孫杰

（江蘇省化工設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210024）

混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計方法研究

孫杰

（江蘇省化工設(shè)計院有限公司，江蘇 南京 210024）

在社會經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定增長的同時，建筑行業(yè)也得以迅速發(fā)展。對于建筑行業(yè)而言，安全性能是最重要的?；炷磷鳛榻ㄖ袠I(yè)最主要的建筑材料之一，其耐久性能對建筑物的質(zhì)量好壞有著至關(guān)重要的影響。對此，本文將立足于混凝土結(jié)構(gòu)的基本性質(zhì)，分析研究造成混凝土結(jié)構(gòu)破損的主要因素，從而提出相關(guān)的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法。

混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性設(shè)計；方法研究

增強耐久性一直是混凝土結(jié)構(gòu)的重點關(guān)注內(nèi)容，混凝土的耐久性直接影響著建筑設(shè)施的使用年限與安全強度。但是混凝土結(jié)構(gòu)有著獨特的構(gòu)建材料和使用環(huán)境，為研究增強混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進行了數(shù)額較大的投入，到目前為止，已經(jīng)取得了較為明顯的成果。但是，對于社會發(fā)展進程而言，改善混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性還有著很大的發(fā)展空間。

1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概述

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要是指混凝土在使用期間，在沒有遇到意外發(fā)生的情況下，不需要通過人工維護而憑借自身性能的穩(wěn)定能力，這些能力包括安全性、實用性以及外觀等。由于混凝土結(jié)構(gòu)在建筑設(shè)計中極其重要的地位，所以，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性直接影響著建筑工程質(zhì)量的好壞以及建筑物的使用年限。

一般而言，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性可以從混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性等方面進行研究?？?jié)B性主要是針對混凝土在較為潮濕的環(huán)境下抵抗液體侵蝕滲透的能力。液體滲入到混凝土結(jié)構(gòu)后，會從內(nèi)部開始腐蝕混凝土結(jié)構(gòu)，從而破壞混凝土的耐久性，抗凍性是主要是針對用于寒冷地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)，在氣溫較低的情況下，混凝土強度會受到嚴重影響。抗侵蝕性則主要針對由化學物質(zhì)帶來的損壞，一般而言，破壞混凝土結(jié)構(gòu)的化學物質(zhì)主要來源于環(huán)境影響［1］。

2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的原則和意義

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計遵循的原則

混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建筑應(yīng)用是一個較為龐大的工程，因此，經(jīng)濟效益是在設(shè)計混凝土結(jié)構(gòu)時的一個重要考慮因素。其具體要求是確保在混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限內(nèi)用最少的資金投入最大限度的延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用時間。

在進行設(shè)計之前，必須要對混凝土的使用環(huán)境以及年限要求等有一個詳細的了解，嚴格控制混凝土結(jié)構(gòu)原材料的配置比例，以此降低混凝土結(jié)構(gòu)因為外界因素而造成的結(jié)構(gòu)損害。此外，可以適度減少混凝土結(jié)構(gòu)的保護層，以防止裂縫現(xiàn)象的發(fā)生［2］。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的意義

眾所周知，混凝土結(jié)構(gòu)是建筑設(shè)計中的主要材料之一，而且混凝土的應(yīng)用范圍較為廣泛，地面鋪設(shè)、橋梁搭建等多方面都有著應(yīng)用。在這些應(yīng)用中，如果混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生崩壞，會直接導致建筑物的使用終結(jié)，不僅會造成經(jīng)濟損失，嚴重時甚至會危害到社會民眾的人身安全。因此，研究混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計對經(jīng)濟建設(shè)和社會穩(wěn)定都有著極其重要的意義。

3 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計方法

3.1 基于材料選擇的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計

要從根本上加強混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性最重要的還是對混凝土材料的選擇。通過研究表明，影響混凝土材料的主要因素就是外界環(huán)境的影響，如酸性、堿性、冷凍、水蒸氣等都會降低混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限。因此，在設(shè)計初期，必須保證混凝土結(jié)構(gòu)的密實性與抗凍性，這就要求設(shè)計者從混凝土的原材料以及配置比入手進行研究?；炷恋脑牧现饕兴?、骨料、礦物摻合料以及減水劑等。在原材料選取期間，對每一種物質(zhì)都要嚴格挑選。

其中，受到廣泛認可的水泥有硅酸鹽水泥，與其進行混合的材質(zhì)最宜為礦渣或者粉煤灰，對于C30以下的混凝土結(jié)構(gòu)，也可以選用礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或者復合硅酸鹽水泥。礦物摻合料的品質(zhì)應(yīng)該具有較強的穩(wěn)定性，對此，一般選擇的種類為粉煤灰、礦渣粉、硅灰或者復合型摻合料，但是對耐久性要求不同的混凝土選擇的摻合料也有細微的不同。例如，對于C50以下的混凝土而言，礦物摻合料的細度要在25%以下，而對C50及其以上的混凝土結(jié)構(gòu)，礦物摻合料的細度則要控制在12%以下，其對水量比的要求也要低于C50以下的混凝土。另外，當混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用環(huán)境具有較強凍裂能力時，選用所有粉煤灰的燒失量都應(yīng)小于3%。骨料按照細度模數(shù)分為粗砂、中砂、細砂三種規(guī)格，配置混凝土時，一般優(yōu)先選用中砂［3］。

3.2 基于環(huán)境作用的耐久性設(shè)計

處于不同環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性也存在明顯不同，因此在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計時還應(yīng)充分考慮到環(huán)境因素的影響。對于碳化引起的鋼筋腐蝕，只要通過控制混凝土材料比例并適當增加保護層厚度，就可以得到有效解決，不涉及過多的技術(shù)問題與成本投入。在鋼筋腐蝕問題中，最應(yīng)該注意的是預應(yīng)力構(gòu)件和拉索。這是因為預應(yīng)力構(gòu)件和拉索是混凝土的主要受力部分，這一部分如果出現(xiàn)問題會直接導致混凝土功能失效。但是預應(yīng)力鋼筋的受腐蝕速度卻高于混凝土其他比分，而且在進行檢測時，往往會較為困難。最為嚴重的鋼筋銹蝕則是由氯鹽引起的，氯鹽侵蝕會大幅度降低鋼筋的承載力和延性，氯鹽侵蝕主要發(fā)生在海洋建筑中，因此在設(shè)計時應(yīng)格外注意對裂縫寬度的限制，其礦物摻合料必須選用粉煤灰或者細磨礦渣，最為適宜的則是復合型摻合料。另外，對于混凝土結(jié)構(gòu)的抗酸、抗凍等耐久特性也應(yīng)根據(jù)實際情況而做出設(shè)計調(diào)整，對于防范混凝土的凍蝕問題，可以選用低鈣粉煤灰代替部分水泥配置的混凝土，替代量一般在30%左右，此外還可以根據(jù)實際情況，適度增加構(gòu)件厚度［4］。

3.3 確定混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計目標與檢修維護

確定混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標是混凝土設(shè)計開展的前提，混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標需要綜合多方面的因素進行考量，如環(huán)境條件、建筑規(guī)格、維修制度以及其它可能發(fā)生的意外情況等。在基本目標設(shè)定后，一定要保證施工質(zhì)量，在建筑施工結(jié)束后，對整個設(shè)計進行全面系統(tǒng)的驗收工作，以保證不會由施工質(zhì)量問題引起混凝土結(jié)構(gòu)的破損。此外，在建筑使用年限內(nèi)，還要對混凝土結(jié)構(gòu)進行定期的維護和檢測，將其中較為重要的部分作為檢修重點，以保證可以及時發(fā)現(xiàn)問題并作出應(yīng)對處理。一般而言，建筑物中使用的混凝土在耐久性達到極限狀態(tài)之前會有一定的變化，對此，檢修人員要時刻注意混凝土的變化［5］。

4 結(jié)語

由于混凝土耐久性問題引起的建筑工程事故不僅造成了經(jīng)濟損失，也引起恐慌。針對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的特殊情況與重要性，必須從混凝土構(gòu)造初期就進行嚴格的質(zhì)量把關(guān)，充分考慮混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評估預測、極限狀態(tài)及施工檢測等因素，保證全程緊抓，并結(jié)合混凝土的應(yīng)用環(huán)境制定合理有效的修護措施。

［1］ 周錫武. 關(guān)于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的若干問題研究［D］. 華中科技大學，2008.

［2］ 楊兵. 試論混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計方法［J］. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014，28：235.

［3］ 陳琳，屈文俊，朱鵬. 混凝土結(jié)構(gòu)等耐久性與全壽命設(shè)計研究綜述［A］. 中國土木工程學會混凝土與預應(yīng)力混凝土分會混凝土耐久性專業(yè)委員會. 第八屆全國混凝土耐久性學術(shù)交流會論文集［C］. 中國土木工程學會混凝土與預應(yīng)力混凝土分會混凝土耐久性專業(yè)委員會，2012：18.

［4］ 吳秀斌. 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計方法研究［J］. 中國建筑金屬結(jié)構(gòu)，2013，20：154.

［5］ 李曉鵬，趙建昌，孫正博. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性環(huán)境區(qū)劃與耐久性設(shè)計方法［J］. 科技致富向?qū)В?014，14：250.

（P-01）

Research on concrete structure durability design method

TU375

1009-797X （2015） 22-0038-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.014

孫杰（1984-），男，2008年7月畢業(yè)于哈爾濱工程大學結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，現(xiàn)供職于江蘇省化工設(shè)計院有限公司，工程師，碩士學位，研究方向為鋼結(jié)構(gòu)。

2015-10-09