试论混凝土结构的耐久性设计的系列问题

　　内容摘要：文章主要对混凝土结构的耐久性设计的概念、等级、原则，设计中的影响因素做了一些详细的分析，并提出了加强混凝土结构耐久性的有效措施。

　　Abstract：Article the concept of durability design of concrete structures, grade, in principle, the influencing factors in the design to do some detailed analysis, and effective measures to enhance the durability of concrete structures

　　关键词：混凝土结构;耐久性;设计

　　Keywords: concrete structures; durability; design

　　中图分类号：TU377 文献标识码： A 文章编号：

　　一、混凝土耐久性的概念、等级、原则

　　(一)混凝土耐久性的概念

　　混凝土耐久性是指结构在规定的使用年限内，在任何一种环境作用下，都不用额外的费用加固处理直接就能保持其安全性、正常使用和可接受的外观能力。混凝土耐久性主要包括：抗冻性、抗渗性、碳化。

　　(二)混凝土耐久性的等级

　　1、一级耐久性

　　主要是针对室内干燥环境下的住宅、办公楼等室内构件来说的，用简单的粉刷或油漆防护就可以，也就是能够满足在规定的使用年限内所要求的年限。

　　2、二级耐久性

　　主要是针对露天环境或高温环境下的构件，在规定的使用年限内也存在着个别需要维修的状况，维修采用的方法可能是修补或更替个别构件。

　　3、三级耐久性

　　在沿海地带或受冻融作用的环境以及使用除冰盐的结构，在规定的使用年限内需要经常维修的情况。

　　(三)混凝土的耐久性设计应该遵循的原则

　　在进行混凝土耐久性设计的过程中，相关的设计人员必须要先明确出这一结构的耐久性目标是什么，也就是设定的使用期限;还要确定出耐久性失效标准是什么。一般情况下，使用期限可以分成四类。对于耐久性失效标准，有多种说法。大多数观点认为：一是以结构性能退化导致结构承载能力降低到承载能力极限状态，称为承载能力耐久性失效标准;另一种说法是由于耐久性能退化使结构产生了变形，从而不能够满足正常使用的基本需求，我们主要是以钢筋锈蚀发展到出现混凝土沿顺筋开裂作为正常使用耐久性失效标准。

　　二、混凝土结构耐久性的影响因素

　　(一)混凝土的碱——集料反应

　　碱——集料反应主要是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，进而引起混凝土的膨胀、开裂、甚至破坏。目前，因碱——集料反应不得不拆除大坝、海堤、桥梁的事件并不在少数。混凝土的碱——集料反应必须要具备三个条件：有相当数量的碱、相应的活性集料、水分。避免混凝土的碱——集料反应可以采取以下方法：一是限制混凝土的碱含量;二是避免采用活性集料;三是掺用混合材。

　　(二)混凝土的冻融破坏

　　当混凝土结构在冰点以下环境中时，混凝土内孔隙中的水将结冰，随之会产生体积膨胀进而形成各种压力。一旦压力达到一定程度时，就会导致混凝土破坏。混凝土的冻融破坏最显著的特征就是表面剥落，甚至在严重时还会露出石子。此外，混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少有着直接相关，孔小破坏作用就小，封闭的气泡多了，坑冻性也好。影响混凝土抗冻性的因素还有：孔结构、含气量、水灰比、集料的孔隙率、混凝土的饱和度等。

　　(三)化学侵蚀

　　一般情况下，可以将化学侵蚀分成淡水腐蚀、碳酸腐蚀、一般酸性水腐蚀、硫酸盐腐蚀等几类。当混凝土结构处于有侵蚀性介质作用的环境中时，就会引起化学反应和物理反应，从而受到侵蚀，引起一系列破坏。当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用，加速腐蚀;淡水的冲刷，不仅能溶解水泥石中的组分，也可以使水泥石孔隙增加，密实度也随之降低了，造成了对水泥石的严重破坏;碳酸在溶淅水泥石的同时，也影响了水泥石的致密度，同时也降低了水泥水化产物的稳定性。

　　(四)钢筋的锈蚀

　　钢筋的锈蚀主要表现为钢筋在外部介质作用下产生的电化反应，生产了铁锈，也造成了混凝土顺筋裂缝，整体的混凝土结构受到了破坏。一方面，混凝土碳化和中性化主要是因混凝土的密实度不足，酸性气体渗入混凝土内与氢氧化钙作用;另一方面，钢筋会在拉应力和腐蚀性介质的共同作用下而形成脆性断裂，当钢筋内部存在缺陷，钢筋在腐蚀过程中能够产生少量氢气，会导致钢筋脆化。

　　三、设计使用年限

　　普通的混凝土主要是以水泥为胶结材料，并用天然砂石做骨料，在里面加上水进行拌和，最后形成固体材料。在受到施工、环境因素的影响时，加上化学作用和物理作用，混凝土就是带着裂缝工作的。

　　当混凝土所出现的裂缝很大时，侵蚀的物质就会从裂缝中渗入到混凝土内部，再到达钢筋表面引起锈蚀。钢筋在被锈蚀后，有效面积就减少了，使结构承载力的强度下降了。一旦出现承载力方面的问题，有时可能是脆性破坏。总之，对混凝土的结构不仅要进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算，还要确保在相当长的时期内达到设计规定的具体要求，这个时期就被称为了“设计使用年限”。我国的《建筑结构可靠度设计统一标准》中已经明确规定了：设计使用年限对临时结构是5年;易于替换的结构构件为25年;普通房屋和构筑物为50年;记念性建筑和特别重要的建筑结构为100年。因此，在混凝土结构耐久性设计中，应该以此为依据，进行重点考虑。

　　四、加强混凝土结构耐久性的有效措施

　　(一)控制施工质量

　　控制施工质量可以从以下几个方面着手：混凝土结构保护层的厚度控制、混凝土结构各种孔隙的控制以及水灰比控制。选择保护层厚度应该根据腐蚀环境的不同来设定，在正常的室内环境下，要设计使用年限为100年的结构混凝土应该确保保护层的厚度是按规范的规定增加到40%为宜，混凝土结构及构件不能留有施工缝。此外，为了保证混凝土拌和物所需流动性，减小水灰比，可以使混凝土的总孔隙率大幅度降低。

　　(二)原材料的选择

　　水泥类材料的强度和工程性能，主要是通过水泥砂浆的凝结，硬化形成的，在选择水泥时，要注意水泥品种的具体性能，可以选择水化热低，碱含量小，耐热性，抗冻性能好的水泥来使用。此外，在选择集料时，也要考虑其碱活性，耐蚀性和吸水性，还要改善混凝土拌合物的和易性，以便提高混凝土的耐久性。

　　(三)结构的日常维护

　　混凝土结构在使用阶段，必须注意其检测和维护。例如，建立检测和评估体系，这样对于恶劣环境下的工程建设便于检查，发现问题及时修理，保证混凝土结构能够正常的使用。此外，在使用的过程中，还应该避免结构接触腐蚀性物质、也不要承受超重荷载，一旦出现结构破坏超过一定界限的情况，就必须查找原因进行维修。

　　五、结语

　　对于混凝土结构耐久性设计的问题还有很多方面需要我们研究，因此，需要施工和设计人员在已有的经验和工程的实践基础上做好结构耐久性设计工作。

　　六、参考文献

　　【1】徐晓华、张东影《试论混凝土试验研究及实践》，《建筑技术》2005年06期。

　　【2】覃维祖《论混凝土耐久性研究的现状及发展动向》，《土木工程学报》2009年11期。

　　【3】杜峰、佟艳亮、李博等《浅谈我国混凝土结构耐久性设计中要注意的问题》，《长春理工大学学报》2004年04期。

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文章名称： 试论混凝土结构的耐久性设计的系列问题

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