混凝土結構耐久性分析與設計

朱延闊

摘? ? 要：本文主要分析建筑工程中混凝土結構的耐久性問題，重點研究混凝土結構耐久性存在的問題、設計方法和具體措施等，為今后的設計提供參考。

關鍵詞：耐久性;混凝土結構;設計

1? 引言

耐久性是混凝土結構功能之一。隨著生活水平的逐漸提高，人們對建筑的安全性、耐久性要求也越來越高。不久前，北京市開展的開展的保障性住房百年住宅標準的課題研究也表明耐久性問題引起了業內的普遍重視。在建設項目的設計過程中，必須重視耐久性問題，只有明確耐久性的相關要求和存在的問題，找出設計過程中的關鍵點和難點。才可以制定科學合理的設計方案。

2? 混凝土結構的耐久性

混凝土結構在規定的使用年限內，除應具有足夠的強度和能安全地承受設計荷載外，還應具有在所處的自然環境和使用條件下，長期保持正常使用性能和外觀完整性的能力。混凝土結構耐久性分為材料的耐久性和結構的耐久性兩個方面。

混凝土材料的耐久性包括抗滲性、抗凍性、抗堿骨料反應、抗腐蝕等幾個方面。影響混凝土耐久性的因素可分為內部因素和外部因素。內部因素包括混凝土的水膠比，雜質含量，鋼筋保護層厚度，外加劑不當或錯誤，振搗不密實或外觀疵病缺陷等;外部因素即外部環境影響包括：（1）鋼筋被有害氣體、液體腐蝕;（2）混凝土碳化;（3）凍融循環、溫濕變化;（4）堿-骨料反應;5.物理性損害（磨損、風蝕）等。其中，混凝土的碳化，堿-骨料反應和鋼筋的腐蝕對混凝土結構的耐久性影響最大，必須采取相應的預防措施。

3? 當前我國建筑工程結構耐久性存在的問題

相關調查表明，國內大多數工業建筑物在使用25～30年后即需大修，處于惡劣環境下的建筑物使用壽命僅15～20年。民用建筑和公共建筑的使用環境相對較好，一般可維持50年以上，但陽臺、雨蓬等露天構件的使用壽命通常僅在30年左右。

筆者于2010左右參加了中小學校舍安全工程，曾對大量的既有校舍進行了抗震鑒定和加固工作，在現狀現場踏勘中發現，建于上世紀八十年代的校舍，處于室內環境的混凝土構件外觀基本良好，但處于室外環境的外走廊梁柱、雨蓬、欄板等混凝土構件多數存在下列情況的一項或多項：混凝土龜裂或酥松，漏筋或鋼筋腐蝕嚴重，存在過大裂縫等。另外，施工管理和施工水平也是影響混凝土結構耐久性的重要因素。筆者在一個加固工程中發現，揭開樓面裝修層發現，板面沿梁邊存在明顯的通長裂縫，經向原施工單位了解后判斷，此裂縫是施工時搶工期而過早拆除模板造成的。

長期以來，結構設計人員和施工技術人員對建筑結構的強度重視度很高，但往往忽視結構的耐久性。 “重強度輕耐久”的設計思想一直是建筑行業的一大弊病。另外在使用過程中，業主對建筑物的正確使用和維護的意識也較差。

4? 混凝土結構耐久性設計方法及內容

4.1? 混凝土耐久性設計分為定量方法和經驗方法

在同一設計過程中，經驗方法和定量方法可以互為補充，經驗方法確定總體布置、構造以及材料類型等，定量方法在此基礎上進行材料性質和構造參數的定量設計。

（1）經驗方法是將環境作用按其嚴重程度定性地劃分成幾個作用等級，對于不同環境作用等級下的混凝土結構構件，由規范直接規定混凝土材料的耐久性質量要求和構造要求。

（2）定量方法需要定量界定環境作用，選擇符合實際情況的劣化模型求得環境作用效應，以得出耐久性極限狀態下的環境作用效應與耐久性抗力的關系。設計使用年限大于50年的重要工程，其混凝土結構的耐久性設計宜采用定量方法。

4.2? 混凝土結構耐久性設計內容

（1）確定結構的設計使用年限、環境類別和作用等級;（2）采用有利于減輕環境作用的結構形式和布置;（3）對材料的質量要求（主要指混凝土的強度、水膠比、膠凝材料用量等）作出規定;（4）確定鋼筋的混凝土保護層厚度，并提出施工質量驗收要求;（4）混凝土構件裂縫控制設計;（5）防排水構造要求;（6）對于嚴重環境作用下的混凝土結構需采取合理的防腐蝕措施或多重防護措施;（7）應提出結構使用階段的檢測、維護與修復要求;（8）根據檢測結果必要時對結構或構件進行耐久性再設計。

5? 提高混凝土結構耐久性的具體措施

5.1? 提供混凝土材料耐久性的主要措施

（1）提高混凝土抗滲性。混凝土的抗滲性是指其抵抗壓力液體（水、油等）滲透作用的能力。它直接影響混凝土的抗凍性和抗腐蝕性，是決定混凝土耐久性最主要的因素。混凝土在壓力液體作用下產生滲透的主要原因，是其內部存在連通的滲水孔道。因此，提高混凝土抗滲性的關鍵是提高混凝土的密實度或改變混凝土孔隙特征。提高混凝土抗滲性的主要措施有降低水灰比，以減少泌水和毛細孔;摻引氣劑，將開口孔轉變成閉口孔，割斷滲水通道;減小骨料最大粒徑，骨料干凈、級配良好;采用補償收縮纖維混凝土技術等。

（2）減輕混凝土堿-骨料反應。發生堿-骨料反應的充分條件是混凝土有較高的堿含量、骨料有較高的活性、水的同時存在。通常，堿含量主要由水泥生產原材料尤其是粘土帶入的。粘土的堿含量高達2.6%，因此水泥的堿含量通常難以降低。此時，降低混凝土外加劑中的堿含量，從而降低混凝土的總堿含量是減輕混凝土堿-骨料反應有效辦法。此外，在混凝土中加人適量是粉煤灰、礦渣等可有效地抑制堿骨料反應;如能有效地隔絕水和空氣的來源，也可以取得緩和堿骨料反應對混凝土損害的效果。

（3）要有足夠的鋼筋保護層厚度。據有關資料介紹，一般氯鹽或碳化從混凝土表面擴散到鋼筋表面引起鋼筋銹蝕的時間與混凝土保護層厚度的平方成正比。當保護層厚度分別為40mm、30mm、20mm時，保護層厚度5mm的負偏差就能使鋼筋銹蝕的時間分別縮短24%、30%、44%。因此鋼筋保護層必須具有足夠的厚度。

5.2? 加強施工管理

（1）施工縫構造應合理。混凝土結構的施工縫是不可避免的。施工縫是混凝土結構的薄弱點，易形成滲漏水通道。因此，每條施工縫都應設置有效的防水措施。

（2）加強混凝土的振搗。混凝土澆筑過程中的振搗操作十分重要，特別是鋼筋密集部位，要精心振搗，排除氣體;否則極易產生露石糙面、蜂窩等缺陷。設計時也應也應注意鋼筋的間距要保證易于振搗。

（3）充分養護。養護是為了給予混凝土硬化和強度增長最佳的環境條件。適宜的溫度和濕度是很重要的，溫度保持在10°C 以上，方有利于混凝土強度的增長。濕度必須保持，特別是最初幾天，對促進水泥水化和避免干縮裂縫至關重要。合理的養護，將會使混凝土滲透性降低，耐久性及結構壽命會成倍提高。

5.3? 建立使用階段的維護制度

合理地規劃使用期內結構與構件的維護制度，對于抵消環境作用引起的性能劣化、維持結構的性能水平很重要。因此，在設計階段就需要根據結構設計方案，以及使用周期中結構與構件的劣化規律，以施工結束或竣工狀態為起點，合理規劃使用期的維護技術和維護的頻次。

6? 結束語

簡言之，耐久性是建筑項目設計中的重要指標。如果在設計過程中忽視耐久性問題，將導致結構或構件在設計使用年限內出現各種問題，其維修的費用可能遠遠超過當初工程建設時的投資，因此，提高混凝土耐久性，延長結構使用壽命，盡量減少維修費用，方能確保建筑行業的可持續發展。

參考文獻：

[1] GB/T 50476—2019 .混凝土結構耐久性設計標準[S].

[2] GB 50108—2008.地下工程防水技術規范[S].

[3] 顧征宇，張德鋒，楊毅超.補償收縮纖維混凝土抗裂性及耐久性試驗研究[J].建筑結構，2016（13）.