混凝土結構的耐久性研究

摘要：由于混凝土結構材料自身特點和使用環境的特點，混凝土結構存在著嚴重的耐久性問題。本文介紹了混凝土結構的耐久性研究的現狀、影響因素及提高混凝土結構耐久性的應對措施等，進而提出了一些針對我國混凝土結構提高耐久性的方法和建議。

關鍵詞：混凝土結構 耐久性 影響因素 可靠度

0 引言

混凝土耐久性是指混凝土在使用條件下抵抗周圍環境中各種因素長期作用而不破壞的能力。環境對混凝土結構的物理化學作用以及混凝土結構抵御環境作用的能力是影響混凝土結構耐久性的因素，對現有混凝土結構進行的耐久性檢測與評估十分重要。

導致結構耐久性失效因素很多，大體可以分為以下幾種情況：

1 導致結構耐久性失效的原因

1.1 結構師考慮不周造成的原因

雖然結構設計師最大程度的考慮了結構安全和使用的各方面因素，但技術人員對規范的領悟深度水平參差不齊，而且不同工程具有不同的結構特點、環境和施工質量差異，這些因素都會在建筑結構中留下隱患，引起結構耐久性失效。

1.2 結構在使用過程中遭環境侵蝕或損害以及隨意改變建筑物的使用功能

結構使用環境對混凝土的侵蝕可分為物理、化學、生物作用，混凝土的耐久性可分為混凝土碳化、氯離子侵蝕、凍融破壞、堿-集料反應和鋼筋銹蝕等例。此外意外災害也是造成結構損害的一個常見因素，例如火災便是較為常見及損害最嚴重的意外災害，對結構產生損害的原因還可能是由于對建筑物使用不當造成的。

隨著社會發展，建筑物在使用過程中有時會對原有使用功能進行調整，使用功能和要求的改變，都將使原有結構可靠性改變，其中結構耐久性不容忽視。因此隨意調整建筑物使用功能是影響結構耐久性另外一個原因

由此可見，從混凝土結構的耐久性的定義，要素和失效等方面來看，混凝土結構耐久性的研究應從環境、材料、構件和結構四個層次上加以展開，而結構層次的耐久性檢測與評估是極其重要的。

2 結構耐久性評價工程背景

混凝土結構耐久性評價是指對現有的混凝土結構，進行系統、嚴格的測試后來評價結構的可靠性，推斷其耐久性能。對結構耐久性的評估最初只是基于結構檢測和監測結果，根據損傷退化規律的結構耐久性評估法，該法只是通過調查、現場觀測和少量的結構驗算，僅僅依靠工程技術人員的知識和經驗認定結構耐久性、給出處理建議。整個耐久性評估工作沒有什么科學性可言，帶有很大的盲目性與主觀性。目前這種方法僅僅適用于那些結構單一的混凝土結構。

現階段的結構設計是基于可靠度理論的極限設計方法，將可靠度理念引入到結構設計中，同時基于概率法的評估方法也被引入到混凝土結構耐久性研究領域。概率法指根據工程結構可靠性設計理論，用結構的失效概率來評價結構安全可靠程度。由于該理論目前尚不夠完善，加上影響工程結構的因素很多，所以要運用可靠理論評估工程結構的耐久性還存在一定的障礙。

層次分析法被公認為是目前對混凝土結構耐久性評價中較為科學的方法。層次分析法是根據分級模式設計的評定程序，該方法是把復雜的工程結構分解成相對簡單的幾個層次，然后分層逐項進行檢查，逐層逐步地進行綜合，進而得到相應的評估結論。

3 提高混凝土結構耐久性的措施

混凝土遭受各種侵蝕作用的破壞雖各有不同，但提高混凝土的耐久性措施有很多相同之處，即：選擇適當的原材料；提高混凝土的密實度；改變混凝土內部的孔結構。

提高混凝土結構耐久性措施主要包括兩大類：基本措施和補充措施。

基本措施包括合理選擇水泥品種，使其與工程環境相適應；選擇級配良好的集料和砂率；適當控制水灰比和水泥用量；摻用合適的外加劑；確定合理的混凝土保護層厚度；加強混凝土施工養護保證混凝土施工質量等。

補充措施是指環境侵蝕作用特別嚴重時，如果僅是依靠上述基本措施仍舊不能保證工程結構具有良好的耐久性時，需要另外增加的其他防護措施。這類措施主要有四個方面：采用耐腐蝕鋼筋、對混凝土進行表面處理、混凝土中摻加阻銹劑及電化學保護。

4 針對我國提高工程結構耐久性的方法建議

4.1 適當提高設計規范中結構可靠度指標

由于我國各個建筑結構設計規范的安全儲備不一樣，不能強求一律，在適當提高安全度的前提下，可以根據實際情況予以調整。近期完成修訂的系列標準規范，都對安全度設置水平做了一定的修改提高。

4.2 采用高強度等級的混凝土和鋼筋材料同時提高結構延性

《混凝土結構設計規范》取消了原有低強度混凝土C15，把混凝土強度等級提高到C80。而且混凝土結構用普通鋼筋將以HRB400級鋼筋作為主力鋼筋；預應力鋼筋將以強度1860MPa的高強鋼絲、鋼絞線作為主力鋼筋。

4.3 針對不同類別的工程要求安全度不盡相同

《建筑結構可靠度設計統一標準》根據失效后果進行結構重要性分類，并在設計使用年限及目標可靠指標采用了不同的規定，體現了風險分析的思想。在確定結構安全性和安全耐久性水平時，要求結構有一致的安全度水平是不合理的，標準編制和結構設計人員需要對此予以充分的考慮。

4.4 強化結構耐久性設計理念

耐久性設計對混凝土結構設計而言是一個新概念。由于混凝土結構耐久性失效的類型很多，如何界定混凝土結構耐久性失效是一個復雜的綜合性問題，它不僅與結構的破損狀況而且與結構的重要性以及社會政治、經濟等因素有關。

設計是保證結構耐久性的關鍵步驟，要強化結構耐久性設計理念。現在的終身負責制包括結構耐久性的保證，除了共性要求以外，應針對不同功能、不同使用環境區別對待，采取不同的措施。

4.5 加強施工管理維護、提高混凝土工程質量

對混凝土結構耐久性有重大影響的混凝土密實度和混凝土保護層厚度的變異性，在很大程度上取決于施工質量。要樹立混凝土養護全過程充分養護理念，控制好起始養護時間，及時對表面失水狀況進行補救處理，充分利用二次抹壓，從各個方面進行有效的養護作業，從而提高混凝土的耐久性及可靠性。

4.6 建立服役混凝土結構使用全過程耐久性動態評估方法

目前有關混凝土結構耐久性評估都存在著效率較低、成本高、準確率較差、主觀經驗性的內容過多等不足之處，主要原因之一就是混凝土結構耐久性檢測技術尚不發達，評估方法尚不很科學。所以，研究開發新的結構耐久性檢測技術尤其高效準確的無損檢測技術即健康監測，建立服役混凝土結構生命全過程耐久性動態評估方法，將是混凝結構耐久性研究領域很有意義和應用前景廣泛的發展方向。

參考文獻：

[1]蘇達根，土木工程材料，高等教育出版社，2003.

[2]王曉初，金明君，楊春峰，混凝土結構耐久性研究現狀綜述，混凝土，2006(2).