混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的相關(guān)探討

楊再榮

（都勻市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局　貴州　都勻　558000）

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的相關(guān)探討

楊再榮

（都勻市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局貴州都勻558000）

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性作為影響建筑物質(zhì)量的重要因素，逐漸得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要從混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀分析、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久的因素和混凝土結(jié)構(gòu)耐久提到的策略三個(gè)方面出發(fā)，簡要分析了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的相關(guān)問題。

結(jié)構(gòu)耐久性；安全性；鋼筋銹蝕

引言

20世紀(jì)60、70年代建設(shè)的混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物，目前均已運(yùn)營了40余年，其受施工因素、環(huán)境因素、運(yùn)營狀況等影響，且原設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)較現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)偏低，加之一些養(yǎng)護(hù)管理不到位，導(dǎo)致一些混凝土結(jié)構(gòu)過早的出現(xiàn)裂縫、鋼筋銹蝕等病害，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性能下降問題，影響建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1　混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀分析

混凝土厚度達(dá)不到規(guī)范規(guī)定的最小值的利害關(guān)系，有資料顯示，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性失效最主要的表現(xiàn)形式為鋼筋銹蝕引起的結(jié)構(gòu)破壞。在我國，20世紀(jì)50年代初建的大壩與海港工程80%都發(fā)生了比較嚴(yán)重的鋼筋銹蝕破壞。鋼筋銹蝕，其銹蝕產(chǎn)物的體積是原有體積的2～6倍，對鋼筋周圍的混凝土產(chǎn)生擠壓，隨著鋼筋銹蝕程度的加劇，混凝土受拉開裂。一旦開裂，將會(huì)加速鋼筋的銹蝕，進(jìn)一步加劇裂縫的擴(kuò)展，甚至脫落，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞?？梢詳嘌?，若干年后，我國用于維護(hù)修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的耗資將是相當(dāng)驚人的。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者對混凝土問題進(jìn)行研究：很多人分析了混凝土之于混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋的物理和化學(xué)作用，探討了在氯離子侵蝕、中性化、凍融循環(huán)等條件下，適當(dāng)增大混凝土厚度和控制混凝土質(zhì)量（密實(shí)度和堿度）與鋼筋初銹時(shí)間、銹蝕速率、開裂時(shí)間之間的關(guān)系；還有些人研究了鋼筋銹蝕導(dǎo)致混凝土構(gòu)件脹裂的全過程分析，包括鐵銹自由膨脹階段、混凝土受拉應(yīng)力階段和混凝土出現(xiàn)脹裂裂縫階段，建立了混凝土脹裂時(shí)鋼筋銹蝕深度的計(jì)算模型，以計(jì)算該時(shí)刻的鋼筋銹蝕深度。

2　影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久的因素

由環(huán)境作用引起混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部損傷，如環(huán)境中的二氧化碳、氯離子、水等通過混凝土的缺陷（裂縫、孔道、孔穴等）滲入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，并與混凝土結(jié)構(gòu)中的一些成分發(fā)生物理、化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷，影響整體結(jié)構(gòu)的承載能力與耐久性（如圖1所示）。

2.1混凝土碳化

混凝土中的Ca（OH）2和環(huán)境中滲透進(jìn)混凝土中二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部環(huán)境的堿度逐漸降低，破壞了鋼筋表面的鈍化保護(hù)膜，致使鋼筋處于易氧化的狀態(tài)，從而導(dǎo)致鋼筋發(fā)生銹蝕反應(yīng)?；炷两Y(jié)構(gòu)老化和碳化是工程建設(shè)中較為常見的問題，目前，部分工程尚未通過工程竣工驗(yàn)收，但檢查中發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)老化和碳化現(xiàn)象已初步顯現(xiàn)，部分混凝土結(jié)構(gòu)受混凝土碳化和氯離子侵蝕雙重影響，鋼筋銹脹，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞，改變了工程結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)，影響了工程安全部分混凝土結(jié)構(gòu)在環(huán)境變化中，受到自然因素與人為因素的雙重影響，混凝土結(jié)構(gòu)表面剝落，混凝土露子露砂，縮短了工程使用壽命。

圖1　影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性圖

2.2氯離子侵蝕

混凝土結(jié)構(gòu)受冬季除冰鹽與環(huán)境中氯離子的影響，氯離子透過混凝土構(gòu)件表面的縫隙侵蝕到鋼筋表面與鋼筋發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，使鋼筋過早的銹蝕。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在混凝土的配合比設(shè)計(jì)中水灰比設(shè)計(jì)不合理，或是在混凝土澆筑施工中振搗不密實(shí)，這些因素均可導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋出現(xiàn)過早的銹蝕。圖2是氯離子侵蝕的相關(guān)數(shù)據(jù)。

圖2　氯離子侵蝕的數(shù)據(jù)圖

2.3堿-骨料反應(yīng)

堿骨料反應(yīng)是指混凝土中的堿性物質(zhì)與具有堿活性的骨料之間發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)所生成的產(chǎn)物吸水膨脹或反應(yīng)導(dǎo)致骨料膨脹，造成混凝土開裂破壞現(xiàn)象，常被稱為混凝土結(jié)構(gòu)的“癌癥”。

2.4凍融循環(huán)破壞

凍融破壞，主要是滲入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水分在冬季外界溫度較低的環(huán)境下結(jié)冰凍脹，造成混凝土內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的破壞，經(jīng)過長時(shí)間多次循環(huán)凍脹后，損傷積累造成結(jié)構(gòu)表面層的剝落，混凝土結(jié)構(gòu)的相對彈性模量降低。研究發(fā)現(xiàn)，混凝土強(qiáng)度越高，其脆性越高，對應(yīng)力也越敏感，在荷載重復(fù)作用下會(huì)產(chǎn)生更多的微裂縫，而這些微裂縫又成為外界腐蝕介質(zhì)進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的通道，從而加快混凝土結(jié)構(gòu)破壞。

2.5鋼筋銹蝕

混凝土構(gòu)件中鋼筋鈍化保護(hù)膜破壞后，鋼筋在水分和氧氣的作用下發(fā)生銹蝕反應(yīng)，造成鋼筋體積膨脹，迫使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沿鋼筋走向的裂縫，且使得混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低。同時(shí)，鋼筋表面積的減少，使鋼筋混凝土構(gòu)件的承載能力減弱，并隨著時(shí)間推移，構(gòu)件裂縫、變形逐漸增大，最終導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

3　混凝土結(jié)構(gòu)耐久提到的策略

3.1提高混凝土工程耐久性認(rèn)識(shí)

質(zhì)量是工程的生命，工程質(zhì)量直接影響工程安全運(yùn)行與效益發(fā)揮。工程耐久性是工程質(zhì)量的重要特征和指標(biāo)，要進(jìn)一步樹立工程設(shè)計(jì)和使用壽命理念，進(jìn)一步提高對工程運(yùn)行環(huán)境和施工條件的認(rèn)識(shí)，從工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理等各個(gè)環(huán)節(jié)重視并采取提高工程耐久性的措施，保證工程的設(shè)計(jì)使用壽命，保障工程安全可靠運(yùn)行，降低工程管理維修的成本。另外，在提高混凝土工程耐久性的同時(shí)，應(yīng)充分考慮對工程建設(shè)成本和建設(shè)工期的影響，保證工程順利組織實(shí)施。

3.2加強(qiáng)混凝土工程科學(xué)研究

地區(qū)工程建設(shè)應(yīng)積極開展科學(xué)技術(shù)研究，研究成果可先在部分工程試點(diǎn)應(yīng)用，技術(shù)成熟可靠后再全面推廣應(yīng)用，以提高工程建設(shè)技術(shù)含量和工程建設(shè)質(zhì)量。開展軟土地基建筑物地基處理優(yōu)化與上部結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，提高基礎(chǔ)的可靠性和結(jié)構(gòu)的安全性。積極開展大體積混凝土溫控和高性能混凝土研究，提高混凝土工程耐久性能，同時(shí)提高混凝土的工作性能和降低工程建設(shè)成本。應(yīng)積極開展地區(qū)金屬結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)研究與成果應(yīng)用，既要有利于延長金屬結(jié)構(gòu)的使用壽命，同時(shí)也要有利于正常維護(hù)。因此，大力開展混凝土工程維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究，既要保證維修養(yǎng)護(hù)的效果，也要簡單便捷，易于一線管理人員盡快掌握和使用，同時(shí)也要降低工程運(yùn)行維修成本。

3.3提升混凝土工程設(shè)計(jì)質(zhì)量

工程設(shè)計(jì)是工程質(zhì)量的基礎(chǔ)與前提。項(xiàng)目建議與可行性研究階段，應(yīng)根據(jù)工程規(guī)模和重要性，論證并確定混凝土設(shè)計(jì)使用年限。應(yīng)對工程水文地質(zhì)與運(yùn)行環(huán)境條件進(jìn)行調(diào)查，科學(xué)地進(jìn)行建筑物選址并提出工程耐久性基本要求。工程設(shè)計(jì)階段，依據(jù)所在地水文地質(zhì)與運(yùn)行環(huán)境條件，確定所處的環(huán)境類別及其作用等級(jí)，提出混凝土耐久性指標(biāo)和結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工措施、檢查維護(hù)等要求，并具體提出混凝土抗碳化、抗凍、抗?jié)B、抗沖磨、抗氯離子滲透、抗化學(xué)侵蝕等耐久性指標(biāo)。應(yīng)對軟土地基的不同處理方式進(jìn)行研究，確定適合工程所在地地質(zhì)條件的基礎(chǔ)處理方式，提出基礎(chǔ)工程質(zhì)量檢測與驗(yàn)收的基本要求，控制工程最大沉降量和不均勻沉降量，從而保證結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。應(yīng)按照結(jié)構(gòu)簡單和功能穩(wěn)定可靠的要求，進(jìn)行金屬結(jié)構(gòu)與自動(dòng)化設(shè)計(jì)，便于工程管理與維護(hù)。

3.4嚴(yán)控混凝土工程施工質(zhì)量

工程施工質(zhì)量是工程建設(shè)質(zhì)量的重要保證。施工單位應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求與合同約定，制定工程耐久性的施工專項(xiàng)方案，科學(xué)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，保證各項(xiàng)耐久性指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求?；炷凉こ淌┕み^程中，應(yīng)保證工程原材料品質(zhì)，嚴(yán)格按配合比進(jìn)行施工，加強(qiáng)混凝土模板、振搗與養(yǎng)護(hù)等工序質(zhì)量控制，保證混凝土工程施工質(zhì)量。對于大體積混凝土和結(jié)構(gòu)重要部位，必要時(shí)還應(yīng)采取溫控與耐久性附加措施，防止工程質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生。應(yīng)加強(qiáng)基礎(chǔ)處理工程過程控制和金屬結(jié)構(gòu)與機(jī)電設(shè)備的駐廠監(jiān)造，嚴(yán)格進(jìn)行基礎(chǔ)隱蔽工程驗(yàn)收和機(jī)電設(shè)備出廠驗(yàn)收，金屬結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備以及工程自動(dòng)化投入運(yùn)行前，應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)試運(yùn)行檢驗(yàn)。對工程存在的質(zhì)量缺陷與問題，應(yīng)及時(shí)處理并備案。對于影響工程耐久性的問題，應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)論證并確定處理方案；對于造成永久性質(zhì)量缺陷的，應(yīng)明確工程運(yùn)行期的維修責(zé)任。

3.5強(qiáng)化混凝土工程運(yùn)行管理

落實(shí)工程有效的運(yùn)行管理，定期開展維修和養(yǎng)護(hù)，可以有效地減緩工程老化進(jìn)程，甚至改善工程運(yùn)行環(huán)境和提高工程運(yùn)行質(zhì)量。要加強(qiáng)工程的運(yùn)行管理，明確管理單位與人員，落實(shí)管理經(jīng)費(fèi)與措施，加強(qiáng)工程運(yùn)行管理的檢查與考核，落實(shí)工程運(yùn)行管理責(zé)任。針對混凝土工程地點(diǎn)分散、類型復(fù)雜、數(shù)量眾多的特點(diǎn)，積極探索新的運(yùn)行管理機(jī)制，嘗試建立專業(yè)的維修養(yǎng)護(hù)隊(duì)伍，提高工程運(yùn)行維護(hù)水平。定期對建筑物沉降位移、混凝土耐久性能、金屬結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)行監(jiān)測與分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理工程運(yùn)行過程中的問題。工程所處環(huán)境條件發(fā)生較大變化后，應(yīng)及時(shí)重新評(píng)估工程的運(yùn)行狀況，并提出改善工程運(yùn)行環(huán)境和提高工程耐久性的措施。

4　結(jié)語

綜上所述，隨著目前混凝土大量運(yùn)用于建筑行業(yè)，在其后期使用過程中安全性和耐久性便是其中值得關(guān)注的地方。很多混凝土的耐久性的下降，將會(huì)導(dǎo)致建筑物的穩(wěn)定性降低。因此為了確保建筑物使用過程的穩(wěn)定性，需要加強(qiáng)對其設(shè)計(jì)過程中安全性與耐久性的重視，推進(jìn)建筑物的可持續(xù)發(fā)展。

[1]徐國良，王彩輝.結(jié)構(gòu)混凝土耐久性影響因素的研究進(jìn)展與探討[J].材料導(dǎo)報(bào)，2013，27（11）：111～117.

[2]王治民.淺談鋼筋銹蝕對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響[J].四川水泥，2014（3）：129～130.

[3]唐文國.裂縫對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響[J].低碳世界，2014（1）：168～ 169.

TU375

A

1673-0038（2015）23-0185-02

2015-5-22

楊再榮（1983-），男，土家族，貴州都勻人，工程師，本科，主要從事工作方向?yàn)楣こ坦芾砗唾|(zhì)量監(jiān)督。