芻議鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)

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摘要：隨著時(shí)間的推移，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期在自然環(huán)境或外力作用（即使用環(huán)境）的影響下會(huì)出現(xiàn)逐漸損傷、老化甚至損壞，這個(gè)過(guò)程是不可逆的，其必定會(huì)影響到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性以及使用功能。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)就顯得非常重要了。而本文主要是從影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素出發(fā)來(lái)分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；耐久性設(shè)計(jì)；影響因素

引言

就目前而言，耐久性設(shè)計(jì)對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)還是一個(gè)全新的概念，同時(shí)因?yàn)槟壳霸O(shè)計(jì)人員對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性要求方面的認(rèn)識(shí)不同并且缺少設(shè)計(jì)依據(jù)，導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)仍處于探討階段。而在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員需要充分意識(shí)到該設(shè)計(jì)要始終貫徹于實(shí)施工程施工質(zhì)量管理?xiàng)l款中關(guān)于“全壽命權(quán)責(zé)制”的具體要求；同時(shí)要想真正做好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)，要先了解影響鋼筋混凝土耐久性的主要因素，才能結(jié)合實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)。

1、影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素分析

1.1鋼筋的銹蝕

一般而言，鋼筋銹蝕不但和混凝土外面保護(hù)層的密實(shí)度、厚度有關(guān)，還與鋼筋混凝土的PH值、組成、含水量、有害離子量等眾多因素相關(guān)。當(dāng)空氣中的氯離子、水汽、CO2等有害物質(zhì)由鋼筋混凝土的表面通過(guò)孔隙滲入到內(nèi)部時(shí)，就會(huì)和材料中含堿性的物質(zhì)共同發(fā)生中和反應(yīng)，使鋼筋混凝土中的酸堿值下降，此時(shí)鋼筋外面的鈍化膜就會(huì)損壞，在水、氧氣等的作用下，鋼筋就會(huì)銹蝕。而鐵銹的體積是原金屬體積的很多倍，其所產(chǎn)生的膨脹壓力會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)順筋裂縫，進(jìn)而會(huì)加快鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的損壞速度。

1.2混凝土的凍融

當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處在零度以下時(shí)，部分鋼筋混凝土內(nèi)部孔隙中的水分就會(huì)結(jié)冰從而導(dǎo)致體積膨脹，而過(guò)冷的水分也會(huì)發(fā)生遷移，形成較大的張力，而當(dāng)這種張力超過(guò)鋼筋混凝土的本身的抗拉或抗剪強(qiáng)度時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)開(kāi)裂。

1.3化學(xué)侵蝕

當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于侵蝕性較強(qiáng)的環(huán)境下時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致水泥發(fā)生物化變化，進(jìn)而逐漸受到侵蝕。而這種物化變化主要包含：1）當(dāng)空氣中CO2氣滲透到混凝土內(nèi)，與其堿性物質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過(guò)程稱(chēng)為混凝土碳化，又稱(chēng)作中性化，其化學(xué)反應(yīng)為：Ca（OH）2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化過(guò)程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿(mǎn)了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質(zhì)對(duì)鋼筋有良好的保護(hù)作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，稱(chēng)為鈍化膜。碳化后混凝土的堿度降低，當(dāng)碳化超過(guò)混凝土的保護(hù)層時(shí)，在水與空氣存在的條件下，就會(huì)使混凝土失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，鋼筋就會(huì)開(kāi)始生銹。2）硫酸鹽溶液的侵蝕。硫酸鹽會(huì)和水泥中的氫氧化鈣以及鋁酸鈣共同作用生成硫鋁酸鈣和石膏，導(dǎo)致混凝土的體積膨脹，使之逐漸瓦解；3）氯離子的腐蝕。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的氯離子來(lái)自于海洋環(huán)境、原材料、鹽湖、除冰鹽、鹽堿地以及工業(yè)環(huán)境等。而在鋼筋混凝土的使用過(guò)程中，氯化物是危險(xiǎn)系數(shù)最高的侵蝕介質(zhì)之一，它能夠使混凝土的堿性降低、混凝剝落、鋼筋銹蝕。

2、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)分析

據(jù)有關(guān)調(diào)查顯示，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失是非常巨大的。而目前，各國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)都是依據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所用材料的組成、質(zhì)量，結(jié)構(gòu)的構(gòu)造形式以及施工方法明確一些具體的要求，從宏觀控制保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。以下就對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析：

2.1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計(jì)

第一，應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)范的要求，根據(jù)不同的混凝土構(gòu)件，混凝土構(gòu)件所在的外界環(huán)境，混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限要求選取不同的保護(hù)層厚度。少則15毫米，多則70毫米。第二，當(dāng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件處在可能受到嚴(yán)重侵蝕的外界環(huán)境中時(shí)，應(yīng)注意受力鋼筋的最小直徑不能小于16毫米。在對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注重簡(jiǎn)潔，有助于結(jié)構(gòu)的排水，以避免存在積水。此外，室外構(gòu)件還應(yīng)該布置滴水溝，應(yīng)該處理好鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的接縫。

2.2材料的選擇

在進(jìn)行材料的選擇時(shí)，需要注意以下四個(gè)方面：（1）依據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)境、使用年限以及耐久性的等級(jí)要求，選擇鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)所需的原材料以及配置比。（2）對(duì)于用在凍融外界環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，可依據(jù)土體的凍脹程度對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響，加入不同種類(lèi)、不同量的引氣劑。（3）而對(duì)于海岸環(huán)境、鹽澤土環(huán)境等富含氯離子侵蝕的外界環(huán)境，需要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的氯離子含量進(jìn)行嚴(yán)格控制，其含量不能超過(guò)其膠凝材料的0.1%。（4）在具有嚴(yán)重化學(xué)腐蝕作用的外界環(huán)境，鋼筋要考慮選擇耐侵蝕的合金鋼材或帶有環(huán)氧涂層的鋼筋。

2.3施工要求

在對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)時(shí)，其施工要求主要有以下方面的要求：第一，對(duì)于耐久性有特殊要求的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，如要求抗凍、耐化學(xué)侵蝕或耐磨等，在施工之前，應(yīng)該按照所要求的抗侵蝕等級(jí)，對(duì)鋼筋混凝土的配置比例進(jìn)行試配，選擇最佳配置比方案來(lái)組織施工，而在施工過(guò)程中，還需要對(duì)實(shí)際的配制比進(jìn)行抽樣檢查，查看實(shí)際配制比和設(shè)計(jì)的配制比有無(wú)差別，以便及時(shí)糾正；第二，選擇商品鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，需要供應(yīng)商提供原材料的出廠品質(zhì)保證、摻合材料的使用說(shuō)明書(shū)、緩凝劑、引氣劑、減水劑等主要摻入量以及化學(xué)成分，另外，外加劑中含有的氯離子不能大于水泥總量的O.02%，減水劑中含有的硫酸鈉不能大于減水劑含量的20%；第三，澆注鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之前應(yīng)該檢查保護(hù)層的尺寸以及鋼筋的位置，以便保障混凝土保護(hù)層的厚度；第四，對(duì)大面積鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的澆注，應(yīng)該先制訂合理的澆注方案，明確施工縫的位置，防治出現(xiàn)冷縫，而澆筑完工之后還應(yīng)該仔細(xì)將抹面磨平，嚴(yán)禁向抹面灑水，耐久性較好的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的水灰比應(yīng)小于O.45，還需要做好混凝土的養(yǎng)護(hù)工作。

2.4對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用要求

（1）要對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的正常使用年限進(jìn)行明確界限，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由很多個(gè)構(gòu)件組成的，并且各個(gè)構(gòu)件對(duì)所處環(huán)境的要求有別，耐久壽命也存在一定的區(qū)別。因此，在進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行耐久性設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該明確地提出使用期間需要進(jìn)行更換和維護(hù)部件的名稱(chēng)以及預(yù)期更換和維護(hù)的時(shí)間。（2）對(duì)于非常重要的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或處于強(qiáng)腐蝕性環(huán)境下的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及已經(jīng)損傷的結(jié)構(gòu)，應(yīng)標(biāo)注在使用期間要定期檢驗(yàn)和維護(hù)的要求和內(nèi)容。

2.5加強(qiáng)建筑行業(yè)各個(gè)部門(mén)的自律性

在工程設(shè)計(jì)階段就要把其耐久性設(shè)計(jì)當(dāng)作重要任務(wù)之一，還應(yīng)在工程設(shè)計(jì)文件中編制耐久性設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，設(shè)計(jì)部門(mén)還需要對(duì)此內(nèi)容的合理性做重點(diǎn)審查；而在鋼筋混凝土的施工階段應(yīng)該制定專(zhuān)項(xiàng)措施以保證耐久性設(shè)計(jì)的具體實(shí)施，加強(qiáng)其質(zhì)量監(jiān)控和管理。而在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中還需要注意定期進(jìn)行維修和檢測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，耐久性設(shè)計(jì)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要組成部分之一，涉及到了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的材料選擇、使用環(huán)境、管理、施工質(zhì)量、維修維護(hù)等眾多方面，其影響因素也很多。因此，在耐久性設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)鋼筋混凝土的耐久性進(jìn)行全面分析，使鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命達(dá)到預(yù)期效果。

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