基于耐久性的混凝土結構設計的探討

顏雙月 薛毅明

摘 要：隨著現代社會經濟的迅速發展，建筑也越來越多的出現，混凝土結構普遍應用于建筑設計中，在建筑的混凝土結構應用過程中，合理設計會直接影響建筑的耐久性。因此，需要采取合理設計方案，嚴格控制影響混凝土結構的耐久性因素，避免建筑混凝土結構出現裂縫，而影響到居民的正常生活。本文主要結合相關建筑混凝土結構遇到的耐久性問題，探討建筑中混凝土結構耐久性設計原則，提出科學合理設計理念。

關鍵詞：建筑；混凝土結構設計；耐久性

建筑混凝土結構耐久性的設計原則，指的是建筑混凝土結構設計在規定范圍的使用年限里，能夠維持建筑結構的耐久性。建筑混凝土結構設計中一般常見的耐久性問題，如混凝土結構中出現大范圍的裂縫，鋼筋銹蝕等。本文主要結合在混凝土結構設計過程中應考慮的相關因素，完善建筑混凝土結構的耐久性設計理念。

1 混凝土結構中材料選擇與配合比設計

建筑混凝土結構設計過程中，最先考慮的是混凝土材料的選擇和配制問題，如混凝土配制的原材料選擇不合適，就滿足不了建筑的高質量設計標準的要求，再加上在配制過程中沒有合理控制水灰比例，由于水泥中的水化物穩定性相對較差，會導致混凝土的孔隙率很高。而一些侵蝕介質如CO2、O2及其他的有害物質通過空隙侵入混凝土的內部結構，從而產生建筑混凝土結構的耐久性問題。在建筑結構中混凝土的設計時，選擇的高質量的混凝土應具備高強度、高耐久性、高緊實性及高穩定性等特點，才能滿足建筑混凝土結構設計的耐久性要求，高質量的混凝土的材料選擇和配制都是非常關鍵的問題。

為滿足高質量的混凝土要求，應在確保混凝土的所需的流動性的基礎上，盡可能的減小水與灰的比例，使水泥的強度控制在42.5Mpa的水平之上；骨料的選擇應選取高強度的石料，如花崗巖、大理石等，選取大小直徑為2～3cm的石粒，同時抗壓強度在89～92Mpa范圍內；活性粉的選擇，其顆粒直徑應小于5um，活性二氧化硅含量應高達90%以上；減水劑的選擇應選擇減水率在20%以上的。在以往建筑混凝土結構設計中發現C70高性能混凝土能夠滿足條件，能有效增加大面積使用混凝土的建筑的強度，提高耐久性，其具體的配合比見表1。

表1 C70高性能混凝土結構的配合比（Kg/m3）

材料 水泥 水 石料 砂粒 粉煤灰 硅灰 減水劑 水膠比

比例 370 153 873 802 63 36 902 0.28

2 混凝土結構中總含堿量控制設計

建筑大面積的使用混凝土結構，由于混凝土自身化學因素與周圍環境因素的影響，會造成混凝土結構建筑的嚴重破壞，如混凝土集料的堿反應、混凝土自身的化學干縮反應造成混凝土的開裂及水化熱性過高造成的溫度開裂等。因此，提高混凝土建筑的耐久性，需嚴格控制混凝土的總含堿量，減少其引起的對混凝土結構的化學破壞，同時在建筑的設計過程中盡可能的隔絕長時間的水與潮濕空氣影響，提高建筑混凝土結構的耐久性。

一般水泥中Na2和K2O的主要生產原料是粘土，粘土的含堿量高達2.6%左右，但使用堿含量為0.2%左右的砂巖，則會影響到水泥的生產工藝，因此，水泥的堿含量一般難以降低，這時通過采取有效措施降低混凝土摻料中的堿含量，從而降低混凝土的總含堿量。如在混凝土中摻入一些活性混合材料（符合GB/T203-2008粒化的高爐礦渣等），將建筑混凝土結構的總堿含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上緩解混凝土的堿集料反應。此外還要注意隔絕水等潮濕空氣來源的環境影響，緩和混凝土的堿集料反應對建筑工程造成的損害，提高其耐久性。

3 混凝土結構中防凍融保護設計

凍融害是造成建筑的混凝土結構破壞的一個重要影響因素，特別是高緯度的寒冷地區。由于建筑的混凝土結構設計過程中，應充分考慮到會有一些游離水會滯留在混凝土中，從而形成相連通的細孔結構。當混凝土中的水處于飽和狀態時，混凝土中游離水遇冷則可能會凍結成冰，使混凝土結構的體積膨脹，由于細孔壁要同時承受著膨脹壓和滲透壓，這兩種壓力超過了混凝土抗拉的最大強度時，建筑中的混凝土結構就會發生開裂，而交替反復的凍融侵害，會進一步加大混凝土結構的裂縫，從而大面積破壞混凝土結構。因此，應該采取有效措施控制凍融侵害，提高建筑混凝土的耐久性。

首先在水泥的品種的選取時，應考慮到提高混凝土的抗凍融性要求，合理調配在0℃左右的低溫環境下適用的混凝土，如早強硅酸鹽水泥，該品種的水泥的化熱性較大，且在早期的化熱強度最大。在混凝土的配制過程中，還可通過適當降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，從而增加混凝土的化熱量。同時通過摻入適量的引氣劑，也可增加混凝土的抗凍融性，但由于市場上品種繁多的引氣劑，在其的選擇上應慎重。此外還可通過蓄熱法和外部的加熱法等，增加建筑混凝土結構的抗凍融性，提高混凝土建筑的耐久性。

4 混凝土結構中鋼筋銹蝕防護設計

的混凝土結構建筑中，鋼筋銹蝕會導致膨脹現象，從而導致混凝土結構開裂，而開裂會使環境中的有害物質進入到混凝土結構內部，進而加劇鋼筋的銹蝕，形成后果嚴重的惡性循環。在我國普遍存在著氯鹽環境，當混凝土結構中鋼筋表面的氯離子達到濃度的臨界值時，會嚴重破壞鈍化膜，使鋼筋產生銹蝕現象，鐵銹膨脹會造成混凝土結構的開裂，影響混凝土與鋼筋的粘結力，此外混凝土的炭化也會造成鋼筋的銹蝕。因此，需采取有效措施提高混凝土的抗腐蝕性，防止產生鋼筋銹蝕，提高混凝土建筑的耐久性。

采取措施提高混凝土的抗腐蝕性，因混凝土中的鹵素離子如氯離子會嚴重破壞鋼筋的氧化保護膜，可以通過適當的降低水膠比，加強混凝土結構的緊實性，保護鋼筋。同時由于NaNO2能夠在鋼筋的表面生成一層氧化膜，從而達到抑制混凝土中鋼筋銹蝕反應，可將CaCI2和NaNO2一起加入混凝土中使用。通過科學合理選擇混凝土原材料，加強混凝土的保護層的厚度，提高混凝土的緊實性，防止環境中的有害氣體的侵入，減少銹蝕。但應注意的是一味的增大保護層也會給混凝土結構表面造成開裂，同時也相應的提高了建筑工程的造價，因此，在建筑混凝土結構設計中應綜合考慮保護層厚度與耐久性使用的關系比例問題，保護層厚度、水膠比與使用年限關系，如圖1。

綜上所述，混凝土結構的耐久性設計，應綜合考慮原料、銹蝕及環境等因素，通過選取高質量的原料及摻料，控制混凝土的總含堿量，做好混凝土的防凍融工作，同時提高混凝土的抗腐蝕性，能夠有效提高建筑的混凝土結構的耐久性。此外，在混凝土建筑結構設計過程中，應嚴格按照國家標準規范進行設計操作，加強質量的管理及維護，保證建筑的耐久性，促進我國建筑事業的健康發展。

參考文獻

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作者簡介：顏雙月（1982- ），漢，福建仙游人，中國中建設計集團有限公司遼寧分公司，結構工程師，中級；薛毅明（1980- ），漢，遼寧興城人，沈陽盛騰建筑設計有限公司，結構工程師，中級。