混凝土结构耐久性设计综述

混凝土结构耐久性设计综述

作者：杨旻

来源：《建筑与文化》2013年第06期

【摘 要】 本文分析了影响混凝土耐久性的因素，对现行耐久性设计中需要注意的问题进行了阐述。

【关键词】 混凝土 耐久性设计 1：前言

通常结构的耐久性是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。混凝土的耐久性决定着混凝土结构的使用寿命。在通常情况下混凝土结构是耐久的，但在使用过程中，由于各种原因许多混凝土结构表现出因耐久性不足而过早失效甚至彻底损坏的现象：大多数表现为结构的外观质量，如裂缝、锈溃、表面酥裂、剥落等，影响观瞻质量和使用功能；也有由于受力钢筋锈断而发生断裂、崩塌的严重事故，造成人员伤亡和巨大的财产损失。因此钢筋混凝土结构的耐久性问题已越来越引起人们的关注，特别是设计对耐久性问题的重要性。设计时，对新建项目在钢筋防护方面，每节省1元，则发现钢筋锈蚀时采取措施多追加5元，混凝土开裂时多追加维护费用25元，严重破坏时多追加维护费用125元。这使得各国政府投入大量资金用于钢筋混凝土结构的耐久性与加固的研究。

2：混凝土材料的耐久性指标

混凝土的耐久性的最主要包括混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、混凝土的碳化和混凝土中的碱骨料反应。 2.1： 抗渗性

混凝土的抗渗性是指抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。防水混凝土的设计抗渗等级分为P6，P8，P10，P12.混凝土的抗渗性主要与混凝土的密实度和孔隙率及孔隙结构有关。混凝土中相互连通的孔隙越多，孔径越大，则混凝土的抗渗性越差。降低水灰比，采用减水剂、掺加引气剂、防止离析和沁水的现象发生，加强养护，防止出现施工缺陷等均有利于提高混凝土抗渗性。故地下工程或与水，土壤直接接触的部位使用通过调整配合比，掺加外加剂、掺合料等方法配制而成防水混凝土，并且对防水混凝土本身的厚度，保护层的厚度，裂缝的宽度及后期的养护均有更严格的要求。 2.2：抗冻性

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混凝土的抗冻性是指混凝土抵抗冻融循环作用的能力。混凝土的冻融破坏指的是混凝土中的水结冰后体积膨胀，混凝土产生细微裂缝，反复冻融使裂缝扩展，导致混凝土出现由表及里剥落破坏的现象。一般以抗冻等级来表示混凝土的抗冻性，抗冻等级根据混凝土能够承受反复冻融循环次数分为：F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300等。外部环境向混凝土提供的水分和冻融条件，组成材料性质及含量、养护龄期及掺加引气剂等因素对混凝土抗冻性有重要的影响。采用质量好的原材料、小水灰比、延长冻结前的养护时间、掺加引气剂、尽量减少施工缺陷等措施均可提高混凝土的抗冻性。 2.3：抗侵蚀性

环境介质对混凝土的化学侵蚀有淡水、硫酸盐、海水及酸碱侵蚀等，其侵蚀机理与水泥石化学侵蚀相同。对以上各类侵蚀难以有共同的防止措施，只能采取提高混凝土的密实度，改善混凝土的孔隙结构，以使环境侵蚀介质不易渗入混凝土内部；或者直接采用外部保护措施以隔离侵蚀介质不与混凝土接触。 2.4：混凝土的碳化 2.5：碱骨料反应

当混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅时，如果水泥中的碱含量较多，水解后形成的氢氧化钠和氢氧化钾会与骨料中的活性氧化硅起化学反应，形成复杂的碱—硅酸凝胶。这种凝胶会吸水肿胀，把混凝土胀裂。 3：混凝土耐久性的设计要点 3.1 确定结构所处的环境类别；

现行规范中对对影响混凝土结构耐久性的环境类别进行了较详细的分类，按所处的环境按钢筋和混凝土材料的不同腐蚀作用机理分为5类： 环境分类

不同环境类别在不同的环境条件（如湿度、温度、侵蚀介质的浓度等）下对配筋（钢筋和预应力筋）混凝土结构侵蚀的严重程度分为以下6级： 环境作用等级

如果对每种环境类别中环境作用等级细分的话，环境作用等级可分为24项。但是由于环境作用等级的确定主要依靠对不同环境条件的定性描述，当实际的环境条件处于两个相邻作用等级的界限附近时，就有可能出现难以判定的情况，这就需要设计人员根据当地环境条件和既有工程劣化状况的调查，并综合考虑工程重要性等因素后确定。

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3.2：有利于减轻环境作用的结构形式、布置和构造

适当的防排水构造措施能够非常有效地减轻环境作用，应作为耐久性设计的重要内容。 3.3 提出对混凝土材料的耐久性基本要求；

混凝土本身材料的质量是主要因素，规范规定了各种环境类别下混凝土的最大水胶比、最低强度等级、最大氯离子含量和最大碱含量。控制水胶比是为了减少混凝土的渗透性，混凝土的强度等级与混凝土的密实性有关，控制氯离子含量避免一起钢筋脱钝和电化学腐蚀，控制碱含量以避免产生碱骨料反应。

3.4 确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；

根据环境类别对不同部位构件规定了最小保护层的厚度。 3.5 不同环境条件下的耐久性技术措施；

根据所处环境采取加大混凝土保护层厚度，提高混凝土强度等级，对金属部件采取可靠的防锈措施，对钢筋采用阻锈剂或采用环氧树脂涂层钢筋，采用可更换构件等等。 3.6 提出结构使用阶段的检测与维护要求：

避免水的影响，而使构件处于干燥状态；消除有害介质的侵袭；此外应采取各种方法（如抹面、涂层等）减小混凝土的渗透性，使水和介质难以人侵。使用单位不应随便改变 结构的用途；不得任意对结构进行改造和改变使用环境条件；定期检查并及时维修以避免耐久性缺陷发展等。

注：对临时性的混凝土结构，可不考虑混凝土的耐久性要求。 4：总结：

以前，在我国经济技术不发达的时期，不得不降低甚至忽视对结构耐久性的要求；而目前国情已经变化，有条件考虑环境保护和可持续发展的问题。做为结构工程师，必须要培养关注结构物的耐久性、重视耐久性的习惯，掌握分析复杂环境下耐久性的影响因素的分析方法和应对措施，结合巳有的设计经验和工程实践认真地迸行耐久性设计。 参考文献

[1] 混凝土结构设计规范 GB50010-2010 [2] 徐有邻.混凝土结构设计规范理解与应用

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[3] 混凝土结构耐久性设计规范 GBT5 0476-2008 [4] 混凝土结构耐久性评定标准 CECS 220：2007