【摘要】混凝土是多組份、多孔和多相的結(jié)構(gòu)工程主要材料，與環(huán)境作用，使得耐久性對(duì)工程的使用年限、使用功能有著深刻的影響，結(jié)合自己多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和理解，對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計(jì)談以下幾點(diǎn)體會(huì)。

【關(guān)鍵詞】劣化；耐久性；滲透性；碳化；堿骨料反應(yīng)；凍融循環(huán)；鋼筋保護(hù)層

1、耐久性設(shè)計(jì)的理由

混凝土的耐久性是在外部和內(nèi)部不利因素的長(zhǎng)期作用下，保持其原有設(shè)計(jì)性能和使用功能的性質(zhì)，在各種多樣性的使用環(huán)境下抵抗各種物理和化學(xué)作用破壞的能力。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限通過(guò)安全性、適用性和耐久性來(lái)實(shí)現(xiàn)。而耐久性是實(shí)現(xiàn)預(yù)期使用年限中適用性和安全性的基礎(chǔ)。因混凝土耐久性不足而引起結(jié)構(gòu)性能劣化，造成各種損失、降低建筑物的使用壽命，混凝土劣化是內(nèi)外因素及相互作用的結(jié)果，主要表現(xiàn)為：

混凝土中的氣體、液體和離子在滲透、擴(kuò)散和遷移中使得滲透性對(duì)結(jié)構(gòu)性能有本質(zhì)的影響；多孔-裂縫-缺陷間有著復(fù)雜的聯(lián)系，是水灰比、水泥用量、摻合料、骨料、外加劑與成型工藝、養(yǎng)護(hù)條件綜合作用的結(jié)果。環(huán)境的物理化學(xué)作用對(duì)混凝土有劣化作用，如材料與環(huán)境的磨損、沖蝕、荷載、溫度作用外，土壤和地下水中存在的硫酸鹽等腐蝕性介質(zhì)導(dǎo)致混凝土膨脹和開(kāi)裂，增大了滲透性，加速了混凝土的劣化?？諝庵卸趸?xì)鉂B透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低即混凝土碳化，又稱作中性化，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)，促成鋼筋開(kāi)始生銹。嚴(yán)重的銹蝕膨脹使鋼筋與混凝土黏結(jié)衰減失效、隨著混凝土保護(hù)層開(kāi)裂甚至脫落，鋼筋的銹蝕加劇，進(jìn)一步促使混凝土的劣化。北方嚴(yán)寒地區(qū)混凝土中結(jié)冰的水會(huì)體積膨脹而過(guò)冷的水會(huì)發(fā)生遷移，產(chǎn)生的壓力會(huì)引起混凝土開(kāi)裂和剝落，而溫度回升后冰隨著融化更多的水被吸入裂縫中，這種凍融與滲透性加速了混凝土劣化，而除冰鹽在北方地區(qū)的使用帶來(lái)對(duì)混凝土耐久性的降低。混凝土骨料中的活性礦物成分（活性二氧化硅）與堿性氫氧化物在潮濕環(huán)境下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成膨脹性堿硅膠，即堿骨料反應(yīng)引起混凝土強(qiáng)度和彈性模量損失，其膨脹和開(kāi)裂形成裂紋和裂縫或宏觀錯(cuò)位。而水氣引入的過(guò)量氯離子會(huì)引起結(jié)構(gòu)中鋼筋嚴(yán)重銹蝕。環(huán)境溫度和濕度變化，導(dǎo)致混凝土濕脹干縮、熱脹冷縮，引起混凝土中各組成材料因彈性模量不一致而漲縮不一致，產(chǎn)生微裂紋。所以，要防止混凝土碳化、限制堿含量、控制水膠比和混凝土中氯離子含量、控制溫濕度、選擇合適的骨料及級(jí)配、在規(guī)范基礎(chǔ)上選擇最外層鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。

2、耐久性設(shè)計(jì)的原則

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中的要求是基于公共安全和社會(huì)需要的最低限度要求。工程都有各自的特點(diǎn)和環(huán)境及施工方式，所以有時(shí)僅僅滿足規(guī)范的某些最低要求往往不能保證具體設(shè)計(jì)對(duì)象的耐久性從而保證設(shè)計(jì)使用年限。不同技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)同一問(wèn)題規(guī)定不同，這時(shí)就需要設(shè)計(jì)人員運(yùn)用力學(xué)、物理化學(xué)知識(shí)具體問(wèn)題具體分析，有針對(duì)性、有理有據(jù)采取措施。工程技術(shù)人員的專業(yè)分析判斷能力往往比規(guī)范的規(guī)定更可靠。水泥用量要適當(dāng)，主要控制水膠比、采用最佳礦物摻合料的參量和比例，摻減水劑和引氣劑，骨料的粒徑不宜過(guò)大，粗骨料一般不超過(guò)30mm為宜，而混凝土施工或與預(yù)制構(gòu)件制作中要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)來(lái)控制溫度、塑性和干縮等裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，從而制作成低孔隙、界面結(jié)合良好和少裂縫混凝土，達(dá)到耐久性目的。為了避免混凝土碳化的影響需要使鋼筋有足夠的混凝土保護(hù)層厚度，避免鋼筋因碳化銹蝕而影響鋼筋混凝土的性能。

北方地區(qū)為了抗凍融，要對(duì)地下水文地質(zhì)情況做到心里有數(shù)，因混凝土孔隙水受凍結(jié)冰、遇熱融化的反復(fù)等交替的累計(jì)效應(yīng)，會(huì)引起混凝土破壞，除了上面提到的因素外吸水飽和度和環(huán)境狀況在這種破壞中具有更加特殊的作用。降低水灰比、摻硅灰等抗凍性高的摻合料、用堅(jiān)固的吸水率低的優(yōu)質(zhì)骨料及合理的骨料級(jí)配，在必要時(shí)用減水劑、引氣劑等來(lái)減緩冰凍壓力。鹽溶液、干濕、凍融循環(huán)等各種因素的交互作用則將是更加不利的情況。因堿骨料反應(yīng)發(fā)生往往在潮濕環(huán)境中，所以限制混凝土中堿含量，尤其是在地下工程、路橋工程、潮濕環(huán)境中根據(jù)情況不同程度的嚴(yán)格限制，這是防止堿骨料反應(yīng)的重要措施；此外礦物摻合料、摻入引氣劑等也可有效的減輕堿骨料反應(yīng)。耐久性和結(jié)構(gòu)承載力設(shè)計(jì)有時(shí)對(duì)混凝土最低強(qiáng)度有不同要求，這就要同時(shí)考慮二者中要求偏高的要求，有些地下工程往往是耐久性起控制作用，同時(shí)應(yīng)注意混凝土強(qiáng)度與鋼筋級(jí)別的匹配，從現(xiàn)行規(guī)范看，基礎(chǔ)及地下工程不能使用HPB300級(jí)鋼筋，而應(yīng)使用比此級(jí)別高的鋼筋。所以耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)以解決混凝土劣化，保證結(jié)構(gòu)的使用壽命為基本原則。

3、耐久性設(shè)計(jì)的一般內(nèi)容

3.1結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限、環(huán)境影響

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限除考慮結(jié)構(gòu)的重要性外，還與業(yè)主的要求、結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)類型、環(huán)境狀況、布置方式和構(gòu)造措施等有關(guān)，一般為50年，也有100年的。在北方地區(qū)，對(duì)剛性階梯形條形基礎(chǔ)，采取坡形并抹面的形式有利于減輕凍脹，這是從環(huán)境的凍脹角度來(lái)減輕基礎(chǔ)劣化；有條件或要求較高時(shí)，水泥宜采用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥；而地下和潮濕環(huán)境等宜采用堿含量受控水泥，特別是地下潮濕的環(huán)境；對(duì)于如工業(yè)項(xiàng)目中的設(shè)備基礎(chǔ)等大體積混凝土則宜采用中低熱硅酸鹽水泥或低礦渣硅酸鹽水泥；此外粗細(xì)骨料也應(yīng)根據(jù)特殊要求做相應(yīng)的控制，但粗骨料級(jí)配應(yīng)連續(xù)，細(xì)骨料對(duì)抗?jié)B抗凍和海砂等均有相應(yīng)的耐久性方面的要求，這些在《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB50164-2011中都有明確要求。地面以上環(huán)境類別不都是一類環(huán)境，如工業(yè)廠房不采暖的情況，一般不屬于一類環(huán)境，采暖的工業(yè)建筑或民用建筑，室內(nèi)和室外也不是同類環(huán)境。一個(gè)構(gòu)件的不同面，如屋面板靠外側(cè)及靠外側(cè)的墻梁面在沒(méi)有有效的保護(hù)措施時(shí)等都不屬于一類環(huán)境。同屬于室內(nèi)的淋浴間也不屬于一類環(huán)境。

3.2鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度

現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的鋼筋保護(hù)層厚度是指箍筋、分布筋等最外層的鋼筋保護(hù)層厚度，這與以往的規(guī)定不同，這種規(guī)定更加合理，具體保護(hù)層厚度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范均有規(guī)定。

鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度達(dá)不到要求和波動(dòng)較大是施工中的質(zhì)量通病，設(shè)計(jì)中應(yīng)有明確的可控措施，《混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋間隔件應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T219-2010的做法是比較實(shí)用的控制保護(hù)層厚度的有效嘗試，保護(hù)層控制可依據(jù)環(huán)境類別、使用部位的不同而采用金屬類、塑料類、砂漿水泥基類或混凝土水泥基類的間隔件來(lái)保障，保護(hù)層采用鋼筋間隔墊的措施，雖然投資略有一點(diǎn)點(diǎn)增加，但操作宜控，提高了保護(hù)層的準(zhǔn)確率，從而提高了耐久性。對(duì)于柱墻等豎直構(gòu)件，地下部分的鋼筋保護(hù)層因環(huán)境類別的變化需要加厚，底層柱和往地面以下延伸的柱，應(yīng)注意不宜采取同一截面，因?yàn)槿舨扇⊥唤孛?，按底層柱的保護(hù)層，如25，但按地面以下則為40，勢(shì)必造成要地面以下的柱承載能力降低。宜鋼筋位置不變，將上下保護(hù)層的差加到地面以下延伸柱上，使底層柱略微擴(kuò)大，這應(yīng)在施工圖設(shè)計(jì)中特別給予關(guān)注的地方。

3.3混凝土裂縫控制要求

屋面板的配筋一般是受力配筋，當(dāng)屋面較長(zhǎng)或溫差較大時(shí)就應(yīng)該同時(shí)考慮溫度作用，尤其是比較吸熱的卷材屋面等，尤其要考慮。屋面的保溫材料的使用年限與結(jié)構(gòu)的使用年限不一致，溫度對(duì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的屋面的影響是很大的，某些部位超出了受力的影響，鋼筋配置不能僅按荷載計(jì)算，而應(yīng)疊加溫度作用，鋼筋的200間距的排布有時(shí)不夠，可為100-150間距，滿足強(qiáng)度的前提下有時(shí)調(diào)整鋼筋直徑，縮短間距也是一種可行的辦法。堿骨料反應(yīng)、凍脹以及碳化等引起的裂縫的防治應(yīng)有針對(duì)性。尤其是地下工程，如混凝土剪力墻等耐久性問(wèn)題突出，應(yīng)積極預(yù)防，如控制混凝土中堿含量、選擇低堿活性骨料、改善混凝土所處的環(huán)境，隔絕濕氣進(jìn)入、摻礦物混合材、外加劑等，均簡(jiǎn)單宜行。需要明確的是，水泥用量多在控制堿含量方面不是有利的。

3.4混凝土其他劣化的治理

基礎(chǔ)及地下結(jié)構(gòu)和室外雨棚等屬于惡劣環(huán)境情況，防排水構(gòu)造等要加強(qiáng)，如保護(hù)層普遍加厚，做防水防潮層，構(gòu)件形狀有利于排水等；其實(shí)這些措施也有益于減輕堿骨料反應(yīng)。堿、活性骨料和水是堿骨料反應(yīng)的三因素，減少其中的任何一因素均可控制堿骨料反應(yīng)。嚴(yán)重環(huán)境作用下合理采取防腐蝕附加措施或多重防護(hù)策略；耐久性需要的施工養(yǎng)護(hù)制度與保護(hù)層厚度的施工質(zhì)量驗(yàn)收要求。結(jié)構(gòu)使用階段的維護(hù)、修理與檢測(cè)要求（圖紙應(yīng)該明確，包括必要的檢測(cè)通道。預(yù)留檢測(cè)維修的空間和裝置）等。設(shè)計(jì)文件中應(yīng)增加對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)、使用期的檢查和維護(hù)等內(nèi)容。

3.5混凝土強(qiáng)度等級(jí)取值

配筋混凝土結(jié)構(gòu)滿足耐久性要求的混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限30年-50年1-A環(huán)境C25，一般情況下，地面以下的混凝土的強(qiáng)度等級(jí)為C30，但地下室頂板一般應(yīng)以C35比較合適，所以與環(huán)境類別密切相關(guān)。

4、混凝土耐久性規(guī)范的應(yīng)用

《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T50476-2008適用于常見(jiàn)環(huán)境下房屋建筑物和構(gòu)筑物及其連接件的耐久性設(shè)計(jì)，是達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的具有必要保證率的最低要求；此外還有《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》（CCES01-2004）；《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010中第3.5節(jié)的耐久性設(shè)計(jì)是根據(jù)環(huán)境類別使用年限對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化和調(diào)整后的基本設(shè)計(jì)內(nèi)容，混凝土保護(hù)層在8.2節(jié)；《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB50164-2011則包含了混凝土耐久性方面通常的主要影響因素的材料控制內(nèi)容等；《混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋間隔件應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T219-2010是針對(duì)影響混凝土耐久性的質(zhì)量通病鋼筋的保護(hù)層的控制技術(shù)，《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ55-2011對(duì)原材料、骨料含水率、最大水膠比、最小膠凝材料用量、礦物摻合料、水熔性最大氯離子含量、引氣劑摻量以及對(duì)預(yù)防堿骨料反應(yīng)的措施等都有明確、簡(jiǎn)潔可操作的規(guī)定。對(duì)于泵送混凝土還要執(zhí)行《泵送混凝土技術(shù)規(guī)范》JGJT10-2011。對(duì)于地下、外墻、坡屋面處于環(huán)境比較差的結(jié)構(gòu)部位，分別有《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》GB50108-2008和《建筑外墻防水技術(shù)規(guī)范》JGJT235-2011、《坡屋面工程技術(shù)規(guī)范》GB50693-2011可供執(zhí)行；對(duì)于凍土地區(qū)因凍脹性的影響須執(zhí)行《凍土地區(qū)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ118-2011，根據(jù)凍土類別有著不同的勘察和設(shè)計(jì)要求；再有《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》GB506666-2011結(jié)束了混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)施工規(guī)范的歷史。對(duì)于工業(yè)中經(jīng)常遇到的大體積混凝土問(wèn)題，有《大體積混凝土施工規(guī)范》GB50496--2009等等，這些近年來(lái)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)異在促進(jìn)混凝土耐久性提高方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

5、結(jié)論

通過(guò)對(duì)混凝土外部使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)內(nèi)部因素的分析，探討了結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的基本理由、原則、設(shè)計(jì)內(nèi)容和相應(yīng)的規(guī)范，因混凝土耐久性的影響因素異常復(fù)雜，本文僅能對(duì)結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計(jì)提出拋磚引玉之作用，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)房屋結(jié)構(gòu)不需要花費(fèi)大量資金加固就能保證安全、使用功能和外觀要求，在加強(qiáng)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方面提供一些技術(shù)交流和參考。

參考文獻(xiàn)

[1]混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與應(yīng)用 第2章混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化機(jī)理 第3章混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)出版：2011年8月第一版.邢鋒.編著.

[2]混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50467-2008出版：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[3]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50010-2010出版：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.