混凝土結構的耐久性設計

1、<p>　　混凝土結構的耐久性設計</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。文章對影響混凝土耐久性的原因進行分析，提高混凝土耐久性的措施。 </p><p>　　關鍵詞：混凝土；結構；耐久性；設計 </p><p>　　中圖分類號：TV331文獻標識碼： A </p>&l

2、t;p><b>　　引言 </b></p><p>　　混凝土結構應用非常廣泛，但由于其材料和使用環(huán)境的特殊性，混凝土結構存在嚴重的耐久性問題，這個問題處理不好將會帶來巨大的經(jīng)濟損失。通常結構的耐久性是指在設計確定的環(huán)境作用和維修、使用條件下，結構構件在設計使用年限內(nèi)保持其適用性和安全性的能力?；炷恋哪途眯?決定著混凝土結構的使用壽命。 </p><p>　　

3、一、混凝土材料的耐久性指標 </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。防水混凝土的設計抗?jié)B等級分為P6，P8，P10，P12.混凝土的抗?jié)B性主要與混凝土的密實度和孔隙率及孔隙結構有關?；炷林邢嗷ミB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，加強養(yǎng)護，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，并且對防水混凝土本身的厚度，保護層的厚度，裂縫的寬度及后期的養(yǎng)護均有更嚴格的要求。 </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。混凝土的凍融破壞指的是混凝土中的水結冰后體積膨脹，混凝土產(chǎn)生細微裂縫，反復凍融使裂縫擴展，導致混凝土出現(xiàn)由表及里剝落破壞的現(xiàn)象。一般以抗凍等級來表示混凝

5、土的抗凍性，抗凍等級根據(jù)混凝土能夠承受反復凍融循環(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)護齡期及摻加引氣劑等因素對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、延長凍結前的養(yǎng)護時間、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>　?。ㄈ┛骨治g性。環(huán)境介質(zhì)對混凝土的化學侵蝕

6、有淡水、硫酸鹽、海水及酸堿侵蝕等，其侵蝕機理與水泥石化學侵蝕相同。對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度，改善混凝土的孔隙結構，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措施以隔離侵蝕介質(zhì)不與混凝土接觸。 </p><p>　　（四）堿骨料反應。當混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅時，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與骨料中的活性氧化硅起化學反應，形成復

7、雜的堿—硅酸凝膠。這種凝膠會吸水腫脹，把混凝土脹裂。 </p><p>　　二、影響混凝土耐久性的相關因素 </p><p>　?。ㄒ唬┗炷潦怯啥喾N材料混合后發(fā)生化學反應的產(chǎn)物，影響其耐久性的因素也十分復雜，主要取決于以下四個方面，是內(nèi)在與外部因素共同作用的結果：(1)混凝土材料的自身特性；(2)混凝土結構的設計與施工質(zhì)量；(3)混凝土結構所處的環(huán)境條件；(4)混凝土結構的使用條件和防護

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構的設計與施工質(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、骨料的種類與級配都直接影響混凝土結構的耐久性。混凝土的缺陷(例如裂縫、氣泡、空穴等)會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)生物理化學作用，影響混凝土結構的耐久性。 </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形式，碳化可使混凝土的 </p><p>　　pH值降至10以下。碳化對混凝土本身是無害的，其主要的問題是當碳化至鋼筋表面時，將會破壞氧化膜，鋼筋有銹蝕的危險，此外會加劇混凝土的收縮，可導致混凝土開裂。這些均給混凝土的耐久性帶來不利影響。 </p><p>　?。?）鋼筋的銹

10、蝕。混凝土碳化至鋼筋表面使氧化膜破壞是鋼筋銹蝕的必要條件，含氧水分侵入是鋼筋銹蝕的充分條件。鋼筋銹蝕有相當長的過程，先是在裂縫較寬處的個別點上“坑蝕”，繼而逐漸形成“環(huán)蝕”，同時向兩邊擴展，形成銹 </p><p>　　蝕面，使鋼筋截面削弱。 </p><p>　　三、混凝土耐久性的設計要點 </p><p>　?。ㄒ唬?確定結構所處的環(huán)境類別 </p>

11、<p>　　現(xiàn)行規(guī)范中對對影響混凝土結構耐久性的環(huán)境類別進行了較詳細的分類，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）下對配筋（鋼筋和預應力筋）混凝土結構侵蝕的嚴重程度分為6級。 </p><p>　　環(huán)境作用等級。如果對每種環(huán)境類別中環(huán)境作用等級細分的話，環(huán)境作用

12、等級可分為24項。但是由于環(huán)境作用等級的確定主要依靠對不同環(huán)境條件的定性描述，當實際的環(huán)境條件處于兩個相鄰作用等級的界限附近時，就有可能出現(xiàn)難以判定的情況，這就需要設計人員根據(jù)當?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>　　（二） 合理選擇結構混凝土材料 </p><p>　　現(xiàn)行規(guī)范中對設計使用年限50年及100年的混凝土結構，應根據(jù)環(huán)境等

13、級，控制混凝土材料的最大水膠比、最低強度等級、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，尚應采取其它耐久性技術措施。 </p><p>　　四、增強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，那么整個混凝土的質(zhì)量就會發(fā)生根本的改變，當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膜，通過保護膜的方式從而減少鋼筋受到混凝土所吸收水分的銹蝕，不但達到保護鋼筋的目的，而且也保證了混凝土的使用。 </p><p>　?。ǘ┦褂玫V物摻和料。主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的強度；使用粉煤灰和磨細礦渣降低水泥用量，提高混凝土的后期強度；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，同時可減緩混凝土中的堿—骨料反應。此外，石粉、鍛燒高嶺土、磨細珍珠巖尾砂粉

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，也會帶來某些負作用，如降低早期強度、需水量增大、收縮增大等。因此應根據(jù)具體的工 </p><p>　　程實際，科學摻用。 </p><p>　?。ㄈ郊油饧觿?，摻入高效減水劑：在保證混凝土拌和物所需流動性的同時,盡可能降低用水量,減少水膠比,使混凝土的總孔隙,特別是毛細管孔隙率大幅度降低。水泥在加水攪拌后

16、,會產(chǎn)生一種絮凝狀結構。在這些絮凝狀結構中,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,就必須在拌和時相應地增加用水量,這樣就會促使水泥石結構中形成過多的孔隙。當加入減水劑的定向排列,使水泥質(zhì)點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,同時使水泥絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來,因而達到減水的目的。許多研究表明,當水膠比降低到0.

17、38以下時,消除毛細管孔隙的目標便可以實現(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?。①構件的使用環(huán)境條件對構件的使用壽命有很大的影響，因此，不能任意改變原構件的適用條件，結構的安全度不考慮使用不合理所造成的不利影響。②應及時封閉初始裂縫，細微裂縫可以涂料，也可用環(huán)氧樹脂封閉，阻止和延緩鋼筋銹蝕的發(fā)展，減緩因鋼筋銹蝕導致的混凝土構件的破壞。③在混凝土表面增設覆蓋

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>　　結語 </b></p><p>　　混凝土耐久性研究是一個復雜的問題，耐久性是混凝土結構壽命增長的關鍵性能，混凝土中的任何一種材料的不健康都會影響混凝土的耐久性，不僅會對外觀造成影響，而且影響結構的使用能力，目前我國尚留存有大量未考慮耐久性設計的既有建筑，大規(guī)?；ǜ叱边^去以后，耐久

19、性問題也將提上日程，并可能形成新的產(chǎn)業(yè)。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]武海榮. 混凝土結構耐久性環(huán)境區(qū)劃與耐久性設計方法[D].浙江大學,2012. </p><p>　　[2]金偉良,邸小壇,徐有鄰. 《混凝土結構設計規(guī)范》修訂簡介(三)——混凝土結構的耐久性設計[J]. 建筑結 </p