鋼筋混凝土結構耐久性設計分析

李奔

【摘 要】鋼筋混凝土建筑的使用環境對建筑耐久度的作用十分突出，輕者影響使用功能，重者則危及結構的安全和使用壽命。如果在建筑設計時不認真考慮影響鋼筋混凝土的耐久性因素，有可能使結構的使用壽命達不到預期。因此，對于鋼筋混凝土結構耐久性影響因素的分析以及對鋼筋混凝土結構耐久性設計研究有較強的實際意義。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；結構；耐久度

一、鋼筋混凝土耐久度的定義

鋼筋混凝土耐久性，指的是指混凝土結構建筑在按照既定設計要求的目標使用期內，在實地自然環境、使用環境及材料內部因素的化學、物理作用下，不需要額外的維修和加固而保持安全穩定、正常使用的能力。鋼筋混凝土結構的耐久性，一方面維護著使用者的安全與正常使用，另一方面，也反映了涉及建筑建設各方面的企業生產水平。因此，分析影響鋼筋混凝土耐久性的因素，進而做好結構耐久性設計，找出問題，提出建議，有很強的實際意義。

二、影響鋼筋混凝土耐久性的因素

（一）凝土結構損害因素分析

建筑鋼筋混凝土結構的損壞是材料耐久性出現問題的一個最主要表現。混凝土結構在自然環境條件下，隨著時間的推移與外部環境的改變，混凝土材料逐漸老化，結構穩定性不斷的減弱，最終使得鋼筋混凝土結構出現損傷，甚至損壞，進而在建筑的承載力與穩定性上產生隱患，影響整個建筑結構的使用與安全。

影響混凝土耐久性的因素很多，也很復雜，一些因素是在特定的條件下產生的，總體看可分為內在因素和外在因素兩大類。內在因素主要為選用的水泥和骨料種類、混凝土的水膠比和密實度、外加劑類型、澆注和養護的施工工藝、結構的設計形狀和構造型式、保護層厚度和鋼筋直徑的大小等。外在因素主要指環境因素，包括冷熱、干濕、凍融循環、化學介質（氯離子、酸、酸鹽、海水、堿類等）侵蝕、磨損、疲勞等多方面。不同的環境對混凝土耐久性的影響程度不盡相同，外在因素是通過內在因素而起作用的。混凝土耐久性問題又可以分成鋼材和混凝土兩大類，鋼材問題主要指鋼筋的銹蝕。

（二）混凝土耐久性影響因素的特征

鋼筋混凝土耐久性變弱的因素往往是在特定的環境下形成的，主要有以下特征：一是損傷產生較為隱蔽，不容易發現，多數損傷產生到發現的時間較晚，發展較慢，往往需要若干年甚至更長的時間，但是到最后建筑損壞往往難以彌補。二是耐久性問題是很復雜的多因素共同影響的結果。如一些海洋混凝土工程，有混凝土碳化鋼筋銹蝕受到化學介質如氯離子腐蝕、電解，也有季節性的凍融損傷，還伴隨著海水沖擊和海砂磨損等等原因，另外突發自然災害與生物侵蝕也是影響海洋混凝土工程耐久性的重要因素。三是大多數鋼筋混凝土耐久性損傷是由構件表面開始形成的，所以有人稱耐久性問題是混凝土結構的“皮膚病”。

三、混凝土結構耐久性設計

（一）混凝土結構耐久性設計依據

鋼筋混凝土耐久性設計，是建筑結構設計的重要組成部分，這部分設計不僅僅決定了建筑的使用年限，維修頻率，還決定了建筑的經濟效益與建造成本。耐久性設計對混凝土建筑結構設計而言較新，尤其是我國建筑行業在技術更新較快，老舊建筑出現壽命問題后，才在國內被重視起來。

混凝土結構耐久性設計涉及到結構的使用環境、結構型式、材料選擇、施工質量、養護條件、管理和維護維修等多個方面。以前鋼筋混凝土結構設計對耐久度很少涉及，尤其是對周圍環境對建筑結構的長期影響考慮的較少，傳統建筑主要考慮荷載、承載力、地基等安全性與穩定性，尤其是對混凝土裂縫、撓度等因素對結構使用性能的影響較為關心。事實上，使用環境對鋼筋混凝土材料性能的長期影響很大，尤其是建筑功能的退化和結構功能的劣化，各種因素的影響機理也不盡相同，因此，需要考慮的復雜因素較多。當前，混凝土結構耐久性設計的基本依據主要有三點：一是依據結構設計使用壽命進行設計；二是依據混凝土結構或構件的工作環境進行設計；三是根據工作環境確定耐久性極限狀態及標志。混凝土結構耐久性設計應作為建筑結構設計的重要內容。首先應明確該結構的耐久性目標，即預期的結構設計使用年限，其次是要明確耐久性失效的標準或準則。這樣才能控制項目的運營期間的維修費用，對嚴重超出正常維修的允許范圍的設計，要及時的調整。

耐久性設計需要分析結構抗力與荷載隨時間的變化規律，使設計的建筑結構有明確的目標使用期，并充分考慮以后的維修甚至改擴建的需要，使建筑工程項目達到安全、經濟和實用的建設目的。

（二）鋼筋混凝土設計使用壽命

耐久性設計的內容主要是根據混凝土結構劣化規律來計算或驗算結構在設計使用壽命期內，環境作用的能力是否大于環境對結構的作用。設計使用壽命也稱設計使用年限，是設計規定的一個時期，在這一規定的時期內，建筑在局部維修的情況下，能夠按預期目的使用、完成預定使用功能。所謂“正常維護”即正常設計、正常施工、正常使用和維護，包括必要的檢測、維護及維修。結構或建筑工程的使用情況與用途不同，其不同的部件也會有不同的使用壽命，因此，必須充分考慮到建筑工程在設計使用壽命期內，如何對部件進行維修、保養與更換，才能保證整個建筑工程項目的功能正常。

（三）鋼筋混凝土環境改造

鋼筋混凝土結構的使用壽命與其所處的工作環境密切有關。對不同使用情況與環境情況的建筑，其建筑的環境改造十分重要，對于不同的設計使用壽命，其環境的影響往往決定了建筑耐久度設計中的使用壽命長短，因此，必須以實踐為基礎，對擬建的建筑工程所處的工作環境有充分的考慮。在一般的工作環境下，結構材料隨時間的延長其性能退化不明顯，比較容易達到設計使用壽命。但在惡劣的工作環境下就必須有針對性地采取技術措施和相應的管理措施，才能滿足設計使用壽命的要求。

鋼筋混凝土結構所處的環境可以分為一般大氣環境、工業建筑環境和海洋環境。前兩種環境又分為室內環境和室外環境。一般來講，室外的混凝土構件比室內構件的耐久性低。在工業環境下，空氣中的二氧化碳和有害氣體一般比其他環境下高，而且許多工業建筑室內構件可能處于高溫、高濕和有腐蝕介質的環境中，因此會比民用建筑有著更嚴重的混凝土耐久性問題。處于海洋環境中的混凝土結構，由于受到混凝土碳化、氯離子侵蝕、干濕交替和波浪沖擊等復雜作用，其耐久性問題較內陸地區的混凝土結構更為嚴重。在海洋環境中，混凝土構件腐蝕最嚴重的區域是潮汐區，其次是海平面以上的大氣區及近海區域，而浸沒在海水中的混凝土構件的耐久性問題卻較相對較輕。

對于鋼筋混凝土結構的安全性、適用性和耐久性，是保證結構可靠性不可缺少的重要要求。結構的完全安全與恒定是不存在的，鋼筋混凝土耐久性問題導致了結構的安全性和適用性不斷降低，因此，對鋼筋混凝土結構的耐久性評估是耐久度設計是否成功的關鍵，而目前，科學的評估方法并不完善，而結構的可靠性是對建筑工程項目使用壽命預測的基礎。因此，要對耐久度設計進行不斷的改善，要從建筑設計理念、材料的使用與檢測、結構的不斷優化等方面，綜合考慮建筑的鋼筋混凝土的耐久度。而對于我國傳統建筑以磚混結構為主的情況，要做好改造與技術升級，最大限度的增加建筑的使用壽命，縮小維修與重建成本，對于新建筑本身，要做好建筑的新概念設計，如鋼結構設計與新興材料應用等，按照國際標準做好耐久度設計，確保建筑在預計使用壽命之內，使用正常。

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