淺談混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性設(shè)計

1、<p>　　淺談混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐久性設(shè)計</p><p>　　【摘要】影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，所以應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限和環(huán)境類別對結(jié)構(gòu)混凝土提出相應(yīng)的限制和要求，以保證其耐久性。同時，還要對影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素進行分析，從而在設(shè)計中保證達到構(gòu)筑物的耐久性。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性；影響因素；設(shè)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(jié)構(gòu)是目前應(yīng)用較廣的結(jié)構(gòu)形式之一。隨著建筑物的老化和環(huán)境污染的加重，國內(nèi)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(guān)。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題越來越引起國內(nèi)外廣大研究者的關(guān)注。 </p><p&

3、gt;　　一、影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素 </p><p>　　影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素主要有：溫濕度變化、混凝土的堿集料反應(yīng)和碳化、化學(xué)侵蝕和凍融破壞等。 </p><p>　　1.溫濕度變化的影響混凝土?xí)崦浝淇s，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(nèi)部體積變化不協(xié)調(diào)而產(chǎn)生裂縫。

4、這些因膨脹不均而引起的損傷日積月累，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部組織的破壞，最終會削弱結(jié)構(gòu)抗力。 </p><p>　　2.混凝土的堿集料反應(yīng)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(zhì)反應(yīng)時將發(fā)生體積膨脹，導(dǎo)致混凝土脹裂，這種現(xiàn)象叫堿―集料反應(yīng)。發(fā)生堿―集料反應(yīng)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(xiàn)反應(yīng)環(huán)。。英國建筑研究院的系統(tǒng)試驗結(jié)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(yīng)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(yīng)。 </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(zhì)發(fā)生反應(yīng)使混凝土的堿性下降。其它物質(zhì)如二氧化硫，硫化氫等

6、也能與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生類似反應(yīng)，使混凝土中性化，即pH值下降?；炷撂蓟瘜炷恋闹饕：Ρ憩F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(zhì)的侵蝕，起到“鈍化”保護作用。但大氣中存在的酸性介質(zhì)及水通過各種孔道、裂縫而滲入混凝土，可以中和這種堿性?；炷撂蓟乃俣仁志?/p>

7、慢，并且與混凝土的質(zhì)量，環(huán)境條件等因素有關(guān)?；炷撂蓟瘜炷恋闹饕：Ρ憩F(xiàn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的耐久性能。 </p><p>　　4.化學(xué)侵蝕 水可以滲入混凝土內(nèi)部，當(dāng)其中溶入有害化學(xué)物質(zhì)時，即對混凝土的耐久性造成影響更大。酸性物質(zhì)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(jié)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(xué)反應(yīng)，體積膨脹同樣會造成混凝土破壞?；瘜W(xué)介質(zhì)對混凝土的侵蝕，表現(xiàn)在有些化學(xué)物質(zhì)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(xué)物質(zhì)與侵入混凝土中的一些成分反應(yīng)生成體積膨脹的物質(zhì)，引起混凝土結(jié)構(gòu)破壞。如酸、堿溶液直接接觸混凝土?xí)r將產(chǎn)生嚴重的腐蝕；海港及海堤混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的耐久性。對此，應(yīng)根據(jù)實際情況，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，防止或減少對混凝土結(jié)構(gòu)的侵蝕。 </p><p>　　5.凍融破壞 混凝土的抗凍性與其孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，混凝土孔隙率和孔徑分布，決定了孔溶液的冰點和結(jié)冰量。結(jié)冰的孔溶液量越多，混凝土內(nèi)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(jié)硬后，內(nèi)部有很多毛細胞。低溫時水分因結(jié)冰產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞。反復(fù)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(jié)構(gòu)破壞。 </p><p>　　6．機械和生物作用 反復(fù)的機械作用（磨損、沖刷等）會削弱混凝土結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，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(gòu)件滲透會在構(gòu)件體內(nèi)形成空隙，同時其分泌的化學(xué)物質(zhì)可能也會對混凝土及其內(nèi)部的鋼筋產(chǎn)生腐蝕。 </p

11、><p>　　二、在設(shè)計中對混凝土耐久性的考慮 </p><p>　　我們設(shè)計的建筑物除了要滿足承載能力要求，還應(yīng)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(xiàn)。 </p><p>　　1.耐久性材料的選擇： </p><p>　　(1)根據(jù)使用環(huán)境條件、設(shè)計使用年限和耐久性等級的要求，并結(jié)合現(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(jù)平均凍融次數(shù)的不同，摻入不同數(shù)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(yīng) 0. 1%的水泥重量。 </p><p>

13、;　　(4) 有嚴重化學(xué)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(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計： </p><p>　　(1)要區(qū)別普通混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土，分別針對不同的侵蝕環(huán)境和設(shè)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(gòu)件處于可能遭受嚴重銹蝕環(huán)境時，應(yīng)控制受力

14、鋼筋最小直徑為16mm。 </p><p>　　(3)合理地選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的幾何形狀，使其不能形成侵蝕性物質(zhì)的停留區(qū)，構(gòu)件的截面積與表面積應(yīng)具有適當(dāng)?shù)谋壤?</p><p>　　(4) 室外構(gòu)件宜設(shè)滴水溝，防止雨水從構(gòu)件側(cè)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(yīng)注意通風(fēng)，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(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)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(gòu)件的設(shè)計應(yīng)避免出現(xiàn)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(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，其寬度 0.1mm。 </p><p>　　(9)構(gòu)件中的應(yīng)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(zhì)相互作用的速度，在彈性應(yīng)變范圍內(nèi)，材料的受壓和受拉都會引起結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)，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(xiàn)行《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)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(xiàn)裂縫構(gòu)件)的最大裂縫寬度限值，室內(nèi)正常環(huán)境下的受彎構(gòu)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(gòu)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(gòu)件，建議裂縫寬度 0.1 mm。 </p>

18、;<p>　　(2)對一類環(huán)境下的預(yù)應(yīng)力混凝土屋面梁、托梁、屋架、托架、屋面板和樓板，應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土吊車梁，應(yīng)按一級裂縫控制等級進行驗算。 </p><p>　　3.混凝土構(gòu)件表面外涂保護層 </p><p>　　通過在混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面涂刷或噴刷防腐層能防止腐蝕介質(zhì)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(jīng)常處于潮濕階段, 構(gòu)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(jié)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(jié)語：混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計壽命要求一般為40至50年，有的要求上百年。而現(xiàn)實中，處于腐蝕環(huán)境中的混凝土遠遠達不到設(shè)計壽命要求，有的在15、20年就出現(xiàn)了鋼筋銹蝕破壞，甚至不足五年就開始修復(fù)。此方面的花費是驚人的，已經(jīng)是一個重大經(jīng)濟問題。因此，提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的意義是不言而喻的。提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，只要是通過合理設(shè)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(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范. </p><p>　　[ 2] CECS01:2004.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南. </p><p>　　[ 3] GB 50010-2010.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范 </p><p>　　[ 4] GB 50108