混凝土结构耐久性分析与设计.doc

混凝土结构耐久性分析与设计摘    要：本文主要分析建筑工程中混凝土结构的耐久性问题，重点研究混凝土结构耐久性存在的问题、设计方法和具体措施等，为今后的设计提供参考。 关键词：耐久性;混凝土结构;设计 1  引言 耐久性是混凝土结构功能之一。随着生活水平的逐渐提高，人们对建筑的安全性、耐久性要求也越来越高。不久前，北京市开展的保障性住房百年住宅标准的课题研究也表明耐久性问题引起了业内的普遍重视。在建设项目的设计过程中，必须重视耐久性问题，只有明确耐久性的相关要求和存在的问题，找出设计过程中的关键点和难点。才可以制定科学合理的设计方案。 2  混凝土结构的耐久性 混凝土结构在规定的使用年限内，除应具有足够的強度和能安全地承受设计荷载外，还应具有在所处的自然环境和使用条件下，长期保持正常使用性能和外观完整性的能力。混凝土结构耐久性分为材料的耐久性和结构的耐久性两个方面。 混凝土材料的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗碱骨料反应、抗腐蚀等几个方面。影响混凝土耐久性的因素可分为内部因素和外部因素。内部因素包括混凝土的水胶比，杂质含量，钢筋保护层厚度，外加剂不当或错误，振捣不密实或外观疵病缺陷等;外部因素即外部环境影响包括：（1）钢筋被有害气体、液体腐蚀;（2）混凝土碳化;（3）冻融循环、温湿变化;（4）碱-骨料反应;5.物理性损害（磨损、风蚀）等。其中，混凝土的碳化，碱-骨料反应和钢筋的腐蚀对混凝土结构的耐久性影响最大，必须采取相应的预防措施。 3  当前我国建筑工程结构耐久性存在的问题 相关调查表明，国内大多数工业建筑物在使用2530年后即需大修，处于恶劣环境下的建筑物使用寿命仅1520年。民用建筑和公共建筑的使用环境相对较好，一般可维持50年以上，但阳台、雨蓬等露天构件的使用寿命通常仅在30年左右。 笔者于2010左右参加了中小学校舍安全工程，曾对大量的既有校舍进行了抗震鉴定和加固工作，在现状现场踏勘中发现，建于上世纪八十年代的校舍，处于室内环境的混凝土构件外观基本良好，但处于室外环境的外走廊梁柱、雨蓬、栏板等混凝土构件多数存在下列情况的一项或多项：混凝土龟裂或酥松，漏筋或钢筋腐蚀严重，存在过大裂缝等。另外，施工管理和施工水平也是影响混凝土结构耐久性的重要因素。笔者在一个加固工程中发现，揭开楼面装修层发现，板面沿梁边存在明显的通长裂缝，经向原施工单位了解后判断，此裂缝是施工时抢工期而过早拆除模板造成的。 长期以来，结构设计人员和施工技术人员对建筑结构的强度重视度很高，但往往忽视结构的耐久性。 “重强度轻耐久”的设计思想一直是建筑行业的一大弊病。另外在使用过程中，业主对建筑物的正确使用和维护的意识也较差。 4  混凝土结构耐久性设计方法及内容 4.1  混凝土耐久性设计分为定量方法和经验方法 在同一设计过程中，经验方法和定量方法可以互为补充，经验方法确定总体布置、构造以及材料类型等，定量方法在此基础上进行材料性质和构造参数的定量设计。 （1）经验方法是将环境作用按其严重程度定性地划分成几个作用等级，对于不同环境作用等级下的混凝土结构构件，由规范直接规定混凝土材料的耐久性质量要求和构造要求。 （2）定量方法需要定量界定环境作用，选择符合实际情况的劣化模型求得环境作用效应，以得出耐久性极限状态下的环境作用效应与耐久性抗力的关系。设计使用年限大于50年的重要工程，其混凝土结构的耐久性设计宜采用定量方法。 4.2  混凝土结构耐久性设计内容 （1）确定结构的设计使用年限、环境类别和作用等级;（2）采用有利于减轻环境作用的结构形式和布置;（3）对材料的质量要求（主要指混凝土的强度、水胶比、胶凝材料用量等）作出规定;（4）确定钢筋的混凝土保护层厚度，并提出施工质量验收要求;（4）混凝土构件裂缝控制设计;（5）防排水构造要求;（6）对于严重环境作用下的混凝土结构需采取合理的防腐蚀措施或多重防护措施;（7）应提出结构使用阶段的检测、维护与修复要求;（8）根据检测结果必要时对结构或构件进行耐久性再设计。 5  提高混凝土结构耐久性的具体措施 5.1  提供混凝土材料耐久性的主要措施 （1）提高混凝土抗渗性。混凝土的抗渗性是指其抵抗压力液体（水、油等）渗透作用的能力。它直接影响混凝土的抗冻性和抗腐蚀性，是决定混凝土耐久性最主要的因素。混凝土在压力液体作用下产生渗透的主要原因，是其内部存在连通的渗水孔道。因此，提高混凝土抗渗性的关键是提高混凝土的密实度或改变混凝土孔隙特征。提高混凝土抗渗性的主要措施有降低水灰比，以减少泌水和毛细孔;掺引气剂，将开口孔转变成闭口孔，割断渗水通道;减小骨料最大粒径，骨料干净、级配良好;采用补偿收缩纤维混凝土技术等。 （2）减轻混凝土碱-骨料反应。发生碱-骨料反应的充分条件是混凝土有较高的碱含量、骨料有较高的活性、水的同时存在。通常，碱含量主要由水泥生产原材料尤其是粘土带入的。粘土的碱含量高达2.6%，因此水泥的碱含量通常难以降低。此时，降低混凝土外加剂中的碱含量，从而降低混凝土的总碱含量是减轻混凝土碱-骨料反应有效办法。此外，在混凝土中加人适量是粉煤灰、矿渣等可有效地抑制碱骨料反应;如能有效地隔绝水和空气的来源，也可以取得缓和碱骨料反应对混凝土损害的效果。 （3）要有足够的钢筋保护层厚度。据有关资料介绍，一般氯盐或碳化从混凝土表面扩散到钢筋表面引起钢筋锈蚀的时间与混凝土保护层厚度的平方成正比。当保护层厚度分别为40mm、30mm、20mm时，保护层厚度5mm的负偏差就能使钢筋锈蚀的时间分别缩短24%、30%、44%。因此钢筋保护层必须具有足够的厚度。 5.2  加强施工管理 （1）施工缝构造应合理。混凝土结构的施工缝是不可避免的。施工缝是混凝土结构的薄弱点，易形成渗漏水通道。因此，每条施工缝都应设置有效的防水措施。 （2）加强混凝土的振捣。混凝土浇筑过程中的振捣操作十分重要，特别是钢筋密集部位，要精心振捣，排除气体;否则极易产生露石糙面、蜂窝等缺陷。设计时也应也应注意钢筋的间距要保证易于振捣。 （3）充分养护。养护是为了给予混凝土硬化和强度增长最佳的环境条件。适宜的温度和湿度是很重要的，温度保持在10°C 以上，方有利于混凝土强度的增长。湿度必须保持，特别是最初几天，对促进水泥水化和避免干缩裂缝至关重要。合理的养护，将会使混凝土渗透性降低，耐久性及结构寿命会成倍提高。 5.3  建立使用阶段的维护制度 合理地规划使用期内结构与构件的维护制度，对于抵消环境作用引起的性能劣化、维持结构的性能水平很重要。因此，在设计阶段就需要根据结构设计方案，以及使用周期中结构与构件的劣化规律，以施工结束或竣工状态为起点，合理规划使用期的维护技术和维护的频次。 6  结束语 简言之，耐久性是建筑项目设计中的重要指标。如果在设计过程中忽视耐久性问题，将导致结构或构件在设计使用年限内出现各种问题，其维修的费用可能远远超过当初工程建设时的投资，因此，提高混凝土耐久性，延长结构使用寿命，尽量减少维修费用，方能确保建筑行业的可持续发展。 参考文献： 1 GB/T 504762019 .混凝土结构耐久性设计标准S. 2 GB 501082008.地下工程防水技术规范S. 3 顾征宇，张德锋，杨毅超.补偿收缩纤维混凝土抗裂性及耐久性试验研究J.建筑结构，2016（13）. 6