混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

1、<p>　　混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：混凝土耐久性是混凝土在正常使用的環(huán)境條件下，能抵抗內(nèi)、外不利影響，而保持其使用性能。文章對(duì)影響混凝土耐久性的原因進(jìn)行分析，提高混凝土耐久性的措施。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：混凝土；結(jié)構(gòu)；耐久性；設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)：TV331文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p>&l

2、t;p><b>　　引言 </b></p><p>　　混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用非常廣泛，但由于其材料和使用環(huán)境的特殊性，混凝土結(jié)構(gòu)存在嚴(yán)重的耐久性問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題處理不好將會(huì)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。通常結(jié)構(gòu)的耐久性是指在設(shè)計(jì)確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力?；炷恋哪途眯?決定著混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。 </p><p>　　

3、一、混凝土材料的耐久性指標(biāo) </p><p>　?。ㄒ唬┛?jié)B性?；炷恋目?jié)B性是指抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。防水混凝土的設(shè)計(jì)抗?jié)B等級(jí)分為P6，P8，P10，P12.混凝土的抗?jié)B性主要與混凝土的密實(shí)度和孔隙率及孔隙結(jié)構(gòu)有關(guān)。混凝土中相互連通的孔隙越多，孔徑越大，則混凝土的抗?jié)B性越差。降低水灰比，采用減水劑、摻加引氣劑、防止離析和沁水的現(xiàn)象發(fā)生，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，防止出現(xiàn)施工缺陷等均有利于提高混凝土抗?jié)B性。故地

4、下工程或與水，土壤直接接觸的部位使用通過(guò)調(diào)整配合比，摻加外加劑、摻合料等方法配制而成防水混凝土，并且對(duì)防水混凝土本身的厚度，保護(hù)層的厚度，裂縫的寬度及后期的養(yǎng)護(hù)均有更嚴(yán)格的要求。 </p><p>　　（二）抗凍性。混凝土的抗凍性是指混凝土抵抗凍融循環(huán)作用的能力?；炷恋膬鋈谄茐闹傅氖腔炷林械乃Y(jié)冰后體積膨脹，混凝土產(chǎn)生細(xì)微裂縫，反復(fù)凍融使裂縫擴(kuò)展，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)由表及里剝落破壞的現(xiàn)象。一般以抗凍等級(jí)來(lái)表示混凝

5、土的抗凍性，抗凍等級(jí)根據(jù)混凝土能夠承受反復(fù)凍融循環(huán)次數(shù)分為：F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等。外部環(huán)境向混凝土提供的水分和凍融條件，組成材料性質(zhì)及含量、養(yǎng)護(hù)齡期及摻加引氣劑等因素對(duì)混凝土抗凍性有重要的影響。采用質(zhì)量好的原材料、小水膠比、延長(zhǎng)凍結(jié)前的養(yǎng)護(hù)時(shí)間、摻加引氣劑、盡量減少施工缺陷等措施均可提高混凝土的抗凍性。 </p><p>　　（三）抗侵蝕性。環(huán)境介質(zhì)對(duì)混凝土的化學(xué)侵蝕

6、有淡水、硫酸鹽、海水及酸堿侵蝕等，其侵蝕機(jī)理與水泥石化學(xué)侵蝕相同。對(duì)以上各類侵蝕難以有共同的防止措施，只能采取提高混凝土的密實(shí)度，改善混凝土的孔隙結(jié)構(gòu)，以使環(huán)境侵蝕介質(zhì)不易滲入混凝土內(nèi)部；或者直接采用外部保護(hù)措施以隔離侵蝕介質(zhì)不與混凝土接觸。 </p><p>　?。ㄋ模A骨料反應(yīng)。當(dāng)混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅時(shí)，如果水泥中的堿含量較多，水解后形成的氫氧化鈉和氫氧化鉀會(huì)與骨料中的活性氧化硅起化學(xué)反應(yīng)，形成復(fù)

7、雜的堿—硅酸凝膠。這種凝膠會(huì)吸水腫脹，把混凝土脹裂。 </p><p>　　二、影響混凝土耐久性的相關(guān)因素 </p><p>　　（一）混凝土是由多種材料混合后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物，影響其耐久性的因素也十分復(fù)雜，主要取決于以下四個(gè)方面，是內(nèi)在與外部因素共同作用的結(jié)果：(1)混凝土材料的自身特性；(2)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量；(3)混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件；(4)混凝土結(jié)構(gòu)的使用條件和防護(hù)

8、措施。 </p><p>　?。ǘ┗炷敛牧系淖陨硖匦??；炷敛牧系淖陨硖匦院徒Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量是決定其耐久性的內(nèi)因?；炷恋牟牧辖M成，如水膠比、水泥品種和數(shù)量、骨料的種類與級(jí)配都直接影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性?；炷恋娜毕?例如裂縫、氣泡、空穴等)會(huì)造成水分和侵蝕性物質(zhì)滲入混凝土內(nèi)部，與混凝土發(fā)生物理化學(xué)作用，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。 </p><p><b>　　（三）最主要

9、因素 </b></p><p>　?。?）混凝土的碳化。碳化是混凝土中性化的常見(jiàn)形式，碳化可使混凝土的 </p><p>　　pH值降至10以下。碳化對(duì)混凝土本身是無(wú)害的，其主要的問(wèn)題是當(dāng)碳化至鋼筋表面時(shí)，將會(huì)破壞氧化膜，鋼筋有銹蝕的危險(xiǎn)，此外會(huì)加劇混凝土的收縮，可導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。這些均給混凝土的耐久性帶來(lái)不利影響。 </p><p>　?。?）鋼筋的銹

10、蝕?；炷撂蓟龄摻畋砻媸寡趸て茐氖卿摻钿P蝕的必要條件，含氧水分侵入是鋼筋銹蝕的充分條件。鋼筋銹蝕有相當(dāng)長(zhǎng)的過(guò)程，先是在裂縫較寬處的個(gè)別點(diǎn)上“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時(shí)向兩邊擴(kuò)展，形成銹 </p><p>　　蝕面，使鋼筋截面削弱。 </p><p>　　三、混凝土耐久性的設(shè)計(jì)要點(diǎn) </p><p>　?。ㄒ唬?確定結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別 </p>

11、<p>　　現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)對(duì)影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的環(huán)境類別進(jìn)行了較詳細(xì)的分類，按所處的環(huán)境按鋼筋和混凝土材料的不同腐蝕作用機(jī)理分為5類。 </p><p>　　環(huán)境分類。不同環(huán)境類別在不同的環(huán)境條件（如濕度、溫度、侵蝕介質(zhì)的濃度等）下對(duì)配筋（鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋）混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕的嚴(yán)重程度分為6級(jí)。 </p><p>　　環(huán)境作用等級(jí)。如果對(duì)每種環(huán)境類別中環(huán)境作用等級(jí)細(xì)分的話，環(huán)境作用

12、等級(jí)可分為24項(xiàng)。但是由于環(huán)境作用等級(jí)的確定主要依靠對(duì)不同環(huán)境條件的定性描述，當(dāng)實(shí)際的環(huán)境條件處于兩個(gè)相鄰作用等級(jí)的界限附近時(shí)，就有可能出現(xiàn)難以判定的情況，這就需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和既有工程劣化狀況的調(diào)查，并綜合考慮工程重要性等因素后確定。 </p><p>　?。ǘ?合理選擇結(jié)構(gòu)混凝土材料 </p><p>　　現(xiàn)行規(guī)范中對(duì)設(shè)計(jì)使用年限50年及100年的混凝土結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境等

13、級(jí)，控制混凝土材料的最大水膠比、最低強(qiáng)度等級(jí)、最大氯離子含量及最大堿含量，以滿足耐久性的基本要求。在滿足混凝土材料的耐久性基本要求的同時(shí)，尚應(yīng)采取其它耐久性技術(shù)措施。 </p><p>　　四、增強(qiáng)混凝土耐久性的措施 </p><p>　?。ㄒ唬┓乐够炷羶?nèi)的鋼筋銹蝕。鋼筋在混凝土中起到主要的支柱作用，如果鋼筋發(fā)生銹蝕，那么整個(gè)混凝土的質(zhì)量就會(huì)發(fā)生根本的改變，當(dāng)前工程中處理鋼筋銹蝕的基本方

14、式是在鋼筋表面上涂上一層保護(hù)膜，通過(guò)保護(hù)膜的方式從而減少鋼筋受到混凝土所吸收水分的銹蝕，不但達(dá)到保護(hù)鋼筋的目的，而且也保證了混凝土的使用。 </p><p>　　（二）使用礦物摻和料。主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的強(qiáng)度；使用粉煤灰和磨細(xì)礦渣降低水泥用量，提高混凝土的后期強(qiáng)度；減少水化熱，并使二次水化產(chǎn)物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗?jié)B性，同時(shí)可減緩混凝土中的堿—骨料反應(yīng)。此外，石粉、鍛燒高嶺土、磨細(xì)珍珠巖尾砂粉

15、等其他礦物摻和料也具有提高混凝土耐久性的作用。但是礦物摻和料在提高混凝土性能的同時(shí)，也會(huì)帶來(lái)某些負(fù)作用，如降低早期強(qiáng)度、需水量增大、收縮增大等。因此應(yīng)根據(jù)具體的工 </p><p>　　程實(shí)際，科學(xué)摻用。 </p><p>　　（三）摻加外加劑，摻入高效減水劑：在保證混凝土拌和物所需流動(dòng)性的同時(shí),盡可能降低用水量,減少水膠比,使混凝土的總孔隙,特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。水泥在加水?dāng)嚢韬?/p>

16、,會(huì)產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中,包裹著許多拌和水,從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量,這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過(guò)多的孔隙。當(dāng)加入減水劑的定向排列,使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下,不但使水泥體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài),還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜,同時(shí)使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來(lái),因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明,當(dāng)水膠比降低到0.

17、38以下時(shí),消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn),而摻入高效減水劑,完全可以將水膠比降低到0.38以下。 </p><p>　?。ㄋ模┦褂梅矫妗＂贅?gòu)件的使用環(huán)境條件對(duì)構(gòu)件的使用壽命有很大的影響，因此，不能任意改變?cè)瓨?gòu)件的適用條件，結(jié)構(gòu)的安全度不考慮使用不合理所造成的不利影響。②應(yīng)及時(shí)封閉初始裂縫，細(xì)微裂縫可以涂料，也可用環(huán)氧樹(shù)脂封閉，阻止和延緩鋼筋銹蝕的發(fā)展，減緩因鋼筋銹蝕導(dǎo)致的混凝土構(gòu)件的破壞。③在混凝土表面增設(shè)覆蓋

18、材料，如噴涂聚合物乳液改性砂漿，延緩混凝土的碳化速度。 </p><p><b>　　結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　混凝土耐久性研究是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)壽命增長(zhǎng)的關(guān)鍵性能，混凝土中的任何一種材料的不健康都會(huì)影響混凝土的耐久性，不僅會(huì)對(duì)外觀造成影響，而且影響結(jié)構(gòu)的使用能力，目前我國(guó)尚留存有大量未考慮耐久性設(shè)計(jì)的既有建筑，大規(guī)?；ǜ叱边^(guò)去以后，耐久

19、性問(wèn)題也將提上日程，并可能形成新的產(chǎn)業(yè)。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]武海榮. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性環(huán)境區(qū)劃與耐久性設(shè)計(jì)方法[D].浙江大學(xué),2012. </p><p>　　[2]金偉良,邸小壇,徐有鄰. 《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》修訂簡(jiǎn)介(三)——混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)[J]. 建筑結(jié) </p