淺談混凝土結構構件的耐久性設計

1、<p>　　淺談混凝土結構構件的耐久性設計</p><p>　　【摘要】影響混凝土結構耐久性的因素很多，所以應根據結構設計使用年限和環(huán)境類別對結構混凝土提出相應的限制和要求，以保證其耐久性。同時，還要對影響混凝土結構耐久性的因素進行分析，從而在設計中保證達到構筑物的耐久性。 </p><p>　　關鍵詞：混凝土結構；耐久性；影響因素；設計 </p><p>

2、;　　中圖分類號： TV331 文獻標識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　鋼筋混凝土結構是目前應用較廣的結構形式之一。隨著建筑物的老化和環(huán)境污染的加重，國內外曾發(fā)生一系列建筑物破壞、倒塌事件，其中很多也與混凝土耐久性問題有關。因此，鋼筋混凝土結構耐久性問題越來越引起國內外廣大研究者的關注。 </p><p&

3、gt;　　一、影響混凝土結構耐久性的主要因素 </p><p>　　影響混凝土結構耐久性的因素主要有：溫濕度變化、混凝土的堿集料反應和碳化、化學侵蝕和凍融破壞等。 </p><p>　　1.溫濕度變化的影響混凝土會熱脹冷縮，同樣也會在干燥失水時收縮而在泡水浸潤后膨脹。這種作用的交替進行，特別在驟然發(fā)生時（如夏季陽光暴曬下的混凝土受驟雨的沖刷），會因混凝土表層及內部體積變化不協(xié)調而產生裂縫。

4、這些因膨脹不均而引起的損傷日積月累，導致混凝土內部組織的破壞，最終會削弱結構抗力。 </p><p>　　2.混凝土的堿集料反應很多國家和地區(qū)由于天然集料資源貧乏或受到開采條件的限制，只能就地取材采用含活性氧化硅成分較高的石料，如果又使用堿總含量大于0.6%的水泥，則活性集料與水泥中的堿物質反應時將發(fā)生體積膨脹，導致混凝土脹裂，這種現象叫堿―集料反應。發(fā)生堿―集料反應的混凝土裂縫中一般都充滿白色膠體，表面裂縫中常

5、有凝膠體流出，干燥時膠體變成白色沉淀，骨料顆粒周圍出現反應環(huán)。。英國建筑研究院的系統(tǒng)試驗結果認為：任何波特蘭水泥中摻加不少于30%的粉煤灰，都足以減少堿―集料反應的危險性。所以，控制使用含活性成分的骨料，采用低堿水泥或摻入粉煤灰降低混凝土中的堿性，可以防止堿集料反應。 </p><p>　　3.混凝土的碳化 混凝土碳化是指大氣中的二氧化碳與混凝土中的堿性物質發(fā)生反應使混凝土的堿性下降。其它物質如二氧化硫，硫化氫等

6、也能與混凝土中的堿性物質發(fā)生類似反應，使混凝土中性化，即pH值下降。混凝土碳化對混凝土的主要危害表現在使混凝土中的鋼筋保護層受到破壞，引起鋼筋銹蝕，從而影響承載力水平?；炷恋奶蓟腔炷两Y構耐久性能失效的重要影響因素之一?；炷林兴嗍袣溲趸}而呈堿性，其在鋼筋表面形成堿性薄膜而保護了金屬鋼筋免遭酸性介質的侵蝕，起到“鈍化”保護作用。但大氣中存在的酸性介質及水通過各種孔道、裂縫而滲入混凝土，可以中和這種堿性。混凝土碳化的速度十分緩

7、慢，并且與混凝土的質量，環(huán)境條件等因素有關?；炷撂蓟瘜炷恋闹饕：Ρ憩F在使混凝土中的鋼筋保護層受到破壞，引起鋼筋銹蝕，從而影響承載力水平?；炷恋奶蓟腔炷两Y構耐久性能失效的重要影響因素之一。減小、延緩混凝土的碳化，可有效地提高混凝土結構的耐久性能。 </p><p>　　4.化學侵蝕 水可以滲入混凝土內部，當其中溶入有害化學物質時，即對混凝土的耐久性造成影響更大。酸性物質對水泥水化物的侵蝕作用最大，酸性

8、侵蝕的混凝土呈土黃色，水泥削弱，骨料外露。此外，濃堿性溶液滲入結晶使混凝土被脹裂和削弱；硫酸型溶液滲入后與水泥發(fā)生化學反應，體積膨脹同樣會造成混凝土破壞。化學介質對混凝土的侵蝕，表現在有些化學物質侵入造成混凝土中一些成分被溶解，流失，引起裂縫，孔隙，松散破碎；有些化學物質與侵入混凝土中的一些成分反應生成體積膨脹的物質，引起混凝土結構破壞。如酸、堿溶液直接接觸混凝土時將產生嚴重的腐蝕；海港及海堤混凝土結構中鋼筋銹蝕嚴重；大氣中的酸雨則大面

9、積地影響著工程結構的耐久性。對此，應根據實際情況，采取相應的技術措施，防止或減少對混凝土結構的侵蝕。 </p><p>　　5.凍融破壞 混凝土的抗凍性與其孔結構密切相關，混凝土孔隙率和孔徑分布，決定了孔溶液的冰點和結冰量。結冰的孔溶液量越多，混凝土內部所受到的靜水壓力越大，混凝土遭受的凍害越嚴重?；炷了Y硬后，內部有很多毛細胞。低溫時水分因結冰產生體積膨脹，引起混凝土內部結構的破壞。反復凍融多次，就會使混凝

10、土的損傷累積達到一定程度而引起結構破壞。 </p><p>　　6．機械和生物作用 反復的機械作用（磨損、沖刷等）會削弱混凝土結構，天長日久以后因損傷積累而影響抗力。其余如沖撞，碰擊等也會影響混凝土結構，生物的腐蝕作用也不能忽視。苔蘚及攀附生物對混凝土的損傷常見于城市排污工程及海洋工程,由于這些生物根系對混凝土構件滲透會在構件體內形成空隙，同時其分泌的化學物質可能也會對混凝土及其內部的鋼筋產生腐蝕。 </p

11、><p>　　二、在設計中對混凝土耐久性的考慮 </p><p>　　我們設計的建筑物除了要滿足承載能力要求，還應有足夠的耐久性，滿足長期使用的要求。為此，我們通過如下幾個方面的措施來實現。 </p><p>　　1.耐久性材料的選擇： </p><p>　　(1)根據使用環(huán)境條件、設計使用年限和耐久性等級的要求，并結合現行《混凝土結構設計規(guī)范

12、》選擇合適的混凝土原材料和配合比，并選用不同強度等級的混凝土、水灰比和水泥用量。 </p><p>　　(2) 對用于凍融環(huán)境下的混凝土，可根據平均凍融次數的不同，摻入不同數量的引氣劑，占水泥重量的4.5%-7%。 </p><p>　　(3) 對有氯鹽侵蝕的環(huán)境(海岸周圍或使用除冰鹽時)要控制混凝土中的氯離子含量，應 0. 1%的水泥重量。 </p><p>

13、;　　(4) 有嚴重化學侵蝕作用的環(huán)境，受力鋼筋可考慮采用環(huán)氧涂層鋼筋或耐腐蝕的合金鋼材。 </p><p>　　2. 結構構造設計： </p><p>　　(1)要區(qū)別普通混凝土和預應力混凝土，分別針對不同的侵蝕環(huán)境和設計使用年限，取用不同的混凝上保護層厚度，少則20mm，多則70mm。 </p><p>　　(2) 構件處于可能遭受嚴重銹蝕環(huán)境時，應控制受力

14、鋼筋最小直徑為16mm。 </p><p>　　(3)合理地選擇結構構件截面的幾何形狀，使其不能形成侵蝕性物質的停留區(qū)，構件的截面積與表面積應具有適當的比例。 </p><p>　　(4) 室外構件宜設滴水溝，防止雨水從構件側面流向底面。 </p><p>　　(5)混凝土墻板在侵蝕環(huán)境中承受溫度和濕度作用時，應注意通風，避免過高的局部潮濕和水氣聚積。 &l

15、t;/p><p>　　(6)用離心法制作的混凝土結構構件可達到有效的密實度，用于架空輸電線路的離心法混凝土電桿，在嚴寒氣候條件下具有較高的抗蝕性。 </p><p>　　(7) 混凝土構件的配筋布置要保證足夠鋼筋間距，避免保護層不足引起鋼筋過早銹蝕或混凝土保護層剝落。 </p><p>　　(8) 構件的設計應避免出現過大裂縫，在荷載作用下，混凝土表面裂縫計算寬度

16、0.2mm，對有氯離子侵蝕的環(huán)境和預應力混凝土構件，其寬度 0.1mm。 </p><p>　　(9)構件中的應力狀態(tài)和大小，在很大程度上會影響混凝土的滲透性及其與活性介質相互作用的速度，在彈性應變范圍內，材料的受壓和受拉都會引起結構的孔隙、毛細管和裂縫發(fā)生可逆變化，在彈塑性區(qū)也影響材料的顯微結構和多孔結構，所以要加強混凝土的密實性。在任何情況下，張拉都會加大混凝土的滲透性，降低其抗腐蝕性。 </p>

17、;<p>　　2.裂縫寬度的限制： </p><p>　　(1) 現行《混凝土結構設計規(guī)范》給出不同環(huán)境類別下裂縫寬度限制值，如裂縫控制等級為三級(允許出現裂縫構件)的最大裂縫寬度限值，室內正常環(huán)境下的受彎構件，最大裂縫寬度可放寬到0.4mm，對處于露天干濕交替環(huán)境下的構件，允許的裂縫寬度可放寬到0.2mm，對處于氯離子侵蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土構件，建議裂縫寬度 0.1 mm。 </p>

18、;<p>　　(2)對一類環(huán)境下的預應力混凝土屋面梁、托梁、屋架、托架、屋面板和樓板，應按二類裂縫控制等級進行驗算，在一類和二類環(huán)境下，對需作疲勞驗算的預應力混凝土吊車梁，應按一級裂縫控制等級進行驗算。 </p><p>　　3.混凝土構件表面外涂保護層 </p><p>　　通過在混凝土結構構件表面涂刷或噴刷防腐層能防止腐蝕介質侵入到鋼筋表面, 從而避免鋼筋生銹。表面涂防腐

19、層對于新建混凝土建筑物是比較可靠耐久的。但是對于使用中的建筑物, 尤其是港口建筑物中最易腐蝕的部位―浪濺區(qū)段, 此段經常處于潮濕階段, 構件含水量極高, 表面孳生了大量的海生物。這對防腐涂料提出了很高的要求: 即要有良好的封閉性能, 又要有在潮濕狀態(tài)下的強大粘結能力, 還要價格低, 易于施工。滿足上述要求的防腐涂料將極大的改善使用中的港口建筑物的防腐能力。目前常用的防腐涂料有聚合物水泥砂漿、環(huán)氧樹脂等。 </p><

20、p>　　結語：混凝土結構的設計壽命要求一般為40至50年，有的要求上百年。而現實中，處于腐蝕環(huán)境中的混凝土遠遠達不到設計壽命要求，有的在15、20年就出現了鋼筋銹蝕破壞，甚至不足五年就開始修復。此方面的花費是驚人的，已經是一個重大經濟問題。因此，提高混凝土結構耐久性的意義是不言而喻的。提高混凝土結構耐久性，只要是通過合理設計與施工，從而最大限度地提高混凝土本身的耐久性 </p><p><b>　

21、　參考文獻 </b></p><p>　　[ 1] GB50204- 2002,混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范. </p><p>　　[ 2] CECS01:2004.混凝土結構耐久性設計與施工指南. </p><p>　　[ 3] GB 50010-2010.混凝土結構設計規(guī)范 </p><p>　　[ 4] GB 50108