钢筋混凝土结构耐久性设计分析

李 奔/新疆有色冶金设计研究院有限公司



钢筋混凝土结构耐久性设计分析

李 奔/新疆有色冶金设计研究院有限公司

【摘 要】钢筋混凝土建筑的使用环境对建筑耐久度的作用十分突出，轻者影响使用功能，重者则危及结构的安全和使用寿命。如果在建筑设计时不认真考虑影响钢筋混凝土的耐久性因素，有可能使结构的使用寿命达不到预期。因此，对于钢筋混凝土结构耐久性影响因素的分析以及对钢筋混凝土结构耐久性设计研究有较强的实际意义。

【关键词】钢筋混凝土；结构；耐久度

一、钢筋混凝土耐久度的定义

钢筋混凝土耐久性，指的是指混凝土结构建筑在按照既定设计要求的目标使用期内，在实地自然环境、使用环境及材料内部因素的化学、物理作用下，不需要额外的维修和加固而保持安全稳定、正常使用的能力。钢筋混凝土结构的耐久性，一方面维护着使用者的安全与正常使用，另一方面，也反映了涉及建筑建设各方面的企业生产水平。因此，分析影响钢筋混凝土耐久性的因素，进而做好结构耐久性设计，找出问题，提出建议，有很强的实际意义。

二、影响钢筋混凝土耐久性的因素

（一）凝土结构损害因素分析

建筑钢筋混凝土结构的损坏是材料耐久性出现问题的一个最主要表现。混凝土结构在自然环境条件下，随着时间的推移与外部环境的改变，混凝土材料逐渐老化，结构稳定性不断的减弱，最终使得钢筋混凝土结构出现损伤，甚至损坏，进而在建筑的承载力与稳定性上产生隐患，影响整个建筑结构的使用与安全。

影响混凝土耐久性的因素很多，也很复杂，一些因素是在特定的条件下产生的，总体看可分为内在因素和外在因素两大类。内在因素主要为选用的水泥和骨料种类、混凝土的水胶比和密实度、外加剂类型、浇注和养护的施工工艺、结构的设计形状和构造型式、保护层厚度和钢筋直径的大小等。外在因素主要指环境因素，包括冷热、干湿、冻融循环、化学介质（氯离子、酸、酸盐、海水、碱类等）侵蚀、磨损、疲劳等多方面。不同的环境对混凝土耐久性的影响程度不尽相同，外在因素是通过内在因素而起作用的。混凝土耐久性问题又可以分成钢材和混凝土两大类，钢材问题主要指钢筋的锈蚀。

（二）混凝土耐久性影响因素的特征

钢筋混凝土耐久性变弱的因素往往是在特定的环境下形成的，主要有以下特征：一是损伤产生较为隐蔽，不容易发现，多数损伤产生到发现的时间较晚，发展较慢，往往需要若干年甚至更长的时间，但是到最后建筑损坏往往难以弥补。二是耐久性问题是很复杂的多因素共同影响的结果。如一些海洋混凝土工程，有混凝土碳化钢筋锈蚀受到化学介质如氯离子腐蚀、电解，也有季节性的冻融损伤，还伴随着海水冲击和海砂磨损等等原因，另外突发自然灾害与生物侵蚀也是影响海洋混凝土工程耐久性的重要因素。三是大多数钢筋混凝土耐久性损伤是由构件表面开始形成的，所以有人称耐久性问题是混凝土结构的“皮肤病”。

三、混凝土结构耐久性设计

（一）混凝土结构耐久性设计依据

钢筋混凝土耐久性设计，是建筑结构设计的重要组成部分，这部分设计不仅仅决定了建筑的使用年限，维修频率，还决定了建筑的经济效益与建造成本。耐久性设计对混凝土建筑结构设计而言较新，尤其是我国建筑行业在技术更新较快，老旧建筑出现寿命问题后，才在国内被重视起来。

混凝土结构耐久性设计涉及到结构的使用环境、结构型式、材料选择、施工质量、养护条件、管理和维护维修等多个方面。以前钢筋混凝土结构设计对耐久度很少涉及，尤其是对周围环境对建筑结构的长期影响考虑的较少，传统建筑主要考虑荷载、承载力、地基等安全性与稳定性，尤其是对混凝土裂缝、挠度等因素对结构使用性能的影响较为关心。事实上，使用环境对钢筋混凝土材料性能的长期影响很大，尤其是建筑功能的退化和结构功能的劣化，各种因素的影响机理也不尽相同，因此，需要考虑的复杂因素较多。当前，混凝土结构耐久性设计的基本依据主要有三点：一是依据结构设计使用寿命进行设计；二是依据混凝土结构或构件的工作环境进行设计；三是根据工作环境确定耐久性极限状态及标志。混凝土结构耐久性设计应作为建筑结构设计的重要内容。首先应明确该结构的耐久性目标，即预期的结构设计使用年限，其次是要明确耐久性失效的标准或准则。这样才能控制项目的运营期间的维修费用，对严重超出正常维修的允许范围的设计，要及时的调整。

耐久性设计需要分析结构抗力与荷载随时间的变化规律，使设计的建筑结构有明确的目标使用期，并充分考虑以后的维修甚至改扩建的需要，使建筑工程项目达到安全、经济和实用的建设目的。

（二）钢筋混凝土设计使用寿命

耐久性设计的内容主要是根据混凝土结构劣化规律来计算或验算结构在设计使用寿命期内，环境作用的能力是否大于环境对结构的作用。设计使用寿命也称设计使用年限，是设计规定的一个时期，在这一规定的时期内，建筑在局部维修的情况下，能够按预期目的使用、完成预定使用功能。所谓“正常维护”即正常设计、正常施工、正常使用和维护，包括必要的检测、维护及维修。结构或建筑工程的使用情况与用途不同，其不同的部件也会有不同的使用寿命，因此，必须充分考虑到建筑工程在设计使用寿命期内，如何对部件进行维修、保养与更换，才能保证整个建筑工程项目的功能正常。

（三）钢筋混凝土环境改造

钢筋混凝土结构的使用寿命与其所处的工作环境密切有关。对不同使用情况与环境情况的建筑，其建筑的环境改造十分重要，对于不同的设计使用寿命，其环境的影响往往决定了建筑耐久度设计中的使用寿命长短，因此，必须以实践为基础，对拟建的建筑工程所处的工作环境有充分的考虑。在一般的工作环境下，结构材料随时间的延长其性能退化不明显，比较容易达到设计使用寿命。但在恶劣的工作环境下就必须有针对性地采取技术措施和相应的管理措施，才能满足设计使用寿命的要求。

钢筋混凝土结构所处的环境可以分为一般大气环境、工业建筑环境和海洋环境。前两种环境又分为室内环境和室外环境。一般来讲，室外的混凝土构件比室内构件的耐久性低。在工业环境下，空气中的二氧化碳和有害气体一般比其他环境下高，而且许多工业建筑室内构件可能处于高温、高湿和有腐蚀介质的环境中，因此会比民用建筑有着更严重的混凝土耐久性问题。处于海洋环境中的混凝土结构，由于受到混凝土碳化、氯离子侵蚀、干湿交替和波浪冲击等复杂作用，其耐久性问题较内陆地区的混凝土结构更为严重。在海洋环境中，混凝土构件腐蚀最严重的区域是潮汐区，其次是海平面以上的大气区及近海区域，而浸没在海水中的混凝土构件的耐久性问题却较相对较轻。

对于钢筋混凝土结构的安全性、适用性和耐久性，是保证结构可靠性不可缺少的重要要求。结构的完全安全与恒定是不存在的，钢筋混凝土耐久性问题导致了结构的安全性和适用性不断降低，因此，对钢筋混凝土结构的耐久性评估是耐久度设计是否成功的关键，而目前，科学的评估方法并不完善，而结构的可靠性是对建筑工程项目使用寿命预测的基础。因此，要对耐久度设计进行不断的改善，要从建筑设计理念、材料的使用与检测、结构的不断优化等方面，综合考虑建筑的钢筋混凝土的耐久度。而对于我国传统建筑以砖混结构为主的情况，要做好改造与技术升级，最大限度的增加建筑的使用寿命，缩小维修与重建成本，对于新建筑本身，要做好建筑的新概念设计，如钢结构设计与新兴材料应用等，按照国际标准做好耐久度设计，确保建筑在预计使用寿命之内，使用正常。

参考文献：

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［2］王海勇，周春雷，柏云.钢筋混凝土锈蚀损伤原因与防治技术［J］.中国建材科技，2010（02）.

［3］牛荻涛，段付珍，齐广政.碳化过程中混凝土模拟孔溶液pH值变化规律研究［J］.硅酸盐通报，2011（05）.