建筑工程混凝土的耐久性能及其结构设计

2021-03-30冯芳芳

建材与装饰 2021年32期

冯芳芳

（山西省吕梁市建筑勘察设计院，山西吕梁 033000）

0 引言

建筑工程在施工的程中，混凝土发挥重要的作用，其中钢筋混凝土结构是最为普遍的形式。在使用过程中，需要重视混凝土的耐久性能以及结构设计，但是现在相关部门以及工作人员并未对其工作进行重视，导致我国混凝土的耐久性以及结构设计与其他国家的水平还存在有较大的差距，使我国建筑工程行业的发展也受到一定的影响。我国钢筋混凝土在应用的过程中还是存在南锈北冻的问题，每年因为混凝土耐久性较差造成的经济损失是十分严重的，这也影响着我国经济的发展。

1 混凝土结构耐久性的重要性

建筑工程在建设过程中，需要加强对钢筋混凝土耐久性以及结构设计进行重视。钢筋混凝土结构的耐久性是指在特定的工作环境中，混凝土以及构件会因为材料的问题等内部因素的影响，在一定的使用期限对自然环境的变化或化学的侵蚀混凝土结构中所形成的一种抵抗力。混凝土结构的耐久性决定着建筑工程的质量。在建筑工程的建设中，钢筋混凝土不仅具有钢筋以及混凝土中的优势，同时钢筋混凝土的施工成本较低，是我国目前建筑工程在建设中的主要的结构形式。但是在建筑工程的实际施工中，钢筋混凝土结构在施工的过程中会受到一些外界因素的影响导致混凝土的耐久性较差，同时抵抗力也会变差，在工程建设中若没有按照规定对钢筋混凝土负荷使用，混凝土的耐久性也会受到影响。我国沿海地区中的降水量较大，雨季的气候也十分潮湿，这种情况也会影响钢筋混凝土的耐久性能，在沿海地区中，钢筋混凝土结构的侵蚀、氧化以及被破坏的概率相对内陆也会较大。由此可见，在沿海地区中，钢筋混凝土的结构较差会增加维修费用，若情况严重还是停止工程的施工，最终影响建筑工程的施工进度。上文分析能够明显看出混凝土结构的耐久性能在建筑工程施工中具有重要的作用，能够保证工程的施工质量，提升工程的质量[1]。

2 影响混凝土结构耐久性的主要因素

2.1 混凝土的水灰比

混凝土结构的抗冻性主要会受到混凝土的受冻龄期、水饱和程度以及内部孔结构强度等因素的影响，其中最严重的影响因素就是内部孔结构的影响。工作人员在对混凝土孔结构进行确定时，通过外加剂、养护方式以及水灰比方式来进行确定，对其进行分析后能够看出，混凝土的结构性能受到水灰比的影响最大，水灰比也会影响混凝土孔隙率的大小，因此应重视混凝土的水灰比。在对水灰比进行确定时，若水灰比例较大时，饱和水开孔中的总体积的也会不断增加，导致混凝土中的平均孔径也会加大。混凝土在实际的冻融中，冻胀的压力以及渗透的压力也会受到影响，会导致混凝土的抗冻性能得到降低。在对混凝土制作中能够看出，混凝土的水灰比与抗冻耐久性呈反比，混凝土的抗冻耐久性越高，其水灰比的比例就越小。

2.2 混凝土的受冻龄期

混凝土中的抗冻性与受冻龄期两者之间是一种的正比关系，为了提升混凝土的抗冻性，其受冻龄期也需要不断提高。受冻龄期越长的水泥水化越充足，这就导致混凝土中的强度也是较高的，这种混凝土的抵抗膨胀的能力相比受冻龄期短的混凝土的能力的强。早期受冻混凝土的表现更加明显。混凝土受冻龄期与冻胀之间还存在有一定的关系，其中的受冻龄期低于8h 时，在经过几次冻融循环之后，其混凝土就会出现损坏的现象，由此可见，混凝土在制作中应对早期受冻的情况进行预防。

2.3 混凝土中水泥品种的影响

混凝土中的耐久性与水泥的品种也有一定的关系，水泥的品种以及活性的不同，其硬化的速度也是不同的，熟料的硬化速度会影响混凝土的体积，混凝土活性的增加也能够提升混凝土的抗冻性。在建筑工程施工时，混凝土进行选择时，应考虑到水泥的品种以及活性，使其施工材料能够符合工程的施工需求。在对混凝土的抗冻性进行分析时能够看出，火山泥水泥混凝土的抗冻性最差，其次是混合水泥混凝土，抗冻性最好的混凝土是普通硅酸盐水泥混凝土。

3 钢筋混凝土结构耐久性设计

3.1 设计原则

对混凝土结构的耐久性能进行设计时，应对耐久性能的目标进行确定，还应对结构耐久性的失效标准进行明确的规定。目前可以将的混凝土结构设计年限分为四类，分别是5 年、25 年、50年以及100 年。其中5 年的使用年限主要是用于临时性的建筑设计，临时性的建筑所使用的时间较短，因此混凝土的使用年限也不用长久；25 年的混凝土结构设计主要用于以替换结构设计；其中50 年使用年限的混凝土结构设计是用于普通的房屋建设中，一般构筑物以及普通房屋的建设在一定的年限内会进行重新翻修或重建；最高年限为100 年的混凝土结构设计使用年限一般用于具有纪念意义的建筑物或者是一些重要的建筑物中进行使用。

混凝土在应用中，对其耐久性的失效标准进行明确的规定，混凝土耐久性能的退化容易导致混凝土的结构出现变形的现象，这就会导致变形的混凝土结构与正常使用的混凝土之间存在有一定的差异性，变形后的混凝土也并不符合使用标准以及使用要求。

3.2 具体设计内容

（1）耐久性材料的选择。设计人员在对混凝土结构设计时，严格遵守混凝土耐久性的等级要求以及设计年限的标准进行制定，根据当地的实际环境条件进行配置，对原材料进行选择时也需要根据其需求科学合理的进行选择。若将混凝土使用在冻融的环境中，需要根据当地环境中年平均的冻融次数合理地掺入引气剂，其剂量在应用时应在合理的范围中。混凝土若在含有氯侵蚀的环境中进行使用，设计人员在对混凝土结构设计时，尽可能的降低混凝土中的氯离子，氯离子的含量不能高于水的用量，应保证混凝土结构设计中对氯离子含量进行合理控制。若将混凝土应用于化学侵蚀较为严重的地区中，设计人员在对混凝土进行设计时，需要对耐腐蚀合金钢材料进行合理的利用，同时还应将环氧涂层的钢筋作为受力的钢筋应用于混凝土结构设计中。在对钢筋就混凝土结构设计中，设计人员应根据不同环境对混凝土进行合理的配置，使其混凝土结构能够满足不同的环境需求，提升混凝土的耐久性，在对混凝土结构设计时，选择耐久性较强的材料。

（2）结构构造的设计。设计人员在对钢筋混凝土结构进行设计时，需要对普通混凝土以及预应力混凝土两者之间的差异性进行全面了解，在对混凝土进行分析时，应将侵蚀环境以及使用年限作为基础进行了解，使其在对混凝土结构进行设计时，使其保护层的厚度是在合理的范围内。根据调查分析能够发现，在侵蚀十分严重的环境中，建筑工程若用混凝土进行构建时，应保证混凝土中受力钢筋中的厚度大于16.5mm，其厚度的设计在保证混凝土结构表面的排水性的同时能够起到预防发生积水的情况。建筑工程在建设中，在室外的构建中可以设置滴水沟，这也是预防出现积水的现象[2]。建筑工程若在化学腐蚀性较高的施工环境中进行构建时，这就需要施工人员在钢筋混凝土的表面涂抹防腐剂，提升混凝土的防腐性，使建筑工程的质量能够得到保障。

（3）裂缝宽度的限制。钢筋混凝土机构在设计中，设计人员应严格的按照设计标准对混凝土结构进行设计，应保证设计的规范性，在对结构构件进行选择时，应对裂缝宽度的限值以及裂缝的控制等级合理的进行选择。根据不同的环境类别，混凝土结构裂缝宽度的限值也是不同的，其中在环境类别为一级时，钢筋混凝土结构裂缝控制等级为三级时，混凝土结构裂缝宽度最大限值是的0.3mm，若环境类别为二级时，其裂缝宽度的限值是0.2mm，环境类别为三级时，其混凝土结构最大裂缝的限值也是0.2mm。

（4）具体的施工要求。在建筑工程的施工中，应加强对钢筋混凝土结构中的耐久性进行重视，其与混凝土中的耐磨性、抗腐蚀性以及抗冻性等内容都是有一定的要求，因此能够看出设计人员在对钢筋混凝土结构设计时具有较高的技术水平。在建筑工程的施工前，施工设计人员需要先对混凝土进行配比，但是在配置的过程中应根据抗腐蚀性的等级进行合理配置，保证钢筋混凝土结构的质量。在配比的过程中，应保证水泥的含量大于外加剂中的氯离子的含量，减水剂干重含量也应大于硫酸钠的含量，其目的是提升混凝土中的抗腐蚀性，以此提升混凝土的耐久性。在建筑工程混凝土浇筑施工前，施工人员还应先确定钢筋的位置，确保钢筋位置是否合理，同时还应将层垫尺寸控制在合理的范围内，使钢筋保护层的厚度适中。在混凝土的浇筑过程中，施工人员还应对施工缝的位置进行确认，其目的是避免出现冷缝问题。

（5）对结构使用的要求。建筑工程在施工的过程中，对结构构件使用时应明确构件的使用年限，不同构件在不同环境中的耐久性也是不同的[3]。一般建筑工程在建设的过程中，阳台以及屋面的使用的年限相比于室内的柱子的使用年限短；在对桥梁结构进行比较时，桥墩的更换年限以及维修年限相对于防水层以及护栏就会短一些。在对混凝土结构耐久性能进行设计时，在混凝土结构的使用期间，明确指出维修部件或所需要更换部件的更换时间以及需要更换的内容。