混凝土结构的耐久性设计方法

混凝土结构的耐久性设计方法

作者：史霜露

来源：《城市建设理论研究》2013年第23期

摘要：混凝土结构的耐久性是指混凝土抵抗周围不利因素长期作用的性能。该问题是长期困扰国内外土木工程界的一个难题，也是当今国际结构工程学科重要的前沿研究领域之一。目前我国正处于工业化、城市化加速的起点，正在进行大规模的基础建设，必须重视混凝土结构耐久性问题。本文通过分析影响混凝土结构耐久性的诸多因素，提出混凝土结构耐久性设计方法。

关键词：混凝土；耐久性；设计

中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：

随着我国经济的高速发展，大量的基础设施项目陆续上马。这样也暴露出了大量的质量问题，建筑混凝土的耐久性问题便是工程技术人员关心的问题之一。 1、混凝土结构耐久性的概念现状

混凝土结构的耐久性是指经过正常设计、正常施工并在设计预定的环境中正常工作的结构，无需经过昂贵的维修加固，能在保持预定实用功能的条件下达到设计寿命的程度；或指结构在化学的、生物的或其他不利因素的作用下，在预定时期内其材料性能的恶化不至于导致结构出现不可接受的失败概率；或指结构在某一特定时间段内能够安全保持其可用性的能力。在工程结构中，混凝土结构以其整体性好、耐久性好、可塑性强、维修费用少、工作性能佳等诸多优点广泛应用于整个20世纪。然而，自从混凝土应用至今已有150年，发现大量钢筋混凝土结构由于耐久性不足提前失效则是在上个世纪60年代至70年代。令人们始料未及的是混凝土材料在不利的环境条件下出现了一系列影响结构耐久性的物理化学现象，如钢筋锈蚀、裂缝的发展、保护层剥落、渗透冻融破坏、结构混凝土的碳化、混凝土集料的化学腐蚀等等，我国70年代后期建造的混凝土桥梁也有严重的开裂现象，这使国民经济蒙受巨大的损失。因此混凝土结构耐久性问题的相关研究已成为结构工程师们不容忽视的一个研究课题。 2、混凝土结构耐久性的影响因素 2.1混凝土的碱--集料反应

碱--集料反应主要是指混凝土中的碱与集料中活性组分发生的化学反应，进而引起混凝土的膨胀、开裂、甚至破坏。目前，因碱——集料反应不得不拆除大坝、海堤、桥梁的事件并不在少数。混凝土的碱——集料反应必须要具备三个条件：有相当数量的碱、相应的活性集料、水分。避免混凝土的碱——集料反应可以采取以下方法：一是限制混凝土的碱含量；二是避免采用活性集料；三是掺用混合材。

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2.2混凝土的冻融破坏

当混凝土结构在冰点以下环境中时，混凝土内孔隙中的水将结冰，随之会产生体积膨胀进而形成各种压力。一旦压力达到一定程度时，就会导致混凝土破坏。混凝土的冻融破坏最显著的特征就是表面剥落，甚至在严重时还会露出石子。此外，混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少有着直接相关，孔小破坏作用就小，封闭的气泡多了，坑冻性也好。影响混凝土抗冻性的因素还有：孔结构、含气量、水灰比、集料的孔隙率、混凝土的饱和度等。 2.3化学侵蚀

一般情况下，可以将化学侵蚀分成淡水腐蚀、碳酸腐蚀、一般酸性水腐蚀、硫酸盐腐蚀等几类。当混凝土结构处于有侵蚀性介质作用的环境中时，就会引起化学反应和物理反应，从而受到侵蚀，引起一系列破坏。当水中溶有一些酸类时，水泥石就受到溶淅和化学溶解双重作用，加速腐蚀；淡水的冲刷，不仅能溶解水泥石中的组分，也可以使水泥石孔隙增加，密实度也随之降低了，造成了对水泥石的严重破坏；碳酸在溶淅水泥石的同时，也影响了水泥石的致密度，同时也降低了水泥水化产物的稳定性。 2.4.钢筋的锈蚀

钢筋的锈蚀主要表现为钢筋在外部介质作用下产生的电化反应，生产了铁锈，也造成了混凝土顺筋裂缝，整体的混凝土结构受到了破坏。一方面，混凝土碳化和中性化主要是因混凝土的密实度不足，酸性气体渗入混凝土内与氢氧化钙作用；另一方面，钢筋会在拉应力和腐蚀性介质的共同作用下而形成脆性断裂，当钢筋内部存在缺陷，钢筋在腐蚀过程中能够产生少量氢气，会导致钢筋脆化。

3、提高混凝土耐久性的措施

根据对混凝土耐久性影响因素的分析，找出了提高混凝土耐久性的主要技术措施。要提高混凝土的耐久性，必须减少混凝土的孔隙率，提高混凝土结构的致密度。目前有以下几种方法可以提高混凝土的耐久性： 3.1掺加外加剂

高效减水剂的运用，能够使混凝土搅拌物在充分流动的同时，减少对水的使用量，使得水灰比不断的趋于合理，这样则能够降低毛细孔的出现几率。在混凝土施工过程中，为了保证混合物在充分的流动下形成有力的结构，需要在搅拌的过程中不断的加水，这时就会使得水泥混凝土结构中出现细孔，影响混凝土结构的稳定性。而如果合理的使用减水剂，则能够使水的使用量降低，通过减水剂的使用，能够使水泥质点的表面形成相同的电荷，使水泥形成较为稳定的状态，这时则会在水泥的表面形成一层水膜，实现减水的目的。 3.2掺入高效活性矿物掺料普通水泥混凝土的水泥石中的水化物的稳定性常常不足，这是混凝土很难超耐久的一个主要因素。而现代科技发展，各种新型材料出现弥补这一缺点，加入高效活性矿物掺料就可以有效地

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进行改善，加入其主要目的就是在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质，提高混凝土的耐久性。活性矿物掺料中含有大量的活性物质，它们能够在水泥水化过程产生的游离石灰及高硷性水化矽酸钙产生二次反应，生成更高强度、更稳定的低硷性水化矽酸钙，致使水泥结构更为致密，切断渗透路径。

3.3消除混凝土自身结构破坏因素

在混凝土结构中，其自身也会存在着一些可能导致混凝土结构发生破坏的因素，使得混凝土是小。比如由于化学干缩剂的使用不当，则在干缩的过程中会造成混凝土表面发生大面积的干裂，水热化性能过高引起混凝土的列夫呢够，这些现象也大量的存在，因此，需要从混凝土自身的组成因素等方面，进行有效的控制，才能够实现对混凝土结构的耐久性的有效保证。3.4保证混凝土的强度虽然在混凝土工程中，其耐久性与强度是两个不同的概念，但是他们中间却存在着一定的俩系，而且这些联系的产生，是以混凝土内部结构作为基础的，同时都与混凝土配比的水灰比有关。在混凝土充分密实的情况下，混凝土的强度与其内部孔隙率有着直接的关系。而在高性能混凝土结构中，一般除了减水剂的应用，还需要使用大量的活性矿物质，这就使混凝土的密实性不断的提高，使得混凝土自身的强度和耐久性都得到较大的提升。 现代社会的工程建筑材料，要求混凝土具有高效的耐久性。高性能的混凝土的特点就是低水灰比，在选用优质材料，除水泥、水和骨料外，还必须添加大量的减水剂和活性矿物掺料，减少用水量，从而降低混凝土内部的孔隙率，减少体积的收缩，提高强度，从而达到增强耐久性的目的。 结束语：

在当前的建筑中，影响建筑物耐久性的因素有很多，建筑的使用寿命还有待提高，目前对于建筑物耐久性的研究还有待深入。所以，我们要对于混凝土的结构使用年限和环境类别应当提出相应的限制和要求。规范技术手段和方法，使建筑物的耐久性更能符合现代社会对建筑物高质量的要求。 参考文献：

[1]刘西拉. 重大土木与水利工程安全性及耐久性的基础研究[J] . 土木工程学报, 2001, (12) . [2]金伟良, 赵羽习. 混凝土结构耐久性研究的回顾与展望[J] . 浙江大学学报, 2002, (4) . [3]王林：《关于混凝土结构的耐久性问题探讨》[J]科技创新导报，2009（07） [4]高峰：《混凝土结构的耐久性设计研究》[J]中国高新技术企业，2008（09）