混凝土耐久性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析探討

陳芝誠 浙江省天正設(shè)計(jì)工程有限公司

1 前言

耐久性是混凝土眾多特性中非常重要的一種特性。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展的過程中，合理的設(shè)計(jì)方案和創(chuàng)新性的設(shè)計(jì)思路對于提升耐久性具有顯著的促進(jìn)作用。建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可結(jié)合混凝土原材料的基本性質(zhì)，通過合理規(guī)劃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作流程、提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)，促使混凝土原材料在應(yīng)用中達(dá)到更好的耐久性效果。

2 混凝土耐久性對于材料應(yīng)用效果的促進(jìn)作用

2.1 良好的耐久性能夠提升建筑實(shí)體的應(yīng)用壽命

混凝土原材料在實(shí)踐應(yīng)用中，基于其自身的基本性質(zhì)特征，可能會出現(xiàn)長期應(yīng)用后的老化或由于溫度應(yīng)力、外部環(huán)境因素影響出現(xiàn)的裂縫或穩(wěn)定性不足的問題。

若通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)避混凝土基本性質(zhì)的應(yīng)用質(zhì)量和穩(wěn)定性問題，能夠保障或提升以混凝土原材料為基礎(chǔ)材料的建筑實(shí)體的使用壽命。這對于現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展背景下的工程項(xiàng)目施工建設(shè)來說，具有重要的實(shí)際意義[1]。

2.2 良好的耐久性能夠提供更高的安全保障

在混凝土原材料的應(yīng)用過程中，耐久性指標(biāo)的水平若能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，則意味著建筑實(shí)體的安全性和穩(wěn)定性也能夠達(dá)到較高的水平。耐久性與安全保障的相關(guān)性非常高，本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度分析可知，混凝土原材料背景下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，在具體落實(shí)時，針對性提升精準(zhǔn)性和有效性，則能夠保障整體的工程項(xiàng)目建設(shè)安全，這不僅是對整體建筑工程項(xiàng)目質(zhì)量的保障，也是對用戶安全提供了保障[2]。

2.3 良好的耐久性意味著建筑實(shí)體的承載力較強(qiáng)

現(xiàn)代的建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中，基于建筑實(shí)體不同類型的應(yīng)用技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)，對工程項(xiàng)目質(zhì)量中的承載力指標(biāo)的要求也存在顯著差異。因此，只有基礎(chǔ)原材料混凝土的承載力符合相應(yīng)工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際要求，才能夠從真正意義上確保不同的工程項(xiàng)目建設(shè)背景下，建筑實(shí)體的承載力狀態(tài)符合相關(guān)項(xiàng)目的具體要求。

另外，良好的承載力也意味著建筑工程項(xiàng)目抵御外部風(fēng)險(xiǎn)和壓力的能力相對較強(qiáng)，這也是提升建筑實(shí)體安全保障的重要條件[3]。圖1為混凝土耐久性重要價(jià)值。

圖1 混凝土耐久性重要價(jià)值

3 混凝土設(shè)計(jì)工作中耐久性指標(biāo)的影響因素分析

耐久性指標(biāo)會受到混凝土原材料的基本特征與所處的應(yīng)用環(huán)境等多方面因素的影響。且從設(shè)計(jì)專業(yè)角度來說，設(shè)計(jì)流程中的具體工作環(huán)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，也會影響到混凝土設(shè)計(jì)工作的效果。

下文首先對影響混凝土原材料耐久性的具體因素進(jìn)行分析，以期為后續(xù)提升結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的科學(xué)性提供重要的支持。

3.1 外部環(huán)境因素

外部環(huán)境因素主要強(qiáng)調(diào)的是，在具體的工程項(xiàng)目建設(shè)中，混凝土原材料的狀態(tài)和作用發(fā)揮效果，可能會隨著外部環(huán)境的變化而產(chǎn)生變化，這意味著混凝土原材料的應(yīng)用耐久性會同步發(fā)生變化。從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作上來說，混凝土受到外部環(huán)境的影響產(chǎn)生的變化具有一定的時效性。一旦在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展中未能及時全面的考慮這些變化帶來的影響，會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的及時性不足[4]。

另外，在混凝土發(fā)生變化前，需要結(jié)合設(shè)計(jì)工作的基本要求，通過科學(xué)的前期設(shè)計(jì)應(yīng)對混凝土材料的變化，這也是提升設(shè)計(jì)工作合理性的重要條件。從前期準(zhǔn)備工作的開展方面分析可知，為了全面考慮外部環(huán)境的影響，設(shè)計(jì)人員還可以從前期的設(shè)計(jì)組織規(guī)劃角度入手，提升設(shè)計(jì)工作的有效性。

從上述分析可見，外部環(huán)境因素對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響主要基于其本身的結(jié)構(gòu)特征。只要設(shè)計(jì)人員能夠在前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，通過科學(xué)的規(guī)劃，盡可能規(guī)避外部環(huán)境的影響區(qū)域或減小外部環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)的影響面積，就能夠促使混凝土在應(yīng)用過程中的耐久性得到提升[5]。

3.2 混凝土碳化問題的影響

混凝土碳化問題主要強(qiáng)調(diào)的是，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中存在的部分具有堿性特征的物質(zhì)，通過與空氣環(huán)境中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得混凝土中的成分結(jié)構(gòu)發(fā)生相應(yīng)的變化，這種變化會導(dǎo)致混凝土材料的含堿量受到直接影響。

從混凝土原材料的應(yīng)用效果上來講，當(dāng)混凝土堿含量有所降低時，會導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)中的鋼筋出現(xiàn)鈍化現(xiàn)象，進(jìn)一步提升混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)腐蝕的概率，這必然會影響混凝土原材料在應(yīng)用時的耐久性效果。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮多方面的影響因素，采取針對性的保護(hù)措施，盡可能降低碳化現(xiàn)象的發(fā)生概率。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員可通過在混凝土設(shè)計(jì)中明確添加一部分針對性的外加劑，使得混凝土結(jié)構(gòu)自身的抗碳化能力得到提升，最終實(shí)現(xiàn)提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的目標(biāo)[6]。

3.3 鋼筋結(jié)構(gòu)銹蝕問題的影響

上文已經(jīng)提到，堿性的降低會導(dǎo)致鋼筋鈍化現(xiàn)象發(fā)生概率的增大，除此之外，一旦混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的鋼筋與空氣中的水、二氧化碳發(fā)生接觸，會直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致鋼筋表面出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象。因此，在設(shè)計(jì)工作的開展中，也需要針對鋼筋本身加大保護(hù)力度，避免鋼筋在使用過程中出現(xiàn)過于顯著的銹蝕問題，對混凝土的應(yīng)用效果造成不良影響。

另外，鋼筋在應(yīng)用過程中，也會由于應(yīng)用時長的逐步增加而出現(xiàn)客觀上的銹蝕問題，這也需要設(shè)計(jì)人員在前期就做出充分考慮，并采取相應(yīng)的處理措施。

3.4 預(yù)期壽命設(shè)計(jì)因素的影響

在整體的混凝土原材料應(yīng)用和項(xiàng)目組織設(shè)計(jì)的過程中，針對混凝土壽命的預(yù)期使用時長以及使用狀態(tài)，也可通過數(shù)據(jù)計(jì)算的方式進(jìn)行前期設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)人員在前期設(shè)計(jì)過程中，通過針對性的參數(shù)設(shè)計(jì)，可以適當(dāng)提升混凝土原材料的應(yīng)用壽命，也能從根本上實(shí)現(xiàn)其耐久性提升和優(yōu)化的目標(biāo)。只要設(shè)計(jì)人員從基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)計(jì)和優(yōu)化參數(shù)設(shè)計(jì)兩方面注重精準(zhǔn)性的把握，就能夠使混凝土的預(yù)期壽命有所增長。

4 提升混凝土耐久性設(shè)計(jì)工作的要點(diǎn)分析

4.1 明確混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)耐久性維度的重點(diǎn)目標(biāo)

混凝土耐久性的增強(qiáng)與耐久性設(shè)計(jì)目標(biāo)的設(shè)定有密切關(guān)系。在基礎(chǔ)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)選取科學(xué)的設(shè)計(jì)方法，是提高混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、提升混凝土耐久性的重要前提條件。

在具體的設(shè)計(jì)工作開展時，需要從基礎(chǔ)原材料的篩選上注重原材料的合理選擇。設(shè)計(jì)人員需結(jié)合工程項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量要求，以及周邊環(huán)境因素的影響，對原材料的基礎(chǔ)質(zhì)量進(jìn)行控制，具體的設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)集中體現(xiàn)在以下兩方面。一是控制原材料的基礎(chǔ)配合比，二是優(yōu)化調(diào)整混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體方案。例如，若混凝土應(yīng)用環(huán)境的溫度相對較低，則需要采取針對性措施解決凍融問題，這是降低外部環(huán)境因素影響的有效途徑之一。

另外，基于混凝土使用時長對其質(zhì)量效果的影響，在前期設(shè)計(jì)目標(biāo)的確認(rèn)環(huán)節(jié)，就需要注重防護(hù)設(shè)計(jì)工作的開展，在設(shè)計(jì)階段積極落實(shí)，有效發(fā)揮涂層的保護(hù)作用。如應(yīng)用抗腐蝕性能更強(qiáng)的環(huán)氧類涂層進(jìn)行涂抹施工，達(dá)到外部防護(hù)的效果。

而在整體目標(biāo)的確認(rèn)方面則可根據(jù)混凝土所在區(qū)域的環(huán)境特征，通過合理設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)對混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)外部保護(hù)。只有在整體方案的制定過程中，嚴(yán)格控制好來源于外部環(huán)境中各方面因素的影響，才能使耐久性控制的目標(biāo)在宏觀上達(dá)到更高的水平，使混凝土的耐久性在實(shí)踐中得到根本的保障。

4.2 基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取針對性措施預(yù)防碳化問題

混凝土碳化與混凝土應(yīng)用過程中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)有直接的關(guān)系。因此，為了提升混凝土的耐久性、解決碳化問題，需要在設(shè)計(jì)階段對混凝土的結(jié)構(gòu)性應(yīng)用性能，采取針對性的措施提升混凝土抵抗碳化的性能。具體的執(zhí)行落實(shí)要點(diǎn)在于：在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的工作中，可應(yīng)用封閉涂層的設(shè)計(jì)方案對混凝土的結(jié)構(gòu)表面直接覆蓋保護(hù)層，這樣能夠促使混凝土內(nèi)部的細(xì)小縫隙在保護(hù)層的作用下得到有效的封堵，降低化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的概率。

除此之外，設(shè)置獨(dú)立保護(hù)層的方式還能夠幫助混凝土結(jié)構(gòu)有效抵御外部環(huán)境中溫度因素的影響，有效降低凍融現(xiàn)象的發(fā)生概率。當(dāng)外部因素控制與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果獲得雙重提升時，混凝土的耐久性效果能夠得到根本性的提升。

作為設(shè)計(jì)人員來說，保護(hù)層的設(shè)計(jì)工作應(yīng)當(dāng)注重針對性和適宜性，需要結(jié)合混凝土工程項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際狀態(tài)和工程項(xiàng)目的質(zhì)量需求，在保護(hù)層設(shè)計(jì)過程中對保護(hù)層的原材料選擇、厚度和覆蓋范圍進(jìn)行針對性地控制，避免保護(hù)層設(shè)計(jì)合理性的不足，導(dǎo)致預(yù)防碳化的效果受到影響。

4.3 基于有效的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)解決鋼筋銹蝕問題

在不同的建筑實(shí)體類型背景下，防腐蝕問題的解決策略也有所不同。在建筑實(shí)體的防腐蝕環(huán)節(jié)中，鋼筋防腐蝕工作的開展需要與墻體防腐蝕工作實(shí)現(xiàn)相互聯(lián)動。通常情況下，墻體結(jié)構(gòu)具有復(fù)合性特征，為了取得更好的防腐蝕效果，內(nèi)層結(jié)構(gòu)中的墻體可選擇纖維增強(qiáng)水泥條板、輕質(zhì)的混凝土條板等多種不同類型的水泥條板，構(gòu)建內(nèi)層墻體的結(jié)構(gòu)體系。另外，輕鋼龍骨墻板體系也在實(shí)踐應(yīng)用中具有較為顯著的應(yīng)用效果，但需要注意的是，輕鋼龍骨的厚度要嚴(yán)格控制，一般不得小于1mm。

墻體結(jié)構(gòu)中的鋼筋銹蝕問題還可通過應(yīng)用不同類型的耐腐蝕材料解決，具體來說，耐腐蝕材料從混凝土材料的角度，可以通過選用針對性材料達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，在基礎(chǔ)材料的質(zhì)量得到保障后，再通過合理的混凝土澆筑，充分發(fā)揮相關(guān)材料的抗腐蝕作用，耐腐蝕的塊狀材料以耐酸耐堿的石材或磚結(jié)構(gòu)為主要代表。

為了針對性解決鋼筋銹蝕問題，除了常規(guī)涂抹阻滯劑的方式外，還可通過選擇相應(yīng)耐腐蝕材料的針對性達(dá)到抗腐蝕的效果。在防鋼筋銹蝕的原材料選擇上，除了要結(jié)合實(shí)際，注重選擇一些性價(jià)比較高的材料外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中也需要考慮不同類型材料在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的融合效果，選擇能夠與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)融合應(yīng)用的材料，達(dá)到提升耐久性的目標(biāo)。

4.4 基于提升設(shè)計(jì)效果，優(yōu)化設(shè)計(jì)人員的能力水平

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作在具體落實(shí)執(zhí)行的過程中，受到設(shè)計(jì)人員主觀能力的影響相對較大。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的落實(shí)執(zhí)行過程中，需要結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對技術(shù)人員開展培訓(xùn)教育，并對其掌握先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的水平進(jìn)行考核。以便在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的開展中，合理選擇相應(yīng)的技術(shù)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和設(shè)計(jì)方法，通過有效的技術(shù)落實(shí)使得混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果得到提升和保障。

對于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的工作來說，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作更重要的是結(jié)合具體工程項(xiàng)目的建設(shè)要求，從前期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度入手提升設(shè)計(jì)工作的針對性和有效性。設(shè)計(jì)人員不僅要注重個人理論水平的提升，還需要積累全方位的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。具體的實(shí)施要點(diǎn)如圖2所示。

圖2 提升混凝土耐久性工作要點(diǎn)

5 結(jié)束語

通過本文的分析可知，混凝土耐久性對于建筑工程項(xiàng)目的質(zhì)量會造成直接影響。耐久性的提升和優(yōu)化可在前期設(shè)計(jì)階段采取針對性措施達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。設(shè)計(jì)人員要全方位分析和了解影響耐久性的因素，采取針對性措施提升耐久性水平，最終使建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和全面性達(dá)到更高的水平，實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性提升的整體目標(biāo)。