提高钢筋混凝土结构耐久性的探讨

李士民

耐久性是指混凝土在使用过程中抵抗各种破坏作用的能力,混凝土耐久性的好坏决定钢筋混凝土工程的寿命,是混凝土一个重要的性能,因此长期以来受到人们的重视。影响混凝土耐久性的因素主要有以下几种:冻融循环作用、碳化作用、环境水作用、风化作用、钢筋锈蚀作用和碱—骨料反应作用。本文将从钢筋混凝土结构的设计、施工、监理、检测和使用维护四个方面来阐述控制钢筋混凝土结构耐久性的要点。

1 设计阶段(施工图阶段、配合比阶段)

对于施工图设计阶段的耐久性,应根据环境类别、使用年限、结构类型等进行裂缝等级、最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子和最大碱含量等的控制。

最大裂缝宽度:一、二、三类环境分别为0.3 mm,0.2 mm,0.2 mm控制,建议在一类环境中。对钢筋混凝土屋面梁,托梁,屋架,托架面板,厕所,卫生间及需作疲劳验算的吊车梁等构件应按二级裂缝控制等级进行验算,其主要原因是考虑现在建筑施工市场有降低竞标问题,工程造价较低,且工期较短,无法确保施工质量。对于楼板构件最大裂缝宽度限值按0.2 mm控制。

一类、二类和三类环境中,设计使用年限为50年和100年结构混凝土应符合最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土强度等级、最大氯离子、碱—集料含量的规定,建议加大混凝土保护层厚度以取代粉刷层,并采取有效的表面防护措施,必需时宜采用环氯树脂涂层带肋钢筋;此外应对混凝土抗冻性及抗渗性提出要求,并在施工图中予以说明。

对于混凝土配合比设计阶段的耐久性,从混凝土的水泥、粗细骨料、水、外加剂等方面进行控制。

水泥的使用可在控制水泥用量的情况下按以下情况确定:在普通气候环境中及干燥环境中的混凝土优先采用普通硅酸盐水泥;在高湿度环境或水中的混凝土优先采用矿渣硅酸盐水泥;在严寒地区的露天环境及严寒地区未在水位升降范围内及有抗渗要求的混凝土优先采用普通硅酸盐水泥;厚大体积的混凝土优先采用粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥;受侵蚀性水或气体作用的混凝土应根据侵蚀性含量的种类、浓度等条件按专门(或设计)规定选用。

砂子宜优先选用Ⅱ区河砂,当采用Ⅰ区砂时,应提高砂率,并保证足够的水泥用量;当采用Ⅲ区砂时,宜适当降低砂率,以保证混凝土强度。必须严格控制砂中的含泥量及泥块含量,控制砂中有害物质含量,满足混凝土耐久性要求;对重要工程混凝土使用的砂,应进行集料的碱活性检验、氯离子含量的检验以确保混凝土耐久性。

碎石宜选用连续粒级进行混凝土配制,控制碎石中针片状颗粒、含泥块等含量,并进行氯离子、集料的碱活性检验。为了改善混凝土的和易性,降低水泥用量,可以在混凝土中掺加矿物质混合材料如粉煤灰等,其矿物质混合材料的掺入应符合相关规定。

混凝土拌合用水宜选用符合国家标准的生活饮用水,采用其他水源时应按有关标准进行检验后方可使用。

为了改善混凝土性能,可在混凝土拌合过程中掺入外加剂,外加剂的品种、掺量应按使用外加剂的主要目的确定,并根据使用要求、施工条件、混凝土的材料等因素经过试验确定。加入减水剂,可减少水的用量,减小水灰比,提高混凝土耐久性;加入引气剂,能改善混凝土和易性,并提高混凝土抗冻融性。加入早强剂,能提高混凝土早期强度,减少混凝土早期冻伤。加入膨胀剂,使混凝土在凝固过程中减少干缩裂缝,提高抗裂性和抗渗性。

2 施工阶段

施工阶段混凝土耐久性的保证主要从混凝土的原材料、施工工艺、钢筋保护层三个方面进行讨论的。

原材料方面:水泥应按品种、标号、出厂日期等入库分别堆放,并做好标识,做到先到先用,并防止混掺使用;为了防止水泥受潮,现场仓库应尽量密闭,临时露天暂存水泥也应采用防雨篷布盖严,底板要垫高等防潮措施。水泥库存时间不宜过长,一般不宜超过三个月,以防强度降低过多。砂子、碎石在运输、装卸和堆放过程中,应防止离析和混入杂质,并按产品、种类和规格分别堆放。混凝土搅拌前应根据施工现场砂、石现场含水率进行现场施工配量比设计,并按现场称量,尽量采用商品混凝土,以提高混凝土质量。在混凝土运输过程中,应保证混凝土运输过程,不分层、离析,保证施工所需的和易性。混凝土应以最少的转载次数和较短的时间,从搅拌地点运至建筑工地点,运输道路应尽量平坦,以减少运输时间,避免混凝土分层离析。

混凝土浇筑应根据工程的结构特点,结合现场条件,制定混凝土浇筑的施工方案。做好机具准备,保证水电及原材料供应,根据天气季节变化情况,准备好浇筑过程中所需的抽水设备和防雨、防雷、防雪等物资。在浇筑过程中,应控制混凝土的均匀性和密实性,加强混凝土振捣。混凝土在浇筑过程中,应采取措施防止产生裂缝,例如在浇筑梁、板、柱(墙)时,应在柱(墙)浇筑完毕后停歇 1 h～1.5 h后,再继续浇筑梁、板;对于大体积混凝土应及时进行二次抹面,防止泥水进入裂缝。

钢筋保护层的控制对于钢筋混凝土结构耐久性有重要意义,钢筋必须绑扎正确牢固,不能有漏扎现象,梁板底水平面保护层需用水泥砂浆垫块(垫块中堆入20号铁丝,以便固定)固定,梁、柱、墙等垂直面保护层宜用塑料环圈固定,垫片的间距尺寸不能过疏,以防钢筋移位。

3 监理、检测、监督阶段

监理、检测、监督阶段对于钢筋混凝土结构的耐久性有着重要的意义,建议如下进行:

施工单位及监理单位,应在浇筑混凝土前对所有外露悬挑结构构件、卫生间、厕所、基础等构件,与侵蚀性气、液体直接接触的构件进行全数检查,其他部位进行抽查,并进行记录。

请有关检测部门对保护层进行无损伤检测,此业务由建设方进行安排,其检测部位及数量参考现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定进行,建设单位或监理单位参加人数至少有一人掌握检测数具的使用及操作方法。

质量监督部门对施工单位、监理单位的验收记录、检测报告等资料进行检查,督促相关单位按照国家规范的要求进行。

4 使用维护阶段

建设方(使用方)要按照正常使用条件下进行使用,对影响耐久性因素,如漏水、过大的振动、高温、火灾、爆炸等要制定相应处理方案。

[1]黄建宁,张铭琳.受腐蚀钢筋混凝土耐久性能的研究[J].山西建筑,2009,35(21):82-83.