淺談混凝土結構的耐久性設計

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　　一、環(huán)境因素決定了混凝土結構的耐久性

　　1、使用環(huán)境分類：影響混凝土結構耐久性的重要因素是環(huán)境，環(huán)境類別應根據(jù)其對混凝土結構耐久性的影響確定?；炷两Y構的環(huán)境類別參見《鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》的表3.4.1.第一類環(huán)境類別為：室內正常環(huán)境。

　　第二a類環(huán)境類別為：室內潮濕環(huán)境；非嚴寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。這部分主要是考慮基礎、地下室、人防工程等在浸水情況下的耐久性。

　　第二b類環(huán)境類別為：嚴寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。

　　第三類環(huán)境類別為：使用除冰鹽的環(huán)境；嚴寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動的環(huán)境；濱海室外環(huán)境。這類環(huán)境在空氣中含有大量的氯離子，氯離子有很強的活性，日長月久極易破壞鋼筋表面的鈍化膜而引起鋼筋銹蝕；水位變動的環(huán)境加上嚴寒和寒冷地區(qū)冬季的反復凍融，往往對混凝土造成很大的損傷。

　　第四類環(huán)境類別為：海水環(huán)境。如港口碼頭，燈塔、海島高腳屋等。港口的耐久性規(guī)定詳見《港口工程混凝土結構設計規(guī)范》。

　　第五類環(huán)境類別為：受人為或自然的侵蝕性物質影響的環(huán)境。對于人為侵蝕性環(huán)境應根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》的有關規(guī)定進行耐久性設計。對于自然侵蝕性物質影響的環(huán)境應根據(jù)水文地質勘察報告，確定自然侵蝕物侵蝕性的強弱，采取相應的防護措施，否則極易引起事故。

　　2、混凝土的基本要求：影響混凝土耐久性的一個重要因素是混凝土本身的質量。提高密實度而減少混凝土的滲透性可以減緩侵蝕性物質侵入混凝土內部的速度，而這又與混凝土的強度等級、水灰比等因素有關。由于氯離子可引起鋼筋銹蝕，所以根據(jù)不同的環(huán)境類別限制混凝土中氯離子的含量。當混凝土中含有堿活性骨料時，在露天和潮濕的環(huán)境中，堿和骨料內的活性顆粒產(chǎn)生堿—骨料反應造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫，加速侵蝕性物質的破壞作用。因此規(guī)范第3.4.2條對一類、二類和三類環(huán)境中，設計使用年限為五十年的結構混凝土的最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土強度等級、最大氯離子含量和最大堿含量都做出明確的規(guī)定。

　　3、對于在一類環(huán)境中設計使用年限為100每年的結構混凝土的耐久性應做更嚴格的要求，詳見規(guī)范第3.4.3條。規(guī)范第3.4.4條規(guī)定，在二、三類環(huán)境中設計使用年限為100年的混凝土結構應采用專門有效措施，保證其耐久性。

　　4、規(guī)范第3.4.5條和3.4.6條主要針對混凝土的抗凍要求和抗?jié)B要求?；炷恋目箖龅燃壓涂?jié)B等級的設計見《水工混凝土結構設計規(guī)范》和《地下工程防水設計規(guī)范》。

　　5、規(guī)范第3.4.7條規(guī)定，三類環(huán)境中的結構構件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋；這種鋼筋表面的環(huán)氧樹脂涂層可有效防止鋼筋銹蝕，鋼筋使用可參見《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》。而預應力結構的耐久性要求更高，故對預應力鋼筋、錨具及連接器應采用專門防護措施；可采用刷防銹漆，封閉灌漿，用混凝土封閉，外加水泥砂漿抹面保護。

　　6、規(guī)范第3.4.8條規(guī)定，四類和五類環(huán)境中的混凝土結構，其耐久性要求應符合有關標準的規(guī)定。臨時性混凝土結構可不考慮混凝土的耐久性。

　　二、耐久性設計的內容混凝土耐久性設計的內容

　　一部分為《鋼筋混凝土結構設計規(guī)范》GB50010—2002中的第3.4.1～3.4.8條規(guī)定的內容。

　　另一部分則分散在不同規(guī)范的各章節(jié)中。為此，我們在進行混凝土耐久性設計時，應綜合有關規(guī)范的要求來進行設計。

　　例如：規(guī)范規(guī)定樓板的保護層厚度為20mm，天面層鋼筋應設置溫差鋼筋；《建筑地基基礎設計規(guī)范》GB5007-2002中擴展基礎的構造措施第8.2.2條，有墊層時鋼筋的保護層厚度不小于40MM，混凝土強度等級不應低于C20.第8.4.3條高層建筑筏形基礎的混凝土強度等級不應低于C30等。

　　三、設計使用年限普通混凝土是以水泥為膠結材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經(jīng)過攪拌澆筑成型，養(yǎng)護凝結硬化形成的固體材料。由于物理、化學作用，施工、環(huán)境因素的影響，混凝土是帶裂縫工作的。

　　當混凝土結構裂縫較大時，侵蝕性物質會通過裂縫滲入混凝土內部到達鋼筋表面引起銹蝕。鋼筋銹蝕養(yǎng)化后體積膨脹將混凝土保護層漲裂，反過來又加速鋼筋銹蝕，最后導致保護層剝落。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效面積減小，強度降低導致結構承載力下降。另一方面銹蝕鋼筋的抗滑移能力降低，有可能導致結構出現(xiàn)滑移破壞。由此可見隨著時間的推移，混凝土結構可能出現(xiàn)承載力方面的問題，有時甚至會是脆性破壞。這就是混凝土耐久性問題的根源。

　　由于耐久性問題對結構抗力的影響，所以混凝土結構不僅應進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計算，而且還應保證其在相當長的時期內滿足設計規(guī)定的功能要求。這個時間區(qū)段稱為“設計使用年限”。

　　設計使用年限是指設計規(guī)定的結構構件不需進行大修即可按其預定目的使用的時期。根據(jù)《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》的規(guī)定，設計使用年限對臨時結構是5年；易于替換的結構構件為25年；普通房屋和構筑物為50年；記念性建筑和特別重要的建筑結構為100年。

　　四、結語

　　由于影響混凝土結構耐久性的因素很多，學習研究不深，難以達到定量設計的程度。規(guī)范采用了宏觀控制的方法，即根據(jù)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。這種方法概念清楚，設計簡單。規(guī)范規(guī)定設計人員在設計圖紙上應標明建筑結構的使用年限，為此，設計人員應結合巳有的設計經(jīng)驗和當?shù)毓こ探ㄔO實踐認真進行結構的耐久性設計。