楊　維（鹿寨縣建筑設(shè)計(jì)室，廣西鹿寨545600）

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與評(píng)估

楊維（鹿寨縣建筑設(shè)計(jì)室，廣西鹿寨545600）

隨著我國建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍越來越廣，無論是民用建筑，道路工程還是橋梁港口建設(shè)等都離不開鋼筋混凝土，而鋼筋混凝土作為一種具備極強(qiáng)耐久性能的建筑材料，在長期的使用過程中以及自然環(huán)境的侵襲下，其耐久性會(huì)逐漸降低甚至喪失，嚴(yán)重影響到了建筑結(jié)構(gòu)的使用性能，威脅到使用者的人身安全，因此對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行評(píng)估與設(shè)計(jì)非常重要。本文通過對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行概況分析，探討其耐久性的設(shè)計(jì)方法與評(píng)估思路。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性；設(shè)計(jì)；評(píng)估

在現(xiàn)在的建筑工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是使用最多的結(jié)構(gòu)形式，由于其自身材料的特點(diǎn)以及使用環(huán)境的影響，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期使用過程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)耐久性問題，拋開歐美發(fā)達(dá)國家不談，僅我國的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題就非常突出，已經(jīng)形成了“南銹北凍”的特點(diǎn)，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查統(tǒng)計(jì)，我國因耐久性問題而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失每年達(dá)到將近1000億人民幣，對(duì)社會(huì)的安全性造成了很大的沖擊［1］，因此對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能進(jìn)行評(píng)估設(shè)計(jì)非常重要，同時(shí)也是本文研究討論的重點(diǎn)所在。

1　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的概況

1.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的概念

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性具體指的是鋼筋混凝土及其其他的構(gòu)件在特定的工作環(huán)境中，同時(shí)又由于材料本身的內(nèi)部因素影響所致，鋼筋混凝土整體構(gòu)件在一定的使用期限內(nèi)對(duì)自然環(huán)境，化學(xué)侵蝕或其他變化過程的一種抵抗能力，通過這種抵抗能力，鋼筋混凝土材料不需要消耗其他的能源資金來進(jìn)行維修，也能夠保證其整體性能不產(chǎn)生變化［1］。

1.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題的重要性

在我國的工程建筑中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的雙重優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)低廉，是當(dāng)今乃至未來很長一段時(shí)間內(nèi)的主要建筑結(jié)構(gòu)形式之一，從我國最早開始使用鋼筋混土材料來作為建筑的主要材料以來，到現(xiàn)在為止已經(jīng)有150多年的歷史，然而許多的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于多種原因而導(dǎo)致其性能降低或喪失，究其原因主要有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)抗力不足，使用過程中荷載過重，但更多的主要是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的耐久性能不足而導(dǎo)致的，尤其是在我國的沿海地區(qū)，由于氣候潮濕，空氣中水分較多，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在長期的自然環(huán)境侵蝕氧化下，其結(jié)構(gòu)早已遭到破壞，其耐久性能甚至已然慢慢喪失，對(duì)此維修起來花費(fèi)大量資源資金不說，而且還會(huì)造成被迫停工的局面，帶來更加巨大的經(jīng)濟(jì)損失［2］。

2　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)

2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)原則

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性在設(shè)計(jì)時(shí)首先要明確其目標(biāo)，也就是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)計(jì)使用期限，其次就是要明確結(jié)構(gòu)耐久性喪失的標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于我國建筑工程中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)計(jì)使用期限主要體現(xiàn)在我國最新修訂的 《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》中，在這其中已經(jīng)明確將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的預(yù)計(jì)使用期限大致劃分為四類，如表1所示；而對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性喪失的標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①建筑結(jié)構(gòu)本身由于耐久性能降低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化，達(dá)不到建筑結(jié)構(gòu)正常的使用要求；②由于結(jié)構(gòu)性能退化而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)本身的承載能力降低到最極限的狀態(tài)，也就是結(jié)構(gòu)耐久性喪失的標(biāo)準(zhǔn)［3］。

表1　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)計(jì)使用期限分類表

2.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.2.1材料的選擇

根據(jù)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境，預(yù)計(jì)使用期限以及耐久性等級(jí)等方面的要求來選擇鋼筋混凝土材料以及水灰配合比和水泥用量；針對(duì)冷凍環(huán)境下的鋼筋混凝土要摻雜一定量的引氣劑；在氯侵蝕的環(huán)境下要保證鋼筋混凝土原材料中的氯離子不超過水泥用量的1‰；在出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)的環(huán)境中，針對(duì)主要受力的結(jié)構(gòu)部分可采用環(huán)氧涂層的鋼筋材料或者具有抗腐蝕性的合金鋼材［4］。

2.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

首先要將普通的混凝土材料與預(yù)應(yīng)力混凝土材料區(qū)分開來，根據(jù)不同的侵蝕環(huán)境與使用期限要求，設(shè)置不同厚度的保護(hù)層；在結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到外部環(huán)境嚴(yán)重侵蝕時(shí)，應(yīng)保證主要受力鋼筋材料的直徑最小不能低于16mm；在設(shè)計(jì)過程中要保證結(jié)構(gòu)的表面簡潔光滑，不僅要利于排水也要防止造成積水，同時(shí)還要對(duì)結(jié)構(gòu)的接縫處構(gòu)造進(jìn)行處理；在建筑物的屋面層與混凝土的頂板之間還要設(shè)置防水層，以防止保溫層出現(xiàn)積水的情況；在嚴(yán)重腐蝕的環(huán)境中，必須在鋼筋混凝土的表面涂抹防腐面層［4］。

2.2.3施工具體要求

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在具體施工時(shí)，針對(duì)有特別要求的鋼筋混凝土材料，需按一定配合比例保證結(jié)構(gòu)的抗腐蝕等級(jí)達(dá)到要求，應(yīng)選擇最優(yōu)的配合比方案進(jìn)行施工；在采用商品混凝土材料時(shí)，要保證其主要的化學(xué)成分與摻量沒有超標(biāo)，而且添加劑中的氯離子含量不能大于水泥含量的0.02%；在進(jìn)行鋼筋混凝土的澆筑施工時(shí)應(yīng)檢查其保護(hù)層墊塊的尺寸大小與鋼筋的位置，保證其厚度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，同時(shí)在澆筑過程中要防止出現(xiàn)冷縫，將表面抹平，做好澆筑表面的后期養(yǎng)護(hù)工作；在冬季進(jìn)行施工時(shí)，在鋼筋混凝土內(nèi)摻雜鹽分要嚴(yán)格控制摻雜量，氯化物含量不能超標(biāo)［4］。

2.2.4使用過程中的要求

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中要一定的要求，首先要明確結(jié)構(gòu)本身的正常使用界限，根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件暴露的環(huán)境不同，結(jié)構(gòu)本身的耐久性也不同，其次就是對(duì)于特別重要的建筑結(jié)構(gòu)要進(jìn)行定期的安全性能檢測，無論是處于侵蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)，還是已經(jīng)呈現(xiàn)損傷的建筑結(jié)構(gòu)，都要在使用期內(nèi)定期進(jìn)行檢測，比如檢測其沉降速率，傾斜趨勢，裂縫開裂的程度或者變形程度等［4］。

3　鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估

3.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評(píng)估準(zhǔn)則

在對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行評(píng)估預(yù)測時(shí)，應(yīng)遵循一定的準(zhǔn)則要求：①應(yīng)該遵循碳化壽命準(zhǔn)則，也就是從鋼筋混凝土的保護(hù)層碳化后其本身開始出現(xiàn)侵蝕現(xiàn)象作為其結(jié)構(gòu)耐久性的壽命；②遵循銹脹開裂壽命準(zhǔn)則，也就是在鋼筋混凝土的表面以順筋的方式出現(xiàn)銹脹裂縫現(xiàn)象，其所需要的時(shí)間就是結(jié)構(gòu)本身耐久性的壽命，主要是因?yàn)楫?dāng)鋼筋混凝土材料由于銹蝕而出現(xiàn)裂縫時(shí)，其銹蝕的速度會(huì)越來越快，到了這一刻就需要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，因此其出現(xiàn)銹脹裂縫的時(shí)間就是結(jié)構(gòu)本身的耐久性壽命；③要遵循寬度與銹蝕量控制的壽命準(zhǔn)則，也就是當(dāng)鋼筋混凝土材料的裂縫寬度與銹蝕量達(dá)到一定的界限值時(shí)，其結(jié)構(gòu)的耐久性就會(huì)徹底喪失，這一段時(shí)間就是結(jié)構(gòu)本身耐久性的壽命，在實(shí)際的民用建筑中，凡是由于銹脹原因而出現(xiàn)的裂縫，其寬度與銹蝕量控制的壽命準(zhǔn)則都較為嚴(yán)格，比如在實(shí)際的工程中，某一構(gòu)件的鋼筋混凝土的保護(hù)層早已脫落，銹蝕情況嚴(yán)重，但構(gòu)件本身依然在被人正常使用，因此在判斷鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性時(shí)以其受力破壞程度，來判斷其壽命時(shí)間可能要更為合理準(zhǔn)確一些；④要遵循承載力的壽命準(zhǔn)則，也就是在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中由于某些原因而引起的抗力退化，其承載能力逐漸降低某一程度，以此來作為結(jié)構(gòu)的耐久性壽命［5］。

3.2基于整體論與還原論相結(jié)合的結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估模型的構(gòu)建

鋼筋混凝土在固結(jié)之后會(huì)呈現(xiàn)出一種多空隙，微裂縫以及微滲透性的固結(jié)體，這是其一種天然的不足之處會(huì)隨著時(shí)間的推移而導(dǎo)致鋼筋混凝土的耐久性逐漸喪失，也就是說當(dāng)時(shí)間的推移和外界環(huán)境的變化會(huì)導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的滲透性擴(kuò)大，從而引起其結(jié)構(gòu)的耐久性喪失，基于這一原理，筆者在大量考察國內(nèi)外關(guān)于鋼筋混凝土耐久性的研究現(xiàn)狀之后，再依據(jù)相關(guān)的模型加以完善改造，構(gòu)建出了基于整體論與還原論相結(jié)合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估模型［5］，如圖1所示，為基于整體論與還原論相結(jié)合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估模型的構(gòu)建思路圖。

圖1　基于整體論與還原論相結(jié)合的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性評(píng)估模型的構(gòu)建思路圖

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評(píng)估主要體現(xiàn)在環(huán)境因素與場地因素等方面，比如結(jié)構(gòu)的最低保護(hù)層厚度，最大的水灰比例，最小的水泥用量，允許的裂縫開裂寬度，銹蝕量以及結(jié)構(gòu)本身所含的各種化學(xué)分子是否超過了限定值等，這些因素構(gòu)成了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性評(píng)估參數(shù)，而一旦忽略了某些因素，就會(huì)造成其評(píng)估出現(xiàn)偏差，在我國許多工程建筑中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的例子，因此在我國關(guān)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的評(píng)估還需要進(jìn)一步的研究［6］。

4　結(jié)束語

綜上所述，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性非常重要，其耐久性能的強(qiáng)度高低直接關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)本身的使用安全與維修方便，本文通過對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行概況分析，探討其耐久性的設(shè)計(jì)方法與評(píng)估思路，以期對(duì)我國的工程建筑中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能的設(shè)計(jì)與評(píng)估有一定的幫助。

［1］朱劍泉.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與評(píng)估探討［D］.華中科技大學(xué)，2005.

［2］金偉良，呂清芳，趙羽習(xí)，干偉忠.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法與壽命預(yù)測研究進(jìn)展［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2007，01：7～13.

［3］金偉良，趙羽習(xí).混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究的回顧與展望［J］.浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2002，04：27～36+59.

［4］朱劍泉，李惠強(qiáng)，帥小根.基于整體論的鋼筋混凝土耐久性評(píng)估研究［J］.華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)（城市科學(xué)版），2005，S1：16～19.

［5］段莉新.鋼筋混凝土橋梁的耐久性研究與評(píng)估［D］.天津大學(xué)，2006.

［6］張?jiān)分?混凝土結(jié)構(gòu)耐久性檢測、評(píng)定及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法［D］.浙江大學(xué)，2003.

TU375

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2095-2066（2016）26-0159-02

2016-9-3