混凝土結構的耐久性設計方法研究

孫杰

（江蘇省化工設計院有限公司，江蘇 南京 210024）

混凝土結構的耐久性設計方法研究

孫杰

（江蘇省化工設計院有限公司，江蘇 南京 210024）

在社會經濟持續穩定增長的同時，建筑行業也得以迅速發展。對于建筑行業而言，安全性能是最重要的。混凝土作為建筑行業最主要的建筑材料之一，其耐久性能對建筑物的質量好壞有著至關重要的影響。對此，本文將立足于混凝土結構的基本性質，分析研究造成混凝土結構破損的主要因素，從而提出相關的混凝土結構耐久性設計方法。

混凝土結構；耐久性設計；方法研究

增強耐久性一直是混凝土結構的重點關注內容，混凝土的耐久性直接影響著建筑設施的使用年限與安全強度。但是混凝土結構有著獨特的構建材料和使用環境，為研究增強混凝土結構的耐久性進行了數額較大的投入，到目前為止，已經取得了較為明顯的成果。但是，對于社會發展進程而言，改善混凝土結構的耐久性還有著很大的發展空間。

1 混凝土結構耐久性概述

混凝土結構耐久性主要是指混凝土在使用期間，在沒有遇到意外發生的情況下，不需要通過人工維護而憑借自身性能的穩定能力，這些能力包括安全性、實用性以及外觀等。由于混凝土結構在建筑設計中極其重要的地位，所以，混凝土結構的耐久性直接影響著建筑工程質量的好壞以及建筑物的使用年限。

一般而言，提高混凝土結構的耐久性可以從混凝土結構的抗滲性、抗凍性、抗腐蝕性等方面進行研究。抗滲性主要是針對混凝土在較為潮濕的環境下抵抗液體侵蝕滲透的能力。液體滲入到混凝土結構后，會從內部開始腐蝕混凝土結構，從而破壞混凝土的耐久性，抗凍性是主要是針對用于寒冷地區的混凝土結構，在氣溫較低的情況下，混凝土強度會受到嚴重影響。抗侵蝕性則主要針對由化學物質帶來的損壞，一般而言，破壞混凝土結構的化學物質主要來源于環境影響［1］。

2 混凝土結構耐久性設計的原則和意義

2.1 混凝土結構耐久性設計遵循的原則

混凝土結構的設計和建筑應用是一個較為龐大的工程，因此，經濟效益是在設計混凝土結構時的一個重要考慮因素。其具體要求是確保在混凝土結構的使用年限內用最少的資金投入最大限度的延長混凝土結構的使用時間。

在進行設計之前，必須要對混凝土的使用環境以及年限要求等有一個詳細的了解，嚴格控制混凝土結構原材料的配置比例，以此降低混凝土結構因為外界因素而造成的結構損害。此外，可以適度減少混凝土結構的保護層，以防止裂縫現象的發生［2］。

2.2 混凝土結構耐久性設計的意義

眾所周知，混凝土結構是建筑設計中的主要材料之一，而且混凝土的應用范圍較為廣泛，地面鋪設、橋梁搭建等多方面都有著應用。在這些應用中，如果混凝土結構發生崩壞，會直接導致建筑物的使用終結，不僅會造成經濟損失，嚴重時甚至會危害到社會民眾的人身安全。因此，研究混凝土結構的耐久性設計對經濟建設和社會穩定都有著極其重要的意義。

3 混凝土結構的耐久性設計方法

3.1 基于材料選擇的結構耐久性設計

要從根本上加強混凝土結構的耐久性最重要的還是對混凝土材料的選擇。通過研究表明，影響混凝土材料的主要因素就是外界環境的影響，如酸性、堿性、冷凍、水蒸氣等都會降低混凝土結構的使用年限。因此，在設計初期，必須保證混凝土結構的密實性與抗凍性，這就要求設計者從混凝土的原材料以及配置比入手進行研究。混凝土的原材料主要有水泥、骨料、礦物摻合料以及減水劑等。在原材料選取期間，對每一種物質都要嚴格挑選。

其中，受到廣泛認可的水泥有硅酸鹽水泥，與其進行混合的材質最宜為礦渣或者粉煤灰，對于C30以下的混凝土結構，也可以選用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或者復合硅酸鹽水泥。礦物摻合料的品質應該具有較強的穩定性，對此，一般選擇的種類為粉煤灰、礦渣粉、硅灰或者復合型摻合料，但是對耐久性要求不同的混凝土選擇的摻合料也有細微的不同。例如，對于C50以下的混凝土而言，礦物摻合料的細度要在25%以下，而對C50及其以上的混凝土結構，礦物摻合料的細度則要控制在12%以下，其對水量比的要求也要低于C50以下的混凝土。另外，當混凝土結構的應用環境具有較強凍裂能力時，選用所有粉煤灰的燒失量都應小于3%。骨料按照細度模數分為粗砂、中砂、細砂三種規格，配置混凝土時，一般優先選用中砂［3］。

3.2 基于環境作用的耐久性設計

處于不同環境下的混凝土結構耐久性也存在明顯不同，因此在混凝土結構設計時還應充分考慮到環境因素的影響。對于碳化引起的鋼筋腐蝕，只要通過控制混凝土材料比例并適當增加保護層厚度，就可以得到有效解決，不涉及過多的技術問題與成本投入。在鋼筋腐蝕問題中，最應該注意的是預應力構件和拉索。這是因為預應力構件和拉索是混凝土的主要受力部分，這一部分如果出現問題會直接導致混凝土功能失效。但是預應力鋼筋的受腐蝕速度卻高于混凝土其他比分，而且在進行檢測時，往往會較為困難。最為嚴重的鋼筋銹蝕則是由氯鹽引起的，氯鹽侵蝕會大幅度降低鋼筋的承載力和延性，氯鹽侵蝕主要發生在海洋建筑中，因此在設計時應格外注意對裂縫寬度的限制，其礦物摻合料必須選用粉煤灰或者細磨礦渣，最為適宜的則是復合型摻合料。另外，對于混凝土結構的抗酸、抗凍等耐久特性也應根據實際情況而做出設計調整，對于防范混凝土的凍蝕問題，可以選用低鈣粉煤灰代替部分水泥配置的混凝土，替代量一般在30%左右，此外還可以根據實際情況，適度增加構件厚度［4］。

3.3 確定混凝土結構的耐久性設計目標與檢修維護

確定混凝土結構的設計目標是混凝土設計開展的前提，混凝土結構的設計目標需要綜合多方面的因素進行考量，如環境條件、建筑規格、維修制度以及其它可能發生的意外情況等。在基本目標設定后，一定要保證施工質量，在建筑施工結束后，對整個設計進行全面系統的驗收工作，以保證不會由施工質量問題引起混凝土結構的破損。此外，在建筑使用年限內，還要對混凝土結構進行定期的維護和檢測，將其中較為重要的部分作為檢修重點，以保證可以及時發現問題并作出應對處理。一般而言，建筑物中使用的混凝土在耐久性達到極限狀態之前會有一定的變化，對此，檢修人員要時刻注意混凝土的變化［5］。

4 結語

由于混凝土耐久性問題引起的建筑工程事故不僅造成了經濟損失，也引起恐慌。針對混凝土結構耐久性的特殊情況與重要性，必須從混凝土構造初期就進行嚴格的質量把關，充分考慮混凝土結構耐久性的評估預測、極限狀態及施工檢測等因素，保證全程緊抓，并結合混凝土的應用環境制定合理有效的修護措施。

［1］ 周錫武. 關于混凝土結構耐久性設計的若干問題研究［D］. 華中科技大學，2008.

［2］ 楊兵. 試論混凝土結構的耐久性設計方法［J］. 科技創新與應用，2014，28：235.

［3］ 陳琳，屈文俊，朱鵬. 混凝土結構等耐久性與全壽命設計研究綜述［A］. 中國土木工程學會混凝土與預應力混凝土分會混凝土耐久性專業委員會. 第八屆全國混凝土耐久性學術交流會論文集［C］. 中國土木工程學會混凝土與預應力混凝土分會混凝土耐久性專業委員會，2012：18.

［4］ 吳秀斌. 混凝土結構的耐久性設計方法研究［J］. 中國建筑金屬結構，2013，20：154.

［5］ 李曉鵬，趙建昌，孫正博. 混凝土結構耐久性環境區劃與耐久性設計方法［J］. 科技致富向導，2014，14：250.

（P-01）

Research on concrete structure durability design method

TU375

1009-797X （2015） 22-0038-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.014

孫杰（1984-），男，2008年7月畢業于哈爾濱工程大學結構工程專業，現供職于江蘇省化工設計院有限公司，工程師，碩士學位，研究方向為鋼結構。

2015-10-09