鋼筋混凝土結構耐久性設計分析

張 翼/新疆廣維現代建筑設計研究院有限責任公司

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鋼筋混凝土結構耐久性設計分析

張 翼/新疆廣維現代建筑設計研究院有限責任公司

【摘 要】大部分民用建筑與工業建筑工程均采用鋼筋混凝土結構，究其原因主要看中該結構的耐久與穩定，進而實現建筑的長久安全，可見無論從研究層面還是從施工角度，尋求鋼筋混凝土結構耐久性有利于建筑行業發展進步，有利于促進人類社會發展。由于自然環境變化與人為破壞等因素，鋼筋混凝土結構耐久性面臨考驗，加之新舊耐久性設計規范的出臺，考量標準、設計標準發生變化。文章首先對新舊混凝土結構耐久性設計規范做簡單闡述，接著分析影響鋼筋混凝土結構耐久性代表因素，最后對提升結構耐久性給出策略建議，以期為相關領域的研究提供有價值的參考。

【關鍵詞】鋼筋混凝土結構；耐久性設計；分析

前言

鋼筋混凝土結構通過科學合理的利用鋼筋優勢與混凝土特點，提升建筑的剛度、強度、防火與耐久性，一直以來廣為民用建筑、工業建筑工程等應用。在建筑設計中，通過考察實地環境，考慮建筑應承受的重量及相關構件應達到的狀態，對鋼筋混凝土結構做調整，盡管如此由于自然環境的不斷變化，結構材料的老化及人為破壞等，建筑物的實際壽命不及預期，由于耐久性不足，很大程度上形成一定的資源浪費、追加成本等，隨著新混凝土結構耐久性設計規范的出臺，舊有的設計發生變化，這就要求我們更加重視鋼筋混凝土結構耐久性的影響因素，通過分析以科學的手段提升耐久性，促進建筑長久為人們服務。

一、新舊混凝土結構耐久性設計規范闡述

2002年我國在《混凝土結構設計規范》中提到混凝土耐久性設計，2004年、2005年進行了新的修訂，2007年中國工程建設標準化協會對混凝土結構耐久性做出了進一步評定標準，直到2008年《混凝土耐久性設計規范》正式出臺，次年開始執行，至此完成了新舊規范的過度，在建筑設計中，新標準開始指導結構設計，建筑行業進入新階段。

從混凝土最低強度等級角度看，舊規范中規定混凝土結構使用年限分別為50年、100年，而新規范針對混凝土最低強度等級中對結構做了三個等級劃分，分別為30年、50年、100年。其中針對非凍融環境，新規范相對較高，除此之外，新規范不僅考慮到使用年限，還設計了改善抗凍性能等，更便于設計人員實際操作。

從混凝土裂縫寬度限值角度看，裂縫會對鋼筋腐蝕造成影響，裂縫寬度越大越會加深腐蝕。依據舊規范來看，對裂縫的計算要大于國內外其他規范標準值，且對于裂縫寬度過分苛刻，新規范出臺后，對裂縫寬度作出調整，相對舊規范標準值也相對寬松些。值得一提的是，提升混凝土保護厚度會提升裂縫寬度值，但相對抑制構件銹蝕較為有利，新規定中針對預應力A類根據相關規范標準自有計算裂縫寬度的方法，通常不考慮保護層厚度對裂縫寬度產生的影響。

從鋼筋保護層厚度角度看，鋼筋混凝土結構中結構耐久性設計會著重考慮保護層厚度，舊規范中提到混凝土保護層通常根據設計經驗來判斷，盡管有理論支持，但實際考量卻很少。新規范中，比照了大量優劣工程現狀及相關調查結果，加之建模核查，對于厚度的規定數值更高了，通過對使用年限的考量，對結構部件的調整，舊規范中的“殼”改成了面形結構，從幾何的角度解析歸類構建，更有利于實際操作。

從氯離子、三氧化硫、堿含量限值的角度看，以最大使用年限為50年的級別來看，舊規范二類A中氯離子含量要低于3％，堿低3％，二類B中氯離子要低于2％，堿低于3％，對最大使用年限為100年的規定相對模糊，只提到了采取有效措施，且沒有對三氧化硫含量做規劃。新規范中提到二類A中氯離子含量低于0.08％，三氧化硫最多低于膠凝材料的4％，不同的環境含量會有所不同，尤其針對堿含量，在骨料無活性干燥環境中，堿含量低于3.5％，濕潤環境則小于3.0％，需要注意的是，骨料有活性的環境下，要嚴格控制堿含量，且要參雜些許礦物合料。

二、影響鋼筋混凝土結構耐久性因素

1.鋼筋銹蝕。引起鋼筋銹蝕的元素有很多，如混凝土保護層厚度、保護層密實度、材料構成，相關礦物質含量等，當空氣中的二氧化碳、氯離子等相關有害物質侵入混凝土內部，引起內部材料與堿性物質產生反應，形成中和反應，不斷降低結構中的PH值，久而久之鋼筋鈍化膜遭到破壞，隨著氧氣與水參與反應，鋼筋銹蝕開始。鋼筋銹蝕后鐵銹的體積不斷膨脹甚至達到原來的4倍，壓力大了，混凝土裂縫增大，導致更多的腐蝕物質侵入通道，形成惡性循環，混凝土結構逐漸被破壞。

2.凍融因素。外部環境對耐久性影響很大，當混凝土結構處于冰點環境下的時候，結構內部空隙中的水會凍成冰，體積逐漸膨脹，位置也會產生變化，形成更大的壓力，當巨大的壓力超過混凝土結構的抗拉強度底線時，結構勢必開裂，耐久性遭到破壞。

3.化學因素。當環境發生變化時，一些化學變化會導致結構耐久性受到侵害。如混凝土碳化情況，這是一種常見現象，大氣中的二氧化碳始終圍繞著建筑物，混凝土中的氫氧化鈣會與之結合發生化學反應，產生碳酸鹽等物質，降低了水泥的強堿性，這形成了混凝土的碳化，至此混凝土開始收縮，裂縫寬度不斷增大，損害建筑壽命；再如酸性腐蝕，當雨水沖刷溶解水泥時，形成了一些氫氧化鋁等物質，水泥石孔會增大，混凝土強度會降低，水中一些酸性物質會加速混凝土侵蝕，結構耐久性遭到嚴重破壞；再如硫酸鹽的破壞，鹽溶液與水泥中的礦物質發生化學反應，生成硫鋁酸鈣及石膏等，體積增大，會不斷瓦解混凝土。

三、提升混凝土結構耐久性措施

首先堅持耐久性設計原則。在做結構設計時，設計師要明確耐久目標，做好項目壽命預期，而且還要清楚相關結構失效的標準，按照新規范將機構設計使用年限劃分四類。盡管目前沒有對耐久性失效標準的統一規范，但根據經驗與相關研究結果顯示，耐久性遭損引起結構變形導致建筑無法正常使用這是標準之一，再有鋼筋銹蝕，混凝土開裂也是標準之一，當結構承載能力到到極限，我們也會知道結構耐久性基本失效。

其次做好材料選擇。在選擇材料時要參考項目實際環境條件，要達到的使用年限及相關預期的耐久性等，原材料配比，不同強度的混凝土的應用相對重要；再有堅持按照要求達到鋼筋保護層厚度標準；在氯離子含量過多的情況下，要做好混凝土中氯含量的控制；在選擇鋼筋時，選擇抗腐蝕性強的很重要，且鋼筋間距要易于振搗；最后還要考慮截面那就行，計量延緩角區鋼筋腐蝕速度，提升保護層厚度，改變配筋形式。

再次做好劣化防范措施。在設計施工過程中，當人員作業出疏漏或使用環境越來越惡劣導致結構耐久性出現明顯惡化時，應立刻采用補救措施，涂層是一種方法，即采用一些防護裝飾涂料刷覆在結構面，還可以涂20mm的刷水泥砂漿，減少或組織空氣中有害物質的侵入，減緩結構中的鋼筋的銹蝕；還可以使用陰極防腐的方式，混凝土中的鹽度差別，鋼筋中存在電極差，鋼筋會銹蝕，這時我們可以在混凝土表面增加一層導電涂料，也可以鋪設導電材料，通過該方法將鋼筋陰極與整流電源正極連接，這樣新的電位差形成，進而鋼筋的銹蝕得到控制。

四、結束語

鋼筋混凝土的耐久性設計對建筑物的壽命至關重要，通過我們對新舊規范的對比分析，挖掘影響鋼筋混凝土結構耐久性的因素，并提出相關策略建議，即堅持耐久性設計原則、做好材料選擇、做好劣化防范措施等，通過分析研究拉動建筑行業發展進步，促進建筑壽命的提升，有質量更安全的為社會服務。

參考文獻：

[1]馮濤華，田俊峰.探析鋼筋混凝土結構的耐久性設計[J].工程建設與設計，2015.09.

[2]王強強，蔣建華.基于氣候環境作用的混凝土材料與結構使用壽命預測方法[J].建筑科學與工程學報，2015.05.

[3]徐立志.鋼筋混凝土結構耐久性設計分析[J].民營科技，2011.04.