孫長(zhǎng)勝

（濟(jì)南君興建設(shè)材料試驗(yàn)有限公司 山東濟(jì)南 250000）

基于耐久性的建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

孫長(zhǎng)勝

（濟(jì)南君興建設(shè)材料試驗(yàn)有限公司 山東濟(jì)南 250000）

建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)原則，指的是建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在規(guī)定范圍的使用年限里，能夠維持建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中一般常見(jiàn)的耐久性問(wèn)題，如混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大范圍的裂縫，鋼筋銹蝕等。本文主要結(jié)合在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮的相關(guān)因素，完善建筑混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)理念。

建筑工程；混凝土；機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；分析

1 混凝土耐久性結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法

1.1 混凝土耐久性的設(shè)計(jì)以及原則

在混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用中，其周圍的環(huán)境能明顯的致使混凝土的結(jié)構(gòu)材料的性能發(fā)生變化，并且隨時(shí)使用時(shí)間的延長(zhǎng)而劣化，所以混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必不可少的重要內(nèi)容。在進(jìn)行混凝土耐久性設(shè)計(jì)方面，設(shè)計(jì)人員首先要明確這個(gè)結(jié)構(gòu)耐久性的目標(biāo)是什么，也就是預(yù)期設(shè)計(jì)中的使用壽命是多少，然后要清楚耐久性的失效標(biāo)準(zhǔn)是什么。關(guān)于結(jié)構(gòu)的預(yù)期設(shè)計(jì)使用壽命情況，我國(guó)新新修訂《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》已經(jīng)明確把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的使用年限劃分為四類。而對(duì)于耐久性的失效標(biāo)準(zhǔn)的定義，大多數(shù)的看法都是有兩種相關(guān)的規(guī)定，就一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，大多數(shù)的看法都是有兩種耐久性失效標(biāo)志。①結(jié)構(gòu)因?yàn)榛炷聊途眯阅艿耐嘶?，進(jìn)而直接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，不能滿足正常的使用要求，原因基本上都是鋼筋銹蝕，進(jìn)而出現(xiàn)混凝土沿順筋開(kāi)裂使正常使用耐久性失效標(biāo)準(zhǔn)。②因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)性能的退化，而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力降低，在承載能力達(dá)到極限狀態(tài)下，稱之為承載能力耐久性失效標(biāo)準(zhǔn)。前者比較容易識(shí)別，也有不少計(jì)算方法提成；而對(duì)后者的失效標(biāo)準(zhǔn)教難界定，耐久性損傷混凝土結(jié)構(gòu)承載能力的計(jì)算，目前還沒(méi)有工人的合理的計(jì)算方法。

1.2 耐久性極限狀態(tài)下的設(shè)計(jì)原則

混凝土的耐久性在極限狀態(tài)下的設(shè)計(jì)原則是，混凝土在使用壽命的范圍內(nèi)，其抵抗環(huán)境的作用能力，一定要大于環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)。在實(shí)際操作中，可以按環(huán)境的類別來(lái)確定環(huán)境的作用效應(yīng)，在通常的設(shè)計(jì)中，可以把工作的環(huán)境劃劃分為兩個(gè)方面，一個(gè)是大氣環(huán)境，土壤環(huán)境，還有海洋環(huán)境和水影響的環(huán)境以及特殊工作下的環(huán)境等。同時(shí)我們還要根據(jù)混凝土的結(jié)構(gòu)在工作環(huán)境下的狀況，進(jìn)而才能確定混凝土的耐久性的極限狀態(tài)值是多少。同時(shí)我們?cè)趯?duì)大氣環(huán)境下的混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性的極限狀態(tài)又分為幾個(gè)方，比如說(shuō)是對(duì)于不允許鋼筋銹蝕結(jié)構(gòu)構(gòu)件。還有就是通過(guò)混凝土的炭化，進(jìn)而達(dá)到主要的鋼筋表面，也是混凝土耐久性極限狀態(tài)下的標(biāo)志。對(duì)于允許有限的銹蝕的構(gòu)件，如果鋼筋截面質(zhì)量的損失率達(dá)到1%，也是混凝土耐久性極限狀態(tài)的標(biāo)志表現(xiàn)。

2 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)中總含堿量控制設(shè)計(jì)

建筑大面積的使用混凝土結(jié)構(gòu)，由于混凝土自身化學(xué)因素與周圍環(huán)境因素的影響，會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)建筑的嚴(yán)重破壞，如混凝土集料的堿反應(yīng)、混凝土自身的化學(xué)干縮反應(yīng)造成混凝土的開(kāi)裂及水化熱性過(guò)高造成的溫度開(kāi)裂等。因此，提高混凝土建筑的耐久性，需嚴(yán)格控制混凝土的總含堿量，減少其引起的對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)破壞，同時(shí)在建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能的隔絕長(zhǎng)時(shí)間的水與潮濕空氣影響，提高建筑混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

一般水泥中Na2和K2O的主要生產(chǎn)原料是粘土，粘土的含堿量高達(dá)2.6%左右，但使用堿含量為0.2%左右的砂巖，則會(huì)影響到水泥的生產(chǎn)工藝，因此，水泥的堿含量一般難以降低，這時(shí)通過(guò)采取有效措施降低混凝土摻料中的堿含量，從而降低混凝土的總含堿量。如在混凝土中摻入一些活性混合材料（符合GB/T203-2008粒化的高爐礦渣等），將建筑混凝土結(jié)構(gòu)的總堿含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上緩解混凝土的堿集料反應(yīng)。此外還要注意隔絕水等潮濕空氣來(lái)源的環(huán)境影響，緩和混凝土的堿集料反應(yīng)對(duì)建筑工程造成的損害，提高其耐久性。

2.2 混凝土結(jié)構(gòu)中防凍融保護(hù)設(shè)計(jì)

凍融害是造成建筑的混凝土結(jié)構(gòu)破壞的一個(gè)重要影響因素，特別是高緯度的寒冷地區(qū)。由于建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)充分考慮到會(huì)有一些游離水會(huì)滯留在混凝土中，從而形成相連通的細(xì)孔結(jié)構(gòu)。當(dāng)混凝土中的水處于飽和狀態(tài)時(shí)，混凝土中游離水遇冷則可能會(huì)凍結(jié)成冰，使混凝土結(jié)構(gòu)的體積膨脹，由于細(xì)孔壁要同時(shí)承受著膨脹壓和滲透壓，這兩種壓力超過(guò)了混凝土抗拉的最大強(qiáng)度時(shí)，建筑中的混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生開(kāi)裂，而交替反復(fù)的凍融侵害，會(huì)進(jìn)一步加大混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，從而大面積破壞混凝土結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)該采取有效措施控制凍融侵害，提高建筑混凝土的耐久性。

首先在水泥的品種的選取時(shí)，應(yīng)考慮到提高混凝土的抗凍融性要求，合理調(diào)配在0℃左右的低溫環(huán)境下適用的混凝土，如早強(qiáng)硅酸鹽水泥，該品種的水泥的化熱性較大，且在早期的化熱強(qiáng)度最大。在混凝土的配制過(guò)程中，還可通過(guò)適當(dāng)降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，從而增加混凝土的化熱量。同時(shí)通過(guò)摻入適量的引氣劑，也可增加混凝土的抗凍融性，但由于市場(chǎng)上品種繁多的引氣劑，在其的選擇上應(yīng)慎重。此外還可通過(guò)蓄熱法和外部的加熱法等，增加建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍融性，提高混凝土建筑的耐久性。

2.3 混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕防護(hù)設(shè)計(jì)

在混凝土結(jié)構(gòu)建筑中，鋼筋銹蝕會(huì)導(dǎo)致膨脹現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，而開(kāi)裂會(huì)使環(huán)境中的有害物質(zhì)進(jìn)入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進(jìn)而加劇鋼筋的銹蝕，形成后果嚴(yán)重的惡性循環(huán)。在我國(guó)普遍存在著氯鹽環(huán)境，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋表面的氯離子達(dá)到濃度的臨界值時(shí)，會(huì)嚴(yán)重破壞鈍化膜，使鋼筋產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，鐵銹膨脹會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，影響混凝土與鋼筋的粘結(jié)力，此外混凝土的炭化也會(huì)造成鋼筋的銹蝕。因此，需采取有效措施提高混凝土的抗腐蝕性，防止產(chǎn)生鋼筋銹蝕，提高混凝土建筑的耐久性。

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮原料、銹蝕及環(huán)境等因素，通過(guò)選取高質(zhì)量的原料及摻料，控制混凝土的總含堿量，做好混凝土的防凍融工作，同時(shí)提高混凝土的抗腐蝕性，能夠有效提高建筑的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1]馬 冀.混凝土在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中華民居，2011（04）.

[2]朱小平.超高性能混凝土泵送技術(shù)[J].城市建設(shè)理論研究，2013（2）.

TU37

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1004-7344（2016）25-0294-01

2016-8-20