混凝土结构的耐久性设计方法

混凝土结构的耐久性设计方法

徐智勇

大连松岩建筑设计院有限公司，辽宁 大连 116011

摘要：混凝土结构的耐久性是土木工程界的重大研究课题。我国是发展中的国家，正在进行大规模的基础建设，因此必须重视混凝土结构的耐久性。对这一课题的研究不仅关系到当前的国计民生，更对社会的可持续发展产生巨大的影响。 关键词：混凝土结构；耐久性设计；措施 中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：1671-5810(2015)56-0119-01

混凝土结构的耐久性，是指在确定的环境作用和维修使用的条件下，结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的一种能力。当结构或构件由耐久性损伤，造成某项性能丧失而不能满足安全使用的要求时，便称为耐久性失效。本文从混凝土耐久性的概述、影响混凝土耐久性的因素以及提高混凝土的耐久性的措施等方面进行了阐述。

1 混凝土结构耐久性概述

1.1 混凝土结构的耐久性的定义

混凝土结构的耐久性是指经过正常设计、正常施工并在设计预定的环境中正常工作的结构，无需经过昂贵的维修加固，能在保持预定实用功能的条件下达到设计寿命的程度；或指结构在化学的、生物的或其他不利因素的作用下，在预定时期内其材料性能的恶化不至于导致结构出现不可接受的失败概率；或指结构在某一特定时间段内能够安全保持其可用性的能力。

1.2 混凝土结构耐久性的要素

在对混凝土结构耐久性的定义当中，基本上涵盖了三个非常重要的要素，分别为环境、功能以及经济，这将使得混凝土结构耐久性在特定的情况下受到了外来因素的侵蚀。同时，由于自身结构的不稳定性，会随着时间的推移发生一定程度的改变，而在项目的正常使用过程当中，自然以及正常的损耗，都会对混凝土结构产生本质上的影响，对其耐久性有着极大的挑战。在通过对行业当中混凝土的作用区域进行划分后，将其应用的环境分为六大种类，分别为：大气、土壤、海洋、环境水、化学物质以及特殊工作环境。与此同时，其耐久性既是混凝土结构的固有综合性能，对承载能力、与结构的正常使用互相产生作用，还能反映随着时间的推移而产生的变化，混凝土结构也自然而然地将耐久性归入到承载能力以及使用的状态的计算当中。

2 影响混凝土耐久性的因素 2.1 材料因素

原材料品质对混凝土结构耐久性的影响至关重要，如原材料控制不严会导致某些组份之间发生化学反应，特别是碱骨料反应对结构耐久性十分不利。混凝土是碎石、砂、水泥和水拌合后凝硬而成，这些材料的优劣直接影响到硬化后混凝土的质量，上乘材料能为工程使用期混凝土结构的耐久性打下良好基础。混凝土不密实易使混凝土在使用过程中受各种不利因素影响，比如渗透、碳化和冻融破坏。渗透是指当混凝土内部出现缺陷时，水和空气容易渗入，其中水中的有害物质易对混凝土产生化学侵蚀，从而影响混凝土的耐久性。当混凝土密实度低，空气中水和二氧化碳容易渗入形成碳酸，使混凝土碱度降低，这一过程被成称为碳化。冻融破坏则指混凝土在饱水状态下因冻融循环产生的破坏作用。

2.2 环境因素

混凝土结构耐久性降低的主要原因跟混凝土结构所处的外部环境有关，外部环境因素主要有气候、潮湿、高温、氯离子侵蚀、化学介质（酸、酸盐、海水、碱类等）侵蚀、磨损破坏等。环境对结构耐久性的影响主要表现为两方面，一是环境的物理作用造成了混凝土的开裂和剥落，二是环境的化学作用使混凝土分解和钢筋锈蚀。我国现行的《混凝土结构设计规范》增补了有关结构耐久性的规定，划分了混凝土结构所处的环境类别，环境等级越高说明结构所处的环境越恶劣，对结构耐久性越不利。

2.3 设计因素

结构的设计形状与构造型式、结构的保护层厚度、混凝土的设计水灰比及混凝土的强度等这些设计因素均会影响到混凝土的结构耐久性。许多混凝土结构的腐蚀过程与自由水的存在有很大关系，故结构的设计形状与构造形式对结构耐久性尤为重要，自由水是否排泄通畅直接影响结构的经久耐用，而结构的设计形状与构造型式又关系到自由水的排泄。保护层的存在不仅保证了钢筋与混凝土间的粘结，也起到保护钢筋的作用，使有害介质不会轻易侵入到混凝土内部。一般采用低水灰比配置混凝土，利于提高结构的耐久性。

3 提高混凝土耐久性的主要技术措施 3.1 合理选择混凝土结构的组成材料

混凝土是碎石、砂、水泥和水拌合后凝硬而成。这些材料的优劣直接影响到硬化后的混凝土的质量（包括密实度和强度等），好质量的材料将为工程使用期混凝土的耐久性打下良好的基础。混凝土各组成材料及钢筋的选用应满足材料的耐久性质量要求，应按规范规定对进场原材料进行严格的质量检验。同时合理改善颗粒级配，提高混凝土的密实性，从而提高耐久性。

3.2 根据不同的环境因地制宜

我国幅员辽阔，各地情况千差万别，国家规范很难把各地情况考虑在内。各地降水量的不同导致各地的相对湿度不同，而相对湿度是影响混凝土结构中钢筋锈蚀的重要因素；各地的气温不同、温度过低可能导致混凝土的冻融循环破坏，使用除冰盐又会加重氯离子的侵蚀，而温度过高又会加快钢筋的锈蚀速度；各地的污染程度不同导致其对混凝土结构的侵蚀程度不同；各地的原材料质量不同导致各地混凝土的质量也有较大差异，而这些均可通过制订地方混凝土结构耐久性设计规程得以解决。

3.3 改进结构设计

结构的选型、布置和构造应有利于减轻环境因素对结构的影响。采用具有防腐保护的钢筋（例如，体外预应力筋，无粘结预应力筋，环氧涂层钢筋等）；加强构造配筋；控制裂缝发展；加大混凝土保护层厚度等。在混凝土结构中，其自身也会存在着一些可能导致混凝土结构发生破坏的因素，使得混凝土失效。比如由于化学干缩剂的使用不当，则在干缩的过程中会造成混凝土表面发生大面积的干裂，水热化性能过高导致混凝土产生裂缝，这些现象也大量的存在，因此，需要从混凝土自身的组成因素等方面，进行有效的控制，才能够实现对混凝土结构的耐久性的有效保证。

4 结论

随着我国城市化进程步伐的加快，建筑工程在推动城市快速发展过程中起着非常重要的作用，而混凝土耐久性又直接决定着工程质量的好坏。因此，相关工作人员必须重视混凝土耐久性方面的问题，采取相应的解决措施，从而不断提高混凝土的耐久性，这对保证建筑工程质量、推动社会健康发展来说起着至关重要的作用。

参考文献

[1]刘伟跃.试论混凝土结构的耐久性设计方法[J].城市建设理论研究(电子版),2014(12).

[2]冯涛.混凝土结构的耐久性设计方式方法[J].城市建筑,2015(2).

2015年56期 119