基于耐久性的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討

顏雙月 薛毅明

摘 要：隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，建筑也越來越多的出現(xiàn)，混凝土結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于建筑設(shè)計中，在建筑的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用過程中，合理設(shè)計會直接影響建筑的耐久性。因此，需要采取合理設(shè)計方案，嚴格控制影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性因素，避免建筑混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，而影響到居民的正常生活。本文主要結(jié)合相關(guān)建筑混凝土結(jié)構(gòu)遇到的耐久性問題，探討建筑中混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計原則，提出科學(xué)合理設(shè)計理念。

關(guān)鍵詞：建筑；混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計；耐久性

建筑混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計原則，指的是建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計在規(guī)定范圍的使用年限里，能夠維持建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般常見的耐久性問題，如混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)大范圍的裂縫，鋼筋銹蝕等。本文主要結(jié)合在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)考慮的相關(guān)因素，完善建筑混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計理念。

1 混凝土結(jié)構(gòu)中材料選擇與配合比設(shè)計

建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，最先考慮的是混凝土材料的選擇和配制問題，如混凝土配制的原材料選擇不合適，就滿足不了建筑的高質(zhì)量設(shè)計標準的要求，再加上在配制過程中沒有合理控制水灰比例，由于水泥中的水化物穩(wěn)定性相對較差，會導(dǎo)致混凝土的孔隙率很高。而一些侵蝕介質(zhì)如CO2、O2及其他的有害物質(zhì)通過空隙侵入混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生建筑混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性問題。在建筑結(jié)構(gòu)中混凝土的設(shè)計時，選擇的高質(zhì)量的混凝土應(yīng)具備高強度、高耐久性、高緊實性及高穩(wěn)定性等特點，才能滿足建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的耐久性要求，高質(zhì)量的混凝土的材料選擇和配制都是非常關(guān)鍵的問題。

為滿足高質(zhì)量的混凝土要求，應(yīng)在確保混凝土的所需的流動性的基礎(chǔ)上，盡可能的減小水與灰的比例，使水泥的強度控制在42.5Mpa的水平之上；骨料的選擇應(yīng)選取高強度的石料，如花崗巖、大理石等，選取大小直徑為2～3cm的石粒，同時抗壓強度在89～92Mpa范圍內(nèi)；活性粉的選擇，其顆粒直徑應(yīng)小于5um，活性二氧化硅含量應(yīng)高達90%以上；減水劑的選擇應(yīng)選擇減水率在20%以上的。在以往建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中發(fā)現(xiàn)C70高性能混凝土能夠滿足條件，能有效增加大面積使用混凝土的建筑的強度，提高耐久性，其具體的配合比見表1。

表1 C70高性能混凝土結(jié)構(gòu)的配合比（Kg/m3）

材料 水泥 水 石料 砂粒 粉煤灰 硅灰 減水劑 水膠比

比例 370 153 873 802 63 36 902 0.28

2 混凝土結(jié)構(gòu)中總含堿量控制設(shè)計

建筑大面積的使用混凝土結(jié)構(gòu)，由于混凝土自身化學(xué)因素與周圍環(huán)境因素的影響，會造成混凝土結(jié)構(gòu)建筑的嚴重破壞，如混凝土集料的堿反應(yīng)、混凝土自身的化學(xué)干縮反應(yīng)造成混凝土的開裂及水化熱性過高造成的溫度開裂等。因此，提高混凝土建筑的耐久性，需嚴格控制混凝土的總含堿量，減少其引起的對混凝土結(jié)構(gòu)的化學(xué)破壞，同時在建筑的設(shè)計過程中盡可能的隔絕長時間的水與潮濕空氣影響，提高建筑混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

一般水泥中Na2和K2O的主要生產(chǎn)原料是粘土，粘土的含堿量高達2.6%左右，但使用堿含量為0.2%左右的砂巖，則會影響到水泥的生產(chǎn)工藝，因此，水泥的堿含量一般難以降低，這時通過采取有效措施降低混凝土摻料中的堿含量，從而降低混凝土的總含堿量。如在混凝土中摻入一些活性混合材料（符合GB/T203-2008?；母郀t礦渣等），將建筑混凝土結(jié)構(gòu)的總堿含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上緩解混凝土的堿集料反應(yīng)。此外還要注意隔絕水等潮濕空氣來源的環(huán)境影響，緩和混凝土的堿集料反應(yīng)對建筑工程造成的損害，提高其耐久性。

3 混凝土結(jié)構(gòu)中防凍融保護設(shè)計

凍融害是造成建筑的混凝土結(jié)構(gòu)破壞的一個重要影響因素，特別是高緯度的寒冷地區(qū)。由于建筑的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)充分考慮到會有一些游離水會滯留在混凝土中，從而形成相連通的細孔結(jié)構(gòu)。當混凝土中的水處于飽和狀態(tài)時，混凝土中游離水遇冷則可能會凍結(jié)成冰，使混凝土結(jié)構(gòu)的體積膨脹，由于細孔壁要同時承受著膨脹壓和滲透壓，這兩種壓力超過了混凝土抗拉的最大強度時，建筑中的混凝土結(jié)構(gòu)就會發(fā)生開裂，而交替反復(fù)的凍融侵害，會進一步加大混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，從而大面積破壞混凝土結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)該采取有效措施控制凍融侵害，提高建筑混凝土的耐久性。

首先在水泥的品種的選取時，應(yīng)考慮到提高混凝土的抗凍融性要求，合理調(diào)配在0℃左右的低溫環(huán)境下適用的混凝土，如早強硅酸鹽水泥，該品種的水泥的化熱性較大，且在早期的化熱強度最大。在混凝土的配制過程中，還可通過適當降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，從而增加混凝土的化熱量。同時通過摻入適量的引氣劑，也可增加混凝土的抗凍融性，但由于市場上品種繁多的引氣劑，在其的選擇上應(yīng)慎重。此外還可通過蓄熱法和外部的加熱法等，增加建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗凍融性，提高混凝土建筑的耐久性。

4 混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕防護設(shè)計

的混凝土結(jié)構(gòu)建筑中，鋼筋銹蝕會導(dǎo)致膨脹現(xiàn)象，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂，而開裂會使環(huán)境中的有害物質(zhì)進入到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，進而加劇鋼筋的銹蝕，形成后果嚴重的惡性循環(huán)。在我國普遍存在著氯鹽環(huán)境，當混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋表面的氯離子達到濃度的臨界值時，會嚴重破壞鈍化膜，使鋼筋產(chǎn)生銹蝕現(xiàn)象，鐵銹膨脹會造成混凝土結(jié)構(gòu)的開裂，影響混凝土與鋼筋的粘結(jié)力，此外混凝土的炭化也會造成鋼筋的銹蝕。因此，需采取有效措施提高混凝土的抗腐蝕性，防止產(chǎn)生鋼筋銹蝕，提高混凝土建筑的耐久性。

采取措施提高混凝土的抗腐蝕性，因混凝土中的鹵素離子如氯離子會嚴重破壞鋼筋的氧化保護膜，可以通過適當?shù)慕档退z比，加強混凝土結(jié)構(gòu)的緊實性，保護鋼筋。同時由于NaNO2能夠在鋼筋的表面生成一層氧化膜，從而達到抑制混凝土中鋼筋銹蝕反應(yīng)，可將CaCI2和NaNO2一起加入混凝土中使用。通過科學(xué)合理選擇混凝土原材料，加強混凝土的保護層的厚度，提高混凝土的緊實性，防止環(huán)境中的有害氣體的侵入，減少銹蝕。但應(yīng)注意的是一味的增大保護層也會給混凝土結(jié)構(gòu)表面造成開裂，同時也相應(yīng)的提高了建筑工程的造價，因此，在建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)綜合考慮保護層厚度與耐久性使用的關(guān)系比例問題，保護層厚度、水膠比與使用年限關(guān)系，如圖1。

綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計，應(yīng)綜合考慮原料、銹蝕及環(huán)境等因素，通過選取高質(zhì)量的原料及摻料，控制混凝土的總含堿量，做好混凝土的防凍融工作，同時提高混凝土的抗腐蝕性，能夠有效提高建筑的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。此外，在混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)嚴格按照國家標準規(guī)范進行設(shè)計操作，加強質(zhì)量的管理及維護，保證建筑的耐久性，促進我國建筑事業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻

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作者簡介：顏雙月（1982- ），漢，福建仙游人，中國中建設(shè)計集團有限公司遼寧分公司，結(jié)構(gòu)工程師，中級；薛毅明（1980- ），漢，遼寧興城人，沈陽盛騰建筑設(shè)計有限公司，結(jié)構(gòu)工程師，中級。