1、混凝土结构的耐久性设计摘要：混凝土耐久性是混凝土在正常使用的环境条件下，能抵抗内、外不利影响，而保持其使用性能。文章对影响混凝土耐久性的原因进行分析，提高混凝土耐久性的措施。 关键词：混凝土；结构；耐久性；设计 中图分类号：TV331 文献标识码： A 引言 混凝土结构应用非常广泛，但由于其材料和使用环境的特殊性，混凝土结构存在严重的耐久性问题，这个问题处理不好将会带来巨大的经济损失。通常结构的耐久性是指在设计确定的环境作用和维修、使用条件下，结构构件在设计使用年限内保持其适用性和安全性的能力。混凝土的耐久性,决定着混凝土结构的使用寿命。 一、混凝土材料的耐久性指标 （一）抗渗性。混凝土的抗渗
2、性是指抵抗水、油等液体在压力作用下渗透的性能。防水混凝土的设计抗渗等级分为 P6，P8，P10，P12.混凝土的抗渗性主要与混凝土的密实度和孔隙率及孔隙结构有关。混凝土中相互连通的孔隙越多，孔径越大，则混凝土的抗渗性越差。降低水灰比，采用减水剂、掺加引气剂、防止离析和沁水的现象发生，加强养护，防止出现施工缺陷等均有利于提高混凝土抗渗性。故地下工程或与水，土壤直接接触的部位使用通过调整配合比，掺加外加剂、掺合料等方法配制而成防水混凝土，并且对防水混凝土本身的厚度，保护层的厚度，裂缝的宽度及后期的养护均有更严格的要求。 （二）抗冻性。混凝土的抗冻性是指混凝土抵抗冻融循环作用的能力。混凝土的冻融破坏
3、指的是混凝土中的水结冰后体积膨胀，混凝土产生细微裂缝，反复冻融使裂缝扩展，导致混凝土出现由表及里剥落破坏的现象。一般以抗冻等级来表示混凝土的抗冻性，抗冻等级根据混凝土能够承受反复冻融循环次数分为：F25、F50、F100、F150、F200、F250、F300 等。外部环境向混凝土提供的水分和冻融条件，组成材料性质及含量、养护龄期及掺加引气剂等因素对混凝土抗冻性有重要的影响。采用质量好的原材料、小水胶比、延长冻结前的养护时间、掺加引气剂、尽量减少施工缺陷等措施均可提高混凝土的抗冻性。 （三）抗侵蚀性。环境介质对混凝土的化学侵蚀有淡水、硫酸盐、海水及酸碱侵蚀等，其侵蚀机理与水泥石化学侵蚀相同。对
4、以上各类侵蚀难以有共同的防止措施，只能采取提高混凝土的密实度，改善混凝土的孔隙结构，以使环境侵蚀介质不易渗入混凝土内部；或者直接采用外部保护措施以隔离侵蚀介质不与混凝土接触。 （四）碱骨料反应。当混凝土中使用的骨料含有活性氧化硅时，如果水泥中的碱含量较多，水解后形成的氢氧化钠和氢氧化钾会与骨料中的活性氧化硅起化学反应，形成复杂的碱硅酸凝胶。这种凝胶会吸水肿胀，把混凝土胀裂。 二、影响混凝土耐久性的相关因素 （一）混凝土是由多种材料混合后发生化学反应的产物，影响其耐久性的因素也十分复杂，主要取决于以下四个方面，是内在与外部因素共同作用的结果：(1)混凝土材料的自身特性；(2)混凝土结构的设计与施
5、工质量；(3)混凝土结构所处的环境条件；(4)混凝土结构的使用条件和防护措施。 （二）混凝土材料的自身特性。混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐久性的内因。混凝土的材料组成，如水胶比、水泥品种和数量、骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性。混凝土的缺陷(例如裂缝、气泡、空穴等)会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作用，影响混凝土结构的耐久性。 （三）最主要因素 （1）混凝土的碳化。碳化是混凝土中性化的常见形式，碳化可使混凝土的 pH 值降至 10 以下。碳化对混凝土本身是无害的，其主要的问题是当碳化至钢筋表面时，将会破坏氧化膜，钢筋有锈蚀的危险，此外
6、会加剧混凝土的收缩，可导致混凝土开裂。这些均给混凝土的耐久性带来不利影响。 （2）钢筋的锈蚀。混凝土碳化至钢筋表面使氧化膜破坏是钢筋锈蚀的必要条件，含氧水分侵入是钢筋锈蚀的充分条件。钢筋锈蚀有相当长的过程，先是在裂缝较宽处的个别点上“坑蚀” ，继而逐渐形成“环蚀”，同时向两边扩展，形成锈 蚀面，使钢筋截面削弱。 三、混凝土耐久性的设计要点 （一） 确定结构所处的环境类别 现行规范中对对影响混凝土结构耐久性的环境类别进行了较详细的分类，按所处的环境按钢筋和混凝土材料的不同腐蚀作用机理分为 5 类。环境分类。不同环境类别在不同的环境条件（如湿度、温度、侵蚀介质的浓度等）下对配筋（钢筋和预应力筋）混
7、凝土结构侵蚀的严重程度分为 6 级。 环境作用等级。如果对每种环境类别中环境作用等级细分的话，环境作用等级可分为 24 项。但是由于环境作用等级的确定主要依靠对不同环境条件的定性描述，当实际的环境条件处于两个相邻作用等级的界限附近时，就有可能出现难以判定的情况，这就需要设计人员根据当地环境条件和既有工程劣化状况的调查，并综合考虑工程重要性等因素后确定。 （二） 合理选择结构混凝土材料 现行规范中对设计使用年限 50 年及 100 年的混凝土结构，应根据环境等级，控制混凝土材料的最大水胶比、最低强度等级、最大氯离子含量及最大碱含量，以满足耐久性的基本要求。在满足混凝土材料的耐久性基本要求的同时，
8、尚应采取其它耐久性技术措施。 四、增强混凝土耐久性的措施 （一）防止混凝土内的钢筋锈蚀。钢筋在混凝土中起到主要的支柱作用，如果钢筋发生锈蚀，那么整个混凝土的质量就会发生根本的改变，当前工程中处理钢筋锈蚀的基本方式是在钢筋表面上涂上一层保护膜，通过保护膜的方式从而减少钢筋受到混凝土所吸收水分的锈蚀，不但达到保护钢筋的目的，而且也保证了混凝土的使用。 （二）使用矿物掺和料。主要措施包括：使用硅灰以提高混凝土的强度；使用粉煤灰和磨细矿渣降低水泥用量，提高混凝土的后期强度；减少水化热，并使二次水化产物堵塞混凝土中的孔隙以提高抗渗性，同时可减缓混凝土中的碱骨料反应。此外，石粉、锻烧高岭土、磨细珍珠岩尾砂
9、粉等其他矿物掺和料也具有提高混凝土耐久性的作用。但是矿物掺和料在提高混凝土性能的同时，也会带来某些负作用，如降低早期强度、需水量增大、收缩增大等。因此应根据具体的工 程实际，科学掺用。 （三）掺加外加剂，掺入高效减水剂：在保证混凝土拌和物所需流动性的同时,尽可能降低用水量,减少水胶比,使混凝土的总孔隙,特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后,会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中,包裹着许多拌和水,从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性,就必须在拌和时相应地增加用水量,这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列,使水泥质点表面均带有相
10、同电荷。在电性斥力的作用下,不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态,还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜,同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来,因而达到减水的目的。许多研究表明,当水胶比降低到 0.38 以下时,消除毛细管孔隙的目标便可以实现,而掺入高效减水剂,完全可以将水胶比降低到 0.38 以下。 （四）使用方面。构件的使用环境条件对构件的使用寿命有很大的影响，因此，不能任意改变原构件的适用条件，结构的安全度不考虑使用不合理所造成的不利影响。应及时封闭初始裂缝，细微裂缝可以涂料，也可用环氧树脂封闭，阻止和延缓钢筋锈蚀的发展，减缓因钢筋锈蚀导致的混凝土构件的破坏。在混凝土表面增设覆盖材料，如喷涂聚合物乳液改性砂浆，延缓混凝土的碳化速度。 结语 混凝土耐久性研究是一个复杂的问题，耐久性是混凝土结构寿命增长的关键性能，混凝土中的任何一种材料的不健康都会影响混凝土的耐久性，不仅会对外观造成影响，而且影响结构的使用能力，目前我国尚留存有大量未考虑耐久性设计的既有建筑，大规模基建高潮过去以后，耐久性问题也将提上日程，并可能形成新的产业。 参考文献： 1武海荣. 混凝土结构耐久性环境区划与耐久性设计方法D.浙江大学,2012. 2金伟良,邸小坛,徐有邻. 混凝土结构设计规范修订简介(三)混凝土结构的耐久性设计J. 建筑结 构,2011,04：122-125.
