伏俊杰
新疆维吾尔自治区建筑设计研究院 新疆 830000
摘要：在分析建筑工程混凝土的耐久性能的基础上，对混凝土耐久性能进行了结构设计，并对其耐久性能进行了评估。通过分析混凝土水灰比、受冻龄期、水泥品种、酸侵蚀、碱侵蚀等对混凝土耐久性能的影响，然后就对钢筋混凝土结构耐久性设计进行了探讨，以供广大同行参考。
关键词：建筑工程；混凝土；耐久性能；结构设计
在建筑工程中，钢筋混凝土结构使用最多，在长期使用过程中，钢筋混凝土结构会出现耐久性问题。在我国，钢筋混凝土结构耐久性问题比较突出，其特点是南锈北冻，据统计，在我国，每年因耐久性问题造成的经济损失近千亿，对社会安全性冲击很大，因此对钢筋混凝土结构的耐久性能进行评估设计非常重要。从上个世纪中期开始，分析混凝土耐久性能，进行耐久性结构设计，减小混凝土耐久性不良产生的过早失效事故，日益受到研究者的广泛重视。提高混凝土耐久性，是目前混凝土研究的重要课题。本研究在分析建筑工程混凝土的耐久性能的基础上，对混凝土耐久性能进行了结构设计，并对其耐久性能进行了评估。
1混凝土结构耐久性的重要性
钢筋混凝土结构的耐久性是指在特定工作环境中，钢筋混凝土及其构件因材料自身内部因素的影响，在一定使用期限内，钢筋混凝土构件对化学侵蚀、自然环境或其他变化过程的一种抵抗力。在工程建筑中，钢筋混凝土结构融合了混凝土和钢筋的优点，造价比较低廉，是当今主要的建筑结构形式，但许多钢筋混凝土结构因各种原因造成性能降低，原因主要是结构耐久性能不足，在设计结构时，抗力不足，使用时荷载过重，同时还包括我国沿海地区因气候潮湿造成的钢筋混凝土结构的侵蚀氧化破坏，导致混凝土结构丧失耐久性能，造成维修需要大量费用，甚至会造成被迫停工，经济损失巨大。
2影响混凝土结构耐久性的主要因素
2.1混凝土水灰比影响
混凝土抗冻性有混凝土水饱和程度、内部孔结构、强度、受冻龄期等因素，其中影响最大的因素是内部孔结构。混凝土孔结构由混凝土水灰比、养护方法、外加剂等确定。水灰比对混凝土孔结构、孔隙率有直接影响。当水灰比增加时，平均孔径、饱和水开孔总体积也会相应的增加，这样在冻融过程中，产生的渗透压力、冻胀压力就会增大，降低了混凝土抗冻性能。研究表明，抗冻耐久性随着水灰比的增大而明显降低。
2.2混凝土的受冻龄期
随龄期的增长，混凝土抗冻性随之增加。原因是龄期越长，水泥的水化则比较充分，混凝土的强度也就越高，这样就会比较强的抵抗膨胀能力，尤其是在早期受冻混凝土上有明显的表现。根据研究可知，在受冻龄期<8h时，经几次冻融循环，混凝土已遭到损坏，因而要预防混凝土早期受冻。
2.3混凝土中的水泥品种
混凝土抗冻性也会受水泥品种及其活性的影响，主要是因为熟料部分的硬化速度的变化及相对体积的不同。随水泥活性的增加，混凝土抗冻性随之提高。就抗冻性而言，普通硅酸盐水泥混凝土>混合水泥混凝土>火山灰水泥混凝土。
2.4混凝土的酸侵蚀
在土壤、空气、地下水等环境中，酸性液体或酸性气体侵入混凝土，并和水泥石中的碱性物质发生化学反应，造成混凝土pH值下降，即就是混凝土中性化过程。混凝土碳化是指中性化过程由大气环境中的CO2造成的。强酸侵蚀包括硫酸、盐酸、硝酸、甲酸、醋酸等，酸侵蚀程度与CO2浓度、pH值有关，CO2浓度越高或pH值越低，侵蚀越严重。
2.5混凝土的碱侵蚀
在温度<50℃时，碱浓度≤15%时，碱侵蚀混凝土的作用非常小，但碱溶液浓度较高时，会侵蚀混凝土。KOH或NaOH会和水泥石中的水化铝酸钙、水化硅酸钙等发生反应，生成易于浸析和胶结性差的产物。
3钢筋混凝土结构耐久性的设计
3.1现有规范的有关规定
根据混凝土结构设计相关规范，将混凝土结构适用环境划分为5类，分别为1类室内正常环境、2类室内潮湿的环境(a)和寒冷及严寒地区的露天环境(b)、3类滨海室外环境、4类海水环境、5类人为侵蚀性物质影响的环境。在预期人为环境和自然环境的物理与化学作用下，混凝土结构可达到设计要求。
3.2耐久性设计原则
在设计混凝土耐久性时，结构耐久性失效标准和耐久性目标要明确。根据表1所示的拟建结构的预期设计寿命，结构设计使用年限为4类;对于一般钢筋混凝土结构，耐久性失效标准指耐久性能退化，造成结构变形未能达到正常使用要求。
表1 设计使用年限分类
3.3混凝土结构耐久性设计内容
3.3.1耐久性材料的选择
根据使用设计年限、环境条件、耐久性等级要求，对混凝土配合比及原材料进行选择，若混凝土用于冻融环境，引气剂根据年平均冻融次数进行掺入，取值范围为水泥质量的4.4%~7.2%。若环境中有氯侵蚀时，对混凝土中的氯离子含量要进行控制，其含量不大于水泥用量的0.1%。若环境的化学侵蚀严重，则采用耐腐蚀合金钢材、环氧涂层钢筋为受力钢筋。
3.3.2结构构造的设计
根据预应力混凝土、普通混凝土的差别，针对设计使用年限和侵蚀环境，选取合适的混凝土保护层厚度。当构件所处环境锈蚀严重时，受力钢筋最小直径≥16.5mm。结构表面形状则对排水有利于，并能防积水，在室外的构件设置滴水沟，例如位于海岸浪溅区桥墩的部位等。当构件对所处环境下化学腐蚀严重时，则混凝土表面浸涂防腐。
3.3.3施工要求
在混凝土耐久性有特别要求如抗冻、抗渗、抗化学腐蚀、耐磨等时，施工前按抗腐蚀等级，进行混凝土配合比试配，选择最优配合比。混凝土外加剂中的氯离子含量要小于水泥含量的0.02%;在高效减水剂中，硫酸钠含量要小于减水剂干重的20%;在混凝土浇筑前，对钢筋位置、保护层垫块尺寸要进行检查，确保护层厚度。在浇筑大面积混凝土时，应对施工缝位置进行合理确定，避免冷缝出现，禁止洒水抹面，水灰比<0.45，工作面尽量减少暴露。在混凝土养护期间，防止支撑过早拆除。冬季施工掺盐时，严格控制氯化物含量，防潮措施≤1%的水泥质量;素混凝土≤2%的水泥质量;含有氯离子环境≤0.1%水泥质量。
3.3.4对结构使用的要求
建筑结构构件使用界限要明确，各构件暴露的环境不同，其具有不同的耐久寿命，一般情况下，在建筑结构中，阳台、屋面、女儿墙的使用寿命比室内柱和梁要短;在桥梁结构中，相比于桥墩和梁，易于损害的有伸缩缝、防水层、护栏，其维修和更换年限要短。因此，在进行耐久性设计时，在结构使用期内，需更换和维修部件的更换的时间、内容要明确提出。采用耐久性极限状态设计法，在设计使用期限内，抵抗环境作用的能力要比环境对结构作用的效应大。
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论文作者:伏俊杰
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/10
标签：混凝土论文; 耐久性论文; 耐久论文; 混凝土结构论文; 钢筋论文; 环境论文; 水灰比论文; 《防护工程》2018年第21期论文;