕主要是增強混凝土的密實度，提高抗滲性，增加混凝土的保護層厚度，減慢二氧化碳、氧氣、水等向鋼筋表面滲透擴散的速度，及防止氯離子在鋼筋表面積聚。可以采用的保護措施，一是采用防護材料或外部措施，如采用防銹蝕鋼筋-即環氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋，不銹鋼等、混凝土表面涂刷防護層、采用鋼筋阻銹劑防止氯離子侵蝕、重大工程設置陰極保護設施（犧牲陽極法和輸入電流法等）。二是采用設計上的方法利用和加強混凝土保護層自身的保護功能，增加混凝土保護層厚度來推遲腐蝕因子滲透到鋼筋表面的時間，提高對鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力；增強混凝土的密實度，采用高效減水劑降低用水量，在保證混凝土流動性的同時減小水灰比，控制減小混凝土的總孔隙率；采用高效活性礦物摻料改善水泥石的膠凝物質的組成，使混凝土結構更為致密，增強混凝土的密實性。控制混凝土拌和物中的氯鹽含量，增強混凝土自身抵抗環境侵蝕破壞的能力。此外，在結構設計時應采用合理的構件形式和配筋方式，使混凝土保護層厚度得到保證，防止鋼筋銹蝕。

3 凍融破壞

混凝土是水泥砂漿和粗骨料組成的毛細孔多孔體。由于混凝土需要必要的和易性，在拌制混凝土時，加入的使用水量通常要多于水泥的水化水量，多余的水以游離水的形式存在于混凝土的毛細孔中。混凝土的凍融破壞即指當混凝土結構處于飽和水狀態時，在受凍狀態下，毛細孔中存在的水遇冷凍結成冰后會發生體積膨脹，對混凝土形成各種壓力，使混凝土的結構內部產生細小損傷，經反復多次凍融循環作用后，逐漸積累，導致混凝土開裂，破壞。凍融破壞主要是在我國北方寒冷地區出現。混凝土的抗凍性能與內部的孔隙結構和氣泡含量有關。孔越少，封閉氣泡越多，混凝土抗凍性越好。在北方寒冷地區，特別是東北地區，防止混凝土的凍融破壞，可以采用的保護措施有降低混凝土的水灰比、也可以在混凝土使用引氣劑（由于使用引氣劑會降低混凝土強度，故在工程使用時應慎重選用）。

4 堿集料及侵蝕性物質的影響

混凝土是一種毛細孔多孔體。混凝土微孔中的堿性溶液與集料中的一些活性礦物質組分發生的化學反應即稱為堿集料反應。隨著我國經濟水平的發展，近年來工程中使用的混凝土強度不斷提高，水泥用量增加，水泥生產工藝也在改變，因而混凝土含堿量已在明顯提高，提高了堿集料反應發生的幾率。堿集料反應的主要危害在于，反應產生的凝膠吸水膨脹，導致混凝土材料剝落開裂，強度降低，影響結構物耐久性，而且一旦發生很難修復，故應采取有效預防措施。目前可以采用的保護措施主要是盡量避免采用活性集料，控制混凝土的總堿含量以保證混凝土的耐久性，通過摻入適量混合材料抑制堿集料反應，或者加入外加劑。為預防堿集料反應，在設計上應對外摻劑的使用提出要求。在石化、化學、冶金及港灣等工程中，在有侵蝕性介質作用的特殊環境下，混凝土結構受到化學介質如海水，硫酸鹽，酸等作用，引起混凝土水泥石發生一系列變化，而逐步受到侵蝕。侵蝕性物質會造成混凝土結構破碎出現裂縫，有些化學介質還會與混凝土材料中的某些成分進一步反應，使混凝土體積膨脹，引起結構的進一步開裂破壞。侵蝕性物質對鋼筋混凝土結構物耐久性的影響目前還需要進一步的研究解決。

5 結語

隨著我國國民經濟的發展，各項工程建設如火如荼地展開，建筑工程水平已經逐漸與國際接軌，各種類型混凝土的使用越來越廣泛，混凝土結構耐久性問題需要迫切加以解決。現行設計規范采用的方法有一定的局限性。設計人員應結合設計經驗，從諸多方面考慮影響混凝土結構耐久性的因素，采取措施保證結構具有可靠的適用性和耐久性。同時，我們在工程實踐中要不斷進行總結教訓，吸取經驗，研究新的技術、理論，推廣使用新成果，改善、提高混凝土的耐久性，為國民經濟建設做出貢獻。

參考文獻

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[2] GB/T 50746-2008混凝土結構耐久性設計規范.

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