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摘要：由于混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中的廣泛應(yīng)用，提出影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素及預(yù)防措施，使得混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題在工程建設(shè)中引起足夠的重視。...

談混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

吳瑩

(陜西省輕工業(yè)研究設(shè)計院710054西安)

    鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合了鋼筋與混凝土的優(yōu)點，造價較低，是基本建設(shè)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計中的首選形式，其應(yīng)用范圍非常廣泛。但是，從混凝土應(yīng)用于基本建設(shè)工程至今的150年間，大量的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于各種各樣的原因而提前失效，達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計年限，其中有的是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗力不足造成的，有的是由于使用荷載的不利變化引起的，但更多的是由于結(jié)構(gòu)的耐久性不足導(dǎo)致的。國內(nèi)外統(tǒng)計資料表明，由于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性而導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失是巨大的，并且耐久性問題會越來越嚴(yán)重。因此，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題是一個十分重要而迫切需要加以解決的問題。所謂混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，是指混凝土結(jié)構(gòu)在自然環(huán)境、使用環(huán)境和材料內(nèi)部因素的作用下，在設(shè)計要求的目標(biāo)使用期內(nèi)，不需要花費(fèi)大量資金加固處理而保持其安全、使用功能和外觀要求的能力�；炷�土結(jié)構(gòu)耐久性主要有抗?jié)B、抗凍、抗侵蝕、抗碳化、抗鋼筋銹蝕及防止堿骨料反應(yīng)等幾項指標(biāo)，影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要因素及預(yù)防措施。

1、混凝土的碳化

    混凝土的碳化是空氣中的二氧化碳與水泥石中的堿性物質(zhì)相互作用，使其成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的一種很復(fù)雜的物理化學(xué)過程。碳化會降低混凝土的堿度，破壞鋼筋表面的鈍化膜，使混凝土失去對鋼筋的保護(hù)作用，給混凝土中的鋼筋銹蝕帶來不利的影響。同時，混凝土碳化還會加劇混凝土的收縮，這些都可能導(dǎo)致混凝土的裂縫和結(jié)構(gòu)的破壞。因此，碳化與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性密切相關(guān)，是衡量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物可靠度的重要指標(biāo)。為了降低混凝土的碳化作用，可采用摻入粉煤灰等措施。

2、混凝土的抗?jié)B性與抗凍性

    由于混凝土固有的多孔性，在存在內(nèi)外壓力差的情況下，必然存在液體或氣體從高壓處向低壓處遷移滲透的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象被稱為混凝土的滲透性�；炷�土的抗?jié)B性和混凝土的抗碳化能力，與抵抗外界有害物質(zhì)的耐腐蝕性及抗凍性都有著密切的關(guān)系。一般說來，抗?jié)B性好的混凝土，耐久性也就好。改善混凝土的抗?jié)B性對于提高混凝土的耐久性是非常重要的，一般通過提高混凝土自身的抗?jié)B能力、采用表面涂層或覆蓋層、浸漬混凝土等方法來改善混凝土的抗?jié)B性。寒冷地區(qū)的混凝土建筑，由于混凝土中的毛細(xì)孔存在自由水，當(dāng)水遇冷凍結(jié)冰會發(fā)生體積膨脹，引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，出現(xiàn)裂縫。在反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土中的裂縫會相互貫通，其強(qiáng)度也會逐漸降低，最后甚至完全喪失，使混凝土由表及里遭受破壞。提高混凝土抗凍性可從建筑構(gòu)造設(shè)計與混凝土材料施工兩方面采取措施，在混凝土中通過摻加引氣劑引入大量均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡，是目前國內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)普遍采用的改善和保證混凝土抗凍融作用的最有效的技術(shù)手段。另外還可以通過控制水灰比、提高混凝土密實度、加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)或摻人防凍劑等方法來減小凍融作用的危害。

3、混凝土的堿一集料反應(yīng)

    堿一集料反應(yīng)是指混凝土中的堿與集料中的活性組分之間發(fā)生的破壞性膨脹反應(yīng)，是影響混凝土耐久性最主要的因素之一。該反應(yīng)不同于其他混凝土病害，其開裂破壞是整體性的，且目前尚未有有效的修補(bǔ)方法，而其中的堿一碳酸鹽反應(yīng)的預(yù)防尚無有效措施。由于堿一集料造成的混凝土開裂破壞難以阻止，因而被稱為混凝土的“癌癥”。堿一集料反應(yīng)必須同時具備如下三種條件才能發(fā)生堿一集料反應(yīng)對混凝土結(jié)構(gòu)造成損壞：一是配置混凝土?xí)r由水泥、集料(海砂)、外加劑和拌合水中帶進(jìn)混凝土中一定數(shù)量的堿，或者混凝土處于有利于堿滲入的環(huán)境；二是有一定數(shù)量的堿活性集料；三是潮濕環(huán)境，能夠提供反應(yīng)物吸水膨脹所需要的水分。通過采用低堿水泥、使用非活性集料、使用摻合料降低混凝土的堿性、改善混凝土結(jié)構(gòu)的施工和使用條件等措施來防止堿一集料反應(yīng)。

4、鋼筋的銹蝕

    新鮮的混凝土是呈堿性的，在堿性環(huán)境中的鋼筋容易發(fā)生鈍化作用，使鋼筋表面產(chǎn)生一層鈍化膜，能夠阻止混凝土中鋼筋的銹蝕。但當(dāng)有二氧化碳、水汽和氯離子等有害物質(zhì)從混凝土表面通過孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部時和混凝土材料中的堿性物質(zhì)中和，在這種環(huán)境下，混凝土中埋置鋼筋表面的鈍化膜被逐漸破壞，在其他條件具備的情況下，鋼筋就會發(fā)生銹蝕，并且隨著銹蝕的加劇，會導(dǎo)致混凝土保護(hù)層開裂，鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力破壞，鋼筋受力截面減少，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低等，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)耐久性的降低。降低混凝土中鋼筋銹蝕的措施包括：通過適當(dāng)降低水灰比、選用礦渣硅酸鹽水泥、采用不是海砂的細(xì)骨料、摻用不含氯鹽的外加劑、提高混凝土保護(hù)層的厚度、適當(dāng)增加混凝土的攪拌時間和振搗力度等方法以保證混凝土的密實性，使混凝土中的鋼筋處于堿性環(huán)境中。施工時應(yīng)重視鋼筋的除銹，還可使用還氧涂層鋼筋。

    由于影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的各因素之間存在相輔相成的關(guān)系，因而針對各影響因素的改進(jìn)方法也是交錯的。我國從20世紀(jì)60年代開始對混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行研究。當(dāng)時研究的主要內(nèi)容是混凝土的碳化和鋼筋的銹蝕。80年代初，我國在混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究方面取得了不少成果。中國土木工程學(xué)會于1982、1983年連續(xù)兩次召開了全國耐久性學(xué)術(shù)會議，為隨后混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范的科學(xué)修訂奠定了基礎(chǔ)，推動了耐久性研究工作的進(jìn)一步開展。1991年12月在天津全國混凝土耐久性學(xué)會成立，它的成立使我國混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的研究向系統(tǒng)化、規(guī)范化的方向邁進(jìn)了一步。2000年5月在杭州舉行的土木工程學(xué)會第九屆年會學(xué)術(shù)討論會，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性是大會的主題之一，會議認(rèn)為必須要重視工程結(jié)構(gòu)耐久性的研究。2001年11月國內(nèi)眾多相關(guān)專家學(xué)者在北京舉行的工程科技論壇上，就土建工程的安全性與耐久性問題進(jìn)行討論，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題得到了前所未有的重視。在規(guī)范編制及設(shè)計中根據(jù)實際情況適當(dāng)?shù)奶岣吡私ㄖ�結(jié)構(gòu)的安全度設(shè)置水平，設(shè)置了不同的安全度，采用高強(qiáng)材料改善結(jié)構(gòu)延性，同時加強(qiáng)了耐久性設(shè)計。在施工過程中進(jìn)行監(jiān)督檢查，加強(qiáng)工程質(zhì)量驗收制度、確保工程質(zhì)量，從而使混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性在施工階段得到保證。在混凝土使用階段，應(yīng)重視對服役混凝土結(jié)構(gòu)的檢測和評估，必要時進(jìn)行修理和加固，以保證結(jié)構(gòu)在使用期內(nèi)的安全。對于混凝土結(jié)構(gòu)易主而改變用途和作結(jié)構(gòu)改造的行為，必須嚴(yán)格管理，并進(jìn)行設(shè)計和加固計算，以確保在荷載或結(jié)構(gòu)條件變化時結(jié)構(gòu)的安全�？傊�，混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性應(yīng)由正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇、配合比選用、澆搗養(yǎng)護(hù)及施工過程中的嚴(yán)格監(jiān)督和管理。只有這樣，才能保證和提高混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，滿足結(jié)構(gòu)耐久性的要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]金偉良趙羽習(xí)《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性》中國建筑工業(yè)出版社

[2]李國勝《實用建筑結(jié)構(gòu)工程師手冊》中國建筑工業(yè)出版社

[3]徐有鄰《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范理解與應(yīng)用》中國建筑工業(yè)出版社

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)

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