混凝土结构的耐久性设计方法研究

2015-02-24孙杰

橡塑技术与装备 2015年22期

关键词：耐久性混凝土结构

孙杰

（江苏省化工设计院有限公司，江苏南京 210024）

混凝土结构的耐久性设计方法研究

孙杰

（江苏省化工设计院有限公司，江苏南京 210024）

在社会经济持续稳定增长的同时，建筑行业也得以迅速发展。对于建筑行业而言，安全性能是最重要的。混凝土作为建筑行业最主要的建筑材料之一，其耐久性能对建筑物的质量好坏有着至关重要的影响。对此，本文将立足于混凝土结构的基本性质，分析研究造成混凝土结构破损的主要因素，从而提出相关的混凝土结构耐久性设计方法。

混凝土结构；耐久性设计；方法研究

增强耐久性一直是混凝土结构的重点关注内容，混凝土的耐久性直接影响着建筑设施的使用年限与安全强度。但是混凝土结构有着独特的构建材料和使用环境，为研究增强混凝土结构的耐久性进行了数额较大的投入，到目前为止，已经取得了较为明显的成果。但是，对于社会发展进程而言，改善混凝土结构的耐久性还有着很大的发展空间。

1 混凝土结构耐久性概述

混凝土结构耐久性主要是指混凝土在使用期间，在没有遇到意外发生的情况下，不需要通过人工维护而凭借自身性能的稳定能力，这些能力包括安全性、实用性以及外观等。由于混凝土结构在建筑设计中极其重要的地位，所以，混凝土结构的耐久性直接影响着建筑工程质量的好坏以及建筑物的使用年限。

一般而言，提高混凝土结构的耐久性可以从混凝土结构的抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性等方面进行研究。抗渗性主要是针对混凝土在较为潮湿的环境下抵抗液体侵蚀渗透的能力。液体渗入到混凝土结构后，会从内部开始腐蚀混凝土结构，从而破坏混凝土的耐久性，抗冻性是主要是针对用于寒冷地区的混凝土结构，在气温较低的情况下，混凝土强度会受到严重影响。抗侵蚀性则主要针对由化学物质带来的损坏，一般而言，破坏混凝土结构的化学物质主要来源于环境影响［1］。

2 混凝土结构耐久性设计的原则和意义

2.1 混凝土结构耐久性设计遵循的原则

混凝土结构的设计和建筑应用是一个较为庞大的工程，因此，经济效益是在设计混凝土结构时的一个重要考虑因素。其具体要求是确保在混凝土结构的使用年限内用最少的资金投入最大限度的延长混凝土结构的使用时间。

在进行设计之前，必须要对混凝土的使用环境以及年限要求等有一个详细的了解，严格控制混凝土结构原材料的配置比例，以此降低混凝土结构因为外界因素而造成的结构损害。此外，可以适度减少混凝土结构的保护层，以防止裂缝现象的发生［2］。

2.2 混凝土结构耐久性设计的意义

众所周知，混凝土结构是建筑设计中的主要材料之一，而且混凝土的应用范围较为广泛，地面铺设、桥梁搭建等多方面都有着应用。在这些应用中，如果混凝土结构发生崩坏，会直接导致建筑物的使用终结，不仅会造成经济损失，严重时甚至会危害到社会民众的人身安全。因此，研究混凝土结构的耐久性设计对经济建设和社会稳定都有着极其重要的意义。

3 混凝土结构的耐久性设计方法

3.1 基于材料选择的结构耐久性设计

要从根本上加强混凝土结构的耐久性最重要的还是对混凝土材料的选择。通过研究表明，影响混凝土材料的主要因素就是外界环境的影响，如酸性、碱性、冷冻、水蒸气等都会降低混凝土结构的使用年限。因此，在设计初期，必须保证混凝土结构的密实性与抗冻性，这就要求设计者从混凝土的原材料以及配置比入手进行研究。混凝土的原材料主要有水泥、骨料、矿物掺合料以及减水剂等。在原材料选取期间，对每一种物质都要严格挑选。

其中，受到广泛认可的水泥有硅酸盐水泥，与其进行混合的材质最宜为矿渣或者粉煤灰，对于C30以下的混凝土结构，也可以选用矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或者复合硅酸盐水泥。矿物掺合料的品质应该具有较强的稳定性，对此，一般选择的种类为粉煤灰、矿渣粉、硅灰或者复合型掺合料，但是对耐久性要求不同的混凝土选择的掺合料也有细微的不同。例如，对于C50以下的混凝土而言，矿物掺合料的细度要在25%以下，而对C50及其以上的混凝土结构，矿物掺合料的细度则要控制在12%以下，其对水量比的要求也要低于C50以下的混凝土。另外，当混凝土结构的应用环境具有较强冻裂能力时，选用所有粉煤灰的烧失量都应小于3%。骨料按照细度模数分为粗砂、中砂、细砂三种规格，配置混凝土时，一般优先选用中砂［3］。

3.2 基于环境作用的耐久性设计

处于不同环境下的混凝土结构耐久性也存在明显不同，因此在混凝土结构设计时还应充分考虑到环境因素的影响。对于碳化引起的钢筋腐蚀，只要通过控制混凝土材料比例并适当增加保护层厚度，就可以得到有效解决，不涉及过多的技术问题与成本投入。在钢筋腐蚀问题中，最应该注意的是预应力构件和拉索。这是因为预应力构件和拉索是混凝土的主要受力部分，这一部分如果出现问题会直接导致混凝土功能失效。但是预应力钢筋的受腐蚀速度却高于混凝土其他比分，而且在进行检测时，往往会较为困难。最为严重的钢筋锈蚀则是由氯盐引起的，氯盐侵蚀会大幅度降低钢筋的承载力和延性，氯盐侵蚀主要发生在海洋建筑中，因此在设计时应格外注意对裂缝宽度的限制，其矿物掺合料必须选用粉煤灰或者细磨矿渣，最为适宜的则是复合型掺合料。另外，对于混凝土结构的抗酸、抗冻等耐久特性也应根据实际情况而做出设计调整，对于防范混凝土的冻蚀问题，可以选用低钙粉煤灰代替部分水泥配置的混凝土，替代量一般在30%左右，此外还可以根据实际情况，适度增加构件厚度［4］。

3.3 确定混凝土结构的耐久性设计目标与检修维护

确定混凝土结构的设计目标是混凝土设计开展的前提，混凝土结构的设计目标需要综合多方面的因素进行考量，如环境条件、建筑规格、维修制度以及其它可能发生的意外情况等。在基本目标设定后，一定要保证施工质量，在建筑施工结束后，对整个设计进行全面系统的验收工作，以保证不会由施工质量问题引起混凝土结构的破损。此外，在建筑使用年限内，还要对混凝土结构进行定期的维护和检测，将其中较为重要的部分作为检修重点，以保证可以及时发现问题并作出应对处理。一般而言，建筑物中使用的混凝土在耐久性达到极限状态之前会有一定的变化，对此，检修人员要时刻注意混凝土的变化［5］。