混凝土結構耐久性設計綜述

【摘 要】 本文分析了影響混凝土耐久性的因素，對現行耐久性設計中需要注意的問題進行了闡述。

【關鍵詞】 混凝土 耐久性設計

1：前言

通常結構的耐久性是指在設計確定的環境作用和維修、使用條件下，結構構件在設計使用年限內保持其適用性和安全性的能力。混凝土的耐久性決定著混凝土結構的使用壽命。在通常情況下混凝土結構是耐久的，但在使用過程中，由于各種原因許多混凝土結構表現出因耐久性不足而過早失效甚至徹底損壞的現象：大多數表現為結構的外觀質量，如裂縫、銹潰、表面酥裂、剝落等，影響觀瞻質量和使用功能；也有由于受力鋼筋銹斷而發生斷裂、崩塌的嚴重事故，造成人員傷亡和巨大的財產損失。因此鋼筋混凝土結構的耐久性問題已越來越引起人們的關注，特別是設計對耐久性問題的重要性。設計時，對新建項目在鋼筋防護方面，每節省1元，則發現鋼筋銹蝕時采取措施多追加5元，混凝土開裂時多追加維護費用25元，嚴重破壞時多追加維護費用125元。這使得各國政府投入大量資金用于鋼筋混凝土結構的耐久性與加固的研究。

2：混凝土材料的耐久性指標

混凝土的耐久性的最主要包括混凝土的抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、混凝土的碳化和混凝土中的堿骨料反應。

2.1： 抗滲性

混凝土的抗滲性是指抵抗水、油等液體在壓力作用下滲透的性能。防水混凝土的設計抗滲等級分為P6，P8，P10，P12.混凝土的抗滲性主要與混凝土的密實度和孔隙率及孔隙結構有關。混凝土中相互連通的孔隙越多，孔徑越大，則混凝土的抗滲性越差。降低水灰比，采用減水劑、摻加引氣劑、防止離析和沁水的現象發生，加強養護，防止出現施工缺陷等均有利于提高混凝土抗滲性。故地下工程或與水，土壤直接接觸的部位使用通過調整配合比，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護均有更嚴格的要求。

2.2：抗凍性

混凝土的抗凍性是指混凝土抵抗凍融循環作用的能力。混凝土的凍融破壞指的是混凝土中的水結冰后體積膨脹，混凝土產生細微裂縫，反復凍融使裂縫擴展，導致混凝土出現由表及里剝落破壞的現象。一般以抗凍等級來表示混凝土的抗凍性，抗凍等級根據混凝土能夠承受反復凍融循環次數分為：F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等。外部環境向混凝土提供的水分和凍融條件，組成材料性質及含量、養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。采用質量好的原材料、小水灰比、延長凍結前的養護時間、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。

2.3：抗侵蝕性

環境介質對混凝土的化學侵蝕有淡水、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，以使環境侵蝕介質不易滲入混凝土內部；或者直接采用外部保護措施以隔離侵蝕介質不與混凝土接觸。

2.4：混凝土的碳化

2.5：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，形成復雜的堿—硅酸凝膠。這種凝膠會吸水腫脹，把混凝土脹裂。

3：混凝土耐久性的設計要點

3.1 確定結構所處的環境類別；

現行規范中對對影響混凝土結構耐久性的環境類別進行了較詳細的分類，按所處的環境按鋼筋和混凝土材料的不同腐蝕作用機理分為5類：

環境分類

不同環境類別在不同的環境條件（如濕度、溫度、侵蝕介質的濃度等）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以下6級：

環境作用等級

如果對每種環境類別中環境作用等級細分的話，環境作用等級可分為24項。但是由于環境作用等級的確定主要依靠對不同環境條件的定性描述，當實際的環境條件處于兩個相鄰作用等級的界限附近時，就有可能出現難以判定的情況，這就需要設計人員根據當地環境條件和既有工程劣化狀況的調查，并綜合考慮工程重要性等因素后確定。

3.2：有利于減輕環境作用的結構形式、布置和構造

適當的防排水構造措施能夠非常有效地減輕環境作用，應作為耐久性設計的重要內容。

3.3 提出對混凝土材料的耐久性基本要求；

混凝土本身材料的質量是主要因素，規范規定了各種環境類別下混凝土的最大水膠比、最低強度等級、最大氯離子含量和最大堿含量。控制水膠比是為了減少混凝土的滲透性，混凝土的強度等級與混凝土的密實性有關，控制氯離子含量避免一起鋼筋脫鈍和電化學腐蝕，控制堿含量以避免產生堿骨料反應。

3.4 確定構件中鋼筋的混凝土保護層厚度；

根據環境類別對不同部位構件規定了最小保護層的厚度。

3.5 不同環境條件下的耐久性技術措施；

根據所處環境采取加大混凝土保護層厚度，提高混凝土強度等級，對金屬部件采取可靠的防銹措施，對鋼筋采用阻銹劑或采用環氧樹脂涂層鋼筋，采用可更換構件等等。

3.6 提出結構使用階段的檢測與維護要求：

避免水的影響，而使構件處于干燥狀態；消除有害介質的侵襲；此外應采取各種方法（如抹面、涂層等）減小混凝土的滲透性，使水和介質難以人侵。使用單位不應隨便改變 結構的用途；不得任意對結構進行改造和改變使用環境條件；定期檢查并及時維修以避免耐久性缺陷發展等。

注：對臨時性的混凝土結構，可不考慮混凝土的耐久性要求。

4：總結：

以前，在我國經濟技術不發達的時期，不得不降低甚至忽視對結構耐久性的要求；而目前國情已經變化，有條件考慮環境保護和可持續發展的問題。做為結構工程師，必須要培養關注結構物的耐久性、重視耐久性的習慣，掌握分析復雜環境下耐久性的影響因素的分析方法和應對措施，結合巳有的設計經驗和工程實踐認真地迸行耐久性設計。

參考文獻

[1] 混凝土結構設計規范 GB50010-2010

[2] 徐有鄰.混凝土結構設計規范理解與應用

[3] 混凝土結構耐久性設計規范 GBT5 0476-2008

[4] 混凝土結構耐久性評定標準 CECS 220：2007