汪晨WANG Chen

（安徽實華工程技術(shù)股份有限公司（安慶分公司），安慶 264000）

0 引言

目前土木工程通常將混凝土作為常用建設(shè)材料，其物理化學(xué)性質(zhì)的優(yōu)劣將直接決定工程質(zhì)量，繼而影響工程效益的呈現(xiàn)。在工程實踐中，應(yīng)考慮如何保持混凝土建材在施工中的耐久性，并采取合理措施加以防范，值得廣大工程技術(shù)人員深思。

1 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計研究目的

土木工程在應(yīng)用混凝土材料時需要做好耐久性設(shè)計，確保施工時混凝土的有效性，避免影響工程質(zhì)量。混凝土結(jié)構(gòu)施工是有一定的科學(xué)原理的，比如在混凝土施工中如果攪拌不均勻、溫度應(yīng)力失衡等，都可能帶來混凝土裂縫、腐蝕等問題，影響混凝土工程項目的硬度、強度和安全性，本文研究對象安徽某工廠廠房混凝土結(jié)構(gòu)就出現(xiàn)了腐蝕、裂縫等情況（如圖1、圖2 所示）。

圖1 出現(xiàn)裂痕的混凝土

圖2 腐蝕的混凝土

2 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計研究方法

2.1 研究對象廠房建筑相關(guān)資料

安徽某工廠廠房為四跨單層排架結(jié)構(gòu)，廠房主體部分長為158m，寬度82m，中間兩跨為高跨部分，兩側(cè)為低跨。同時每跨度之間有28 榀屋架，為混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)，高度3m。

2.2 研究對象廠房建筑結(jié)構(gòu)功能分析

2.2.1 廠房設(shè)計構(gòu)造

①覆蓋在鋼筋上的混凝土防護層不滿足要求厚度；②伸縮縫與沉降縫構(gòu)造失調(diào)；③在開空洞環(huán)節(jié)未正確設(shè)置洞邊緣的配筋；④建筑廠房基礎(chǔ)建設(shè)于鹽漬區(qū)域；⑤針對廠房混凝土結(jié)構(gòu)的隔熱層、防滑層等施工不合理。

2.2.2 廠房建筑材料質(zhì)量

①所應(yīng)用水泥品種不合適，水泥中的含堿量過高；②應(yīng)用細度過小的水泥，在加水拌合之后水化加速，其放熱過程導(dǎo)致干燥效果加劇，使收縮增大，造成混凝土開裂；③應(yīng)用含堿活性礦物骨料；④所選擇骨料顆粒的級配不當；⑤對于外加劑的使用不合理，比如減水劑中含有過量的氯離子。

2.2.3 廠房建筑施工質(zhì)量

①水灰比過高，比如為了方便施工和運輸過程，未按規(guī)定要求提高水灰比；②單方水泥用量過高，比如為了縮減工期、提升混凝土早強，以增加水泥用量，繼而引發(fā)水化熱過高，造成結(jié)構(gòu)開裂；③拆模過早，比如為了追趕工期、加速模板周8 轉(zhuǎn)，繼而提前拆模，造成混凝土結(jié)構(gòu)承載力不足；④澆注、振搗或者養(yǎng)護不當；⑤施工組織不合理，導(dǎo)致不良施工縫的出現(xiàn)。

2.2.4 廠房建筑外界環(huán)境條件

①氣候多變，比如所處環(huán)境溫度經(jīng)常交替，干濕環(huán)境不穩(wěn)定；②所處環(huán)境惡劣，比如工程周邊區(qū)域二氧化碳、二氧化硫等氣體濃度較大；③有害物侵入，比如碳酸鹽、堿溶液侵入地基土等。

2.2.5 廠房建筑裂縫問題

建筑工程施工環(huán)節(jié)經(jīng)常會出現(xiàn)混凝土裂縫問題，此問題對施工有很大影響，容易造成工程質(zhì)量受阻，并且在各大類型建筑工程中都會或多或少出現(xiàn)?；炷磷鳛橐环N基礎(chǔ)建筑材料相較來說具有一定優(yōu)勢，但其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，容易受到外界因素影響，從而出現(xiàn)裂縫。從工程實踐來看，混凝土裂縫依嚴重程度會對總體工程產(chǎn)生相應(yīng)影響，此類裂縫出現(xiàn)原因多是難以預(yù)料的，且出現(xiàn)裂縫部位和裂縫形態(tài)具有差異性。需要根據(jù)裂縫部位和類型來尋找成因，才能制定有效的處理方案。

2.2.6 廠房建筑養(yǎng)護問題

建筑工程施工環(huán)節(jié)需要做好廠房養(yǎng)護工作。混凝土常會由于內(nèi)外部溫差影響而破壞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此養(yǎng)護環(huán)節(jié)要做好混凝土散熱工作，以此降低混凝土裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)。操作人員要在這個環(huán)節(jié)均勻振搗混凝土，將其熱量散發(fā)出來，而通過這一步驟，還能夠強化混凝土結(jié)構(gòu)，提高施工性能，進而保證建筑建設(shè)質(zhì)量。另外在完成這一工作后，后續(xù)還要實行混凝土保溫、薄膜放置等工作流程。

2.3 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案的提出

在混凝土結(jié)構(gòu)施工中，應(yīng)當深入了解混凝土施工的技術(shù)原理，制定適合建筑工程項目的施工方案，控制施工中的關(guān)鍵節(jié)點、溫度應(yīng)力等。比如要依據(jù)工程項目的硬度、強度等要求，確立水泥標號、水泥使用量等；為了控制水泥水化中的熱量釋放問題，可以用低熱水泥進行施工。再如在混凝土澆筑過程中，應(yīng)當盡量避免在炎炎夏日或過高溫度下施工，以有效控制工程施工中的澆注溫度。要想做好混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，首先需要明確耐久性設(shè)計的目標，同時結(jié)合工程所在地的環(huán)境勘測數(shù)據(jù)及施工條件，選擇優(yōu)質(zhì)的材料進行混凝土結(jié)構(gòu)完善，以便于一次性解決廠房建筑物的耐久度問題。

2.4 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性方案實施評價

混凝土結(jié)構(gòu)受環(huán)境條件影響，會導(dǎo)致自身性能失常，如果長時間處于惡劣環(huán)境中，混凝土耐久性發(fā)生劣化。因此在設(shè)計耐久性的方案中，為控制下降性能，會將性能水平確定在一個界限，通過fDLS 表示，如果下降的性能處在這一水平時，計算所得服役時間可以理解為此性能的應(yīng)用期限，此界限范圍表示為混凝土耐久性極限。具體設(shè)計時，使用年限控制就是基于耐久性極限這一條件來設(shè)計材料性能，確?；炷两Y(jié)構(gòu)劣化速率在預(yù)定使用年限范圍內(nèi)。也就是說在耐久性設(shè)計中，需要重點考慮的三大要素為使用年限的設(shè)計、受環(huán)境影響混凝土結(jié)構(gòu)性能劣化以及耐久性極限。“結(jié)構(gòu)耐久性”在相關(guān)標準中有被定義，即混凝土結(jié)構(gòu)在考慮到環(huán)境影響以及日常使用養(yǎng)護的基礎(chǔ)上，其結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的適用性以及安全性能在規(guī)定使用年限中的持續(xù)有效性。是對上述三要素的覆蓋。耐久性問題的產(chǎn)生原因是由于混凝土及其組成材料受環(huán)境作用而出現(xiàn)劣化。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)劣化成因主要是混凝土孔隙結(jié)構(gòu)在連通外界后，由于化學(xué)活性的作用，而使自身物質(zhì)、能量與外界環(huán)境置換；混凝土鋼材存從性質(zhì)上看存在電化學(xué)活性，受外界條件作用而形成化學(xué)變化。分析緩凝土結(jié)構(gòu)劣化中的環(huán)境影響因素，主要能產(chǎn)生作用的環(huán)境條件有：大氣環(huán)境、腐蝕性介質(zhì)、地下水環(huán)境。而所導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)劣化顯現(xiàn)在混凝土材料上以及混凝土鋼材劣化過程，前者包括反復(fù)凍融、腐蝕性介質(zhì)而導(dǎo)致的性能影響，后者則是混凝土表面中性化或混凝土內(nèi)部被氯離子入侵而腐蝕了鋼筋結(jié)構(gòu)。除此之外，特殊情況混凝土硬化后內(nèi)部會發(fā)生反應(yīng)，造成材料劣化，具體反應(yīng)有硫酸鹽和堿-骨料反應(yīng)等，并且也將此當做耐久性問題。結(jié)合上述內(nèi)容，有關(guān)標準有說明，將混凝土材料與結(jié)構(gòu)從耐久性角度來分析，依據(jù)其構(gòu)造肌理受環(huán)境類別影響而導(dǎo)致的不同結(jié)果進行了相應(yīng)的劃分，大體如下：①正常環(huán)境，混凝土鋼筋受一般大氣影響而出現(xiàn)腐蝕；②溫度異常環(huán)境，混凝土反復(fù)受凍后融化而導(dǎo)致材料損傷；③④被一起歸類為海洋氯化物、除冰鹽以及掐他氯化物環(huán)境，此環(huán)境下混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到氯離子侵蝕；⑤化學(xué)腐蝕環(huán)境，混凝土遭遇地下水、大氣污染物侵蝕而劣化。

因此，要想做好廠房混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，首先需要明確耐久性設(shè)計的目標。在混凝土材料中，不同材料的選擇，要根據(jù)建筑工程設(shè)計標準，結(jié)合工程所在地的環(huán)境勘測數(shù)據(jù)及施工條件，選擇優(yōu)質(zhì)的材料。水泥材料，水泥砂漿的強度關(guān)系到整個混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。水泥砂漿質(zhì)量越好，各項工程性能指標也越高。對水泥的選擇要科學(xué)合理，降低水泥的干縮性、堿含量，提升水泥的抗凍性、耐腐蝕性，更好地確?；炷聊途眯浴Ｍ瑫r需要參照GB50010-2002《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》要求，對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計，同時用澆筑試件的鋼制模具如圖3 做混凝土抗裂實驗去評定，要結(jié)合項目工程質(zhì)量標準，做到充分研判，科學(xué)施工。影響耐久性的因素很多，在施工前，要做好項目勘測，明確混凝土抗凍、抗?jié)B、抗化學(xué)腐蝕、耐磨等指標。結(jié)合項目設(shè)計等級，對混凝土材料進行科學(xué)配比。影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的另一個重要因素就是混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋結(jié)構(gòu)的銹蝕現(xiàn)象，現(xiàn)階段常用的防護鋼筋銹蝕的方式為使用鋼筋銹蝕阻銹劑。混凝土劣化具有多樣性，設(shè)計不良、施工不當、材料應(yīng)用失調(diào)等都會引發(fā)混凝土劣化，在工程實踐中也會存在結(jié)構(gòu)維護不良、所依據(jù)規(guī)范標準不合適等方面的原因。就微觀層面來說，導(dǎo)致混凝土劣化最為主要的原因在于氯離子向混凝土中的滲入，繼而引發(fā)鋼筋銹蝕，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)被破壞。

圖3 平板試件模具示意圖

3 建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計具體實施方案

3.1 明確設(shè)計目標

①根據(jù)設(shè)計三要素對混凝土耐久性極限以及結(jié)構(gòu)強度進行確定，基于強度以及極限值要求來選擇組成混凝土的基礎(chǔ)材料。②了解實際混凝土施工環(huán)境，例如施工場地的氣候變化預(yù)測、雨水酸堿度、地下水酸堿鹽度等指標，調(diào)查后根據(jù)所得數(shù)據(jù)來對混凝土配比等進行調(diào)整。③如果混凝土需要在較低溫度條件下進行使用，例如在海拔高地區(qū)建造公路，要分析歷往此區(qū)域凍融平均年數(shù)，在科學(xué)合理的引進引氣劑，為混凝土耐久性提供保障。④如果施工場地的環(huán)境條件存在較大化學(xué)腐蝕現(xiàn)象，比如雨水酸堿度較低或地下水含鹽量較高等，要在具體應(yīng)用時，先針對混凝土鋼筋結(jié)構(gòu)做好抗腐蝕做事，像是在其表層涂環(huán)氧涂層。⑤如果周圍環(huán)境變化幅度大，基于環(huán)境的不同有針對性的調(diào)整與優(yōu)化耐久性方案設(shè)計。⑥通過對鋼筋結(jié)構(gòu)進行排水設(shè)計，來強化混凝土耐久性。

3.2 結(jié)合現(xiàn)場，提升混凝土質(zhì)量標準

對于廠房建筑集料，著重關(guān)注集料的堿活性、耐腐蝕性和吸水性。對集料的級配進行合理設(shè)計，測量集料中各成分的含量，提升集料的和易性。需要強調(diào)的是，針對集料級配比例，要控制整體酸堿性，避免因環(huán)境pH 值而影響混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性。針對外加劑的處理，通過調(diào)控外加劑，來改善混凝土的性能。如適當增加減水劑，以改善混凝土的強度和密實度，為耐久性提供保障；通過適當增加引氣劑，以降低混凝土內(nèi)部的氣孔數(shù)量，增強耐凍性；通過適當增加膨脹劑，以減少混凝土的收縮率，提升抗?jié)B性；通過適當增加緩凝劑，以降低混凝土的極限溫升，減少因溫度降低而導(dǎo)致的混凝土裂縫問題?；炷恋V物摻合料，如硅灰、粉煤灰、沸石粉、石英砂等，主要用于改善混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性，適當增加摻合料，可以增強混凝土的密實度和強度。

3.3 做好周密勘測，科學(xué)組織施工

通常，對各類外加劑的使用，氯離子含量要低于0.02%；對高效減水劑的使用，以減水劑干重為基準，硫酸鈉在其干重的20%以內(nèi)?；炷猎谶M行澆筑前，需要先檢查鋼筋、保護層墊塊等，確保保護層厚度達標。如果澆筑的為大面積混凝土，還要科學(xué)設(shè)計施工縫位置，避免冷縫。在混凝土澆筑后，要做好科學(xué)養(yǎng)護，嚴禁過早拆除支撐。對冬季等惡劣天氣，要對整個施工項目做好防潮、防凍處理。充分考慮建筑工程周邊環(huán)境要素，做好建筑物防水、排水工作。

3.4 混凝土保護層厚度

混凝土具有高堿度特性，會使鋼筋表面形成一層鈍化膜，從而對鋼筋形成保護作用?；炷帘Ｗo層能夠起到阻止外界氧氣、水分以及腐蝕介質(zhì)滲入的作用，而所起到的保護效果跟混凝土保護層厚度、密實程度等相關(guān)。因此，適當增加混凝土保護層厚度屬于在建筑工程中提升混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、促進結(jié)構(gòu)使用壽命延長的關(guān)鍵舉措。在工程結(jié)構(gòu)設(shè)計實踐中，對于混凝土保護層最小厚度值的確定，應(yīng)該具體考慮下述幾點：①為了避免箍筋先銹蝕，保護層厚度應(yīng)該從箍筋的外表面開始計算；②保護層最小厚度設(shè)計除了要充分考量外部環(huán)境因素之外，還應(yīng)具體依據(jù)設(shè)計使用年限進行確定；③要將國家相關(guān)規(guī)定標準中設(shè)置的保護層最小厚度理解成標定值，并將工程設(shè)計圖紙中標明的厚度值計入到施工允許公差值之內(nèi)；④不管在任何工況之下，保護層的最小厚度都不應(yīng)該低于15mm，并保證保護層厚度大于鋼筋直徑；⑤要關(guān)注預(yù)應(yīng)力鋼筋腐蝕作用所具備的危害性，采用先張法時保護層厚度不應(yīng)該低于20mm，采用后張法時保護層厚度不應(yīng)該低于管道直徑。通常情況下，針對預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，其保護層厚度應(yīng)該比普通混凝土構(gòu)件大5-10mm，而封閉錨具處于干濕交替環(huán)境之下的保護層厚度不應(yīng)該低于50mm；⑥直接澆注于土壤中的結(jié)構(gòu)（比如柱基礎(chǔ)等）、設(shè)置于海水環(huán)境中的預(yù)應(yīng)力混凝土，其保護層最小厚度不應(yīng)該低于75mm；⑦對于輕骨料混凝土，其保護層厚度要適當增加5-10mm；⑧倘若混凝土結(jié)構(gòu)表面存在粉飾覆蓋層，對其保護層最小厚度的設(shè)計可以降一級，亦或是以減小5mm 計算。

3.5 混凝土材料及其配合比

①原材料基本要求。在對混凝土進行耐久性結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要合理選擇與配置各種混凝土原料，確保得到更加密實的混凝土結(jié)構(gòu)，針對混凝土自身具有的抗裂性、抗凍性以及抗?jié)B性等性能要進一步對其強化。通常判斷混凝土耐久性程度可以通過向混凝土中摻入水、二氧化碳或相應(yīng)化學(xué)介質(zhì)，通過觀察滲透度就可分析其結(jié)構(gòu)的耐久性高低。為了獲得理想的抗?jié)B性能，必須科學(xué)選擇水泥品種，采用充足的水泥用量同時應(yīng)盡量降低水灰自由配比，同時合理選擇骨料及其級配；②應(yīng)用具有良好性能的外加劑。在混凝土中適當添加一些外加劑，比如阻銹劑、減水劑、養(yǎng)護劑以及引氣劑等，能夠起到改善與提升混凝土結(jié)構(gòu)整體耐久性效果的作用。在選用外加劑時，要明確生產(chǎn)廠家所推薦的摻入量，同時關(guān)注其化學(xué)成分、減水率、含堿量、含氯離子量以及使用方法等，各項技術(shù)性能要充分符合國家及行業(yè)相關(guān)標準要求；③限制氯鹽含量。當存在氯離子時，即便是高堿度混凝土鋼筋，也會被腐蝕。氯離子侵入混凝土的途徑一般有兩種。其一為“混合摻入”，比如摻拌含有氯鹽的外加劑、含氯鹽的水、在含鹽環(huán)境當中進行混凝土拌制等；其二為“滲入”，環(huán)境當中的氯鹽經(jīng)過混凝土宏觀及微觀上的缺陷，逐步滲入到混凝土當中達到鋼筋表面。其中，前者一般屬于施工管理中的問題，表面看比較好解決，但是在工程實踐中時有發(fā)生。而后者則屬于一種綜合性技術(shù)問題，跟混凝土本質(zhì)、密實性、混凝土層厚度以及工程建設(shè)質(zhì)量等多種因素直接相關(guān)?；炷羶?nèi)部屬于高堿環(huán)境，氯離子滲入混凝土內(nèi)并抵達鋼筋表面，需要達到一定濃度才會使鋼筋發(fā)生銹蝕。具體來說，在工程實踐中，對于預(yù)應(yīng)力混凝土，應(yīng)該將其氯離子重量控制于水泥重量的0.06%以內(nèi)，而普通混凝土的氯離子總量不應(yīng)該超過水泥重量的0.1%。

4 結(jié)論

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是影響建筑工程建設(shè)質(zhì)量的關(guān)鍵要素，必須從工程設(shè)計管理和技術(shù)應(yīng)用等方面加大投入，合理優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性效果，促進工程整體建設(shè)質(zhì)量的提升，在為社會提供更為優(yōu)質(zhì)工程產(chǎn)品的同時，獲得更好的工程效益。