鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性分析與設(shè)計(jì)

潘旭

摘 要：混凝土結(jié)構(gòu)由于其自身和使用環(huán)境的特點(diǎn)，從而存在嚴(yán)重的耐久性問(wèn)題。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性設(shè)計(jì)即通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算，控制混凝土的變形裂縫等，保證其在使用年限內(nèi)滿足功能要求，具有可靠的適用性和耐久性。

關(guān)鍵詞：混凝土 耐久性 裂縫 設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）01（a）-0100-01

1 混凝土的碳化

混凝土水泥石中的堿性物質(zhì)，與大氣中的二氧化碳?xì)怏w或其他酸性特質(zhì)的氣體相互作用，使混凝土堿性下降，成分、組織和性能發(fā)生變化，使用機(jī)能下降的現(xiàn)象，稱之為混凝土的碳化，又稱為混凝土的中性化?；炷恋奶蓟旧聿o(wú)破壞使用，但是碳化發(fā)生到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋表面時(shí)，造成pH值降低，混凝土堿性降低，損壞鋼筋表面的保護(hù)層，混凝土材料失去對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，給鋼筋脫鈍提供了可能，給鋼筋銹蝕提供了有利的條件；同時(shí)還會(huì)加劇混凝土的收縮，導(dǎo)致混凝土的抗壓力下降，引起開(kāi)裂。

混凝土的碳化與混凝土結(jié)構(gòu)耐久性密切相關(guān)，是影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠度的重要因素，減小、延緩混凝土的碳化，對(duì)于提高結(jié)構(gòu)耐久性有著總要的作用。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，可以采取以下方法提高混凝土抗碳化能力。（1）保證混凝土保護(hù)層厚度，使混凝土碳化到鋼筋表面時(shí)間接近建筑的使用年限。（2）提高混凝土密實(shí)性、增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)抗?jié)B性。（3）采用覆蓋面層隔離混凝土表面與外部大氣環(huán)境的直接接觸。（4）合理設(shè)計(jì)混凝土配合比，保證水泥用量、降低水灰比。（5）采用減水劑等。采取這些措施，可以提高混凝土抗碳化能力，減少碳化造成的耐久性損失。

2 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕是一個(gè)比較普遍、并且嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)安全的耐久性最關(guān)鍵問(wèn)題，主要指鋼筋在水，氧氣等外部因素的作用下，發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，鋼筋表面形成鐵銹物質(zhì)的銹蝕現(xiàn)象。腐蝕介質(zhì)與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土的堿性降低，鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，形成電位差，在陰極部位鋼筋表面存在足夠的氧氣和水、在陽(yáng)極區(qū)，使陽(yáng)極部位的鋼筋表面處于活化狀之后，在外部因素的作用下，鋼筋表面不斷失去電子發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，逐漸被銹蝕。鋼筋銹蝕后體積膨脹，引起混凝土保護(hù)層脫落和結(jié)構(gòu)開(kāi)裂，使外部的水和氧氣等可以更快的進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，形成惡性循環(huán)，加快銹蝕；同時(shí)鋼筋截面積減少，構(gòu)件承載力降低；不均勻銹蝕還會(huì)導(dǎo)致鋼筋表面凹凸不平，應(yīng)力集中，力學(xué)性能減弱，鋼筋與混凝土之間粘結(jié)錨固性能降低，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力下降和結(jié)構(gòu)破壞。

預(yù)防鋼筋銹蝕主要是增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高抗?jié)B性，增加混凝土的保護(hù)層厚度，減慢二氧化碳、氧氣、水等向鋼筋表面滲透擴(kuò)散的速度，及防止氯離子在鋼筋表面積聚?？梢圆捎玫谋Ｗo(hù)措施，一是采用防護(hù)材料或外部措施，如采用防銹蝕鋼筋-即環(huán)氧涂層鋼筋、鍍鋅鋼筋，不銹鋼等、混凝土表面涂刷防護(hù)層、采用鋼筋阻銹劑防止氯離子侵蝕、重大工程設(shè)置陰極保護(hù)設(shè)施（犧牲陽(yáng)極法和輸入電流法等）。二是采用設(shè)計(jì)上的方法利用和加強(qiáng)混凝土保護(hù)層自身的保護(hù)功能，增加混凝土保護(hù)層厚度來(lái)推遲腐蝕因子滲透到鋼筋表面的時(shí)間，提高對(duì)鋼筋銹蝕膨脹的抵抗力；增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，采用高效減水劑降低用水量，在保證混凝土流動(dòng)性的同時(shí)減小水灰比，控制減小混凝土的總孔隙率；采用高效活性礦物摻料改善水泥石的膠凝物質(zhì)的組成，使混凝土結(jié)構(gòu)更為致密，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性?？刂苹炷涟韬臀镏械穆塞}含量，增強(qiáng)混凝土自身抵抗環(huán)境侵蝕破壞的能力。此外，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用合理的構(gòu)件形式和配筋方式，使混凝土保護(hù)層厚度得到保證，防止鋼筋銹蝕。

3 凍融破壞

混凝土是水泥砂漿和粗骨料組成的毛細(xì)孔多孔體。由于混凝土需要必要的和易性，在拌制混凝土?xí)r，加入的使用水量通常要多于水泥的水化水量，多余的水以游離水的形式存在于混凝土的毛細(xì)孔中?；炷恋膬鋈谄茐募粗府?dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于飽和水狀態(tài)時(shí)，在受凍狀態(tài)下，毛細(xì)孔中存在的水遇冷凍結(jié)成冰后會(huì)發(fā)生體積膨脹，對(duì)混凝土形成各種壓力，使混凝土的結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生細(xì)小損傷，經(jīng)反復(fù)多次凍融循環(huán)作用后，逐漸積累，導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，破壞。凍融破壞主要是在我國(guó)北方寒冷地區(qū)出現(xiàn)?；炷恋目箖鲂阅芘c內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)和氣泡含量有關(guān)。孔越少，封閉氣泡越多，混凝土抗凍性越好。在北方寒冷地區(qū)，特別是東北地區(qū)，防止混凝土的凍融破壞，可以采用的保護(hù)措施有降低混凝土的水灰比、也可以在混凝土使用引氣劑（由于使用引氣劑會(huì)降低混凝土強(qiáng)度，故在工程使用時(shí)應(yīng)慎重選用）。

4 堿集料及侵蝕性物質(zhì)的影響

混凝土是一種毛細(xì)孔多孔體。混凝土微孔中的堿性溶液與集料中的一些活性礦物質(zhì)組分發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)即稱為堿集料反應(yīng)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展，近年來(lái)工程中使用的混凝土強(qiáng)度不斷提高，水泥用量增加，水泥生產(chǎn)工藝也在改變，因而混凝土含堿量已在明顯提高，提高了堿集料反應(yīng)發(fā)生的幾率。堿集料反應(yīng)的主要危害在于，反應(yīng)產(chǎn)生的凝膠吸水膨脹，導(dǎo)致混凝土材料剝落開(kāi)裂，強(qiáng)度降低，影響結(jié)構(gòu)物耐久性，而且一旦發(fā)生很難修復(fù)，故應(yīng)采取有效預(yù)防措施。目前可以采用的保護(hù)措施主要是盡量避免采用活性集料，控制混凝土的總堿含量以保證混凝土的耐久性，通過(guò)摻入適量混合材料抑制堿集料反應(yīng)，或者加入外加劑。為預(yù)防堿集料反應(yīng)，在設(shè)計(jì)上應(yīng)對(duì)外摻劑的使用提出要求。在石化、化學(xué)、冶金及港灣等工程中，在有侵蝕性介質(zhì)作用的特殊環(huán)境下，混凝土結(jié)構(gòu)受到化學(xué)介質(zhì)如海水，硫酸鹽，酸等作用，引起混凝土水泥石發(fā)生一系列變化，而逐步受到侵蝕。侵蝕性物質(zhì)會(huì)造成混凝土結(jié)構(gòu)破碎出現(xiàn)裂縫，有些化學(xué)介質(zhì)還會(huì)與混凝土材料中的某些成分進(jìn)一步反應(yīng)，使混凝土體積膨脹，引起結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步開(kāi)裂破壞。侵蝕性物質(zhì)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物耐久性的影響目前還需要進(jìn)一步的研究解決。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各項(xiàng)工程建設(shè)如火如荼地展開(kāi)，建筑工程水平已經(jīng)逐漸與國(guó)際接軌，各種類型混凝土的使用越來(lái)越廣泛，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問(wèn)題需要迫切加以解決?，F(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范采用的方法有一定的局限性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，從諸多方面考慮影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素，采取措施保證結(jié)構(gòu)具有可靠的適用性和耐久性。同時(shí)，我們?cè)诠こ虒?shí)踐中要不斷進(jìn)行總結(jié)教訓(xùn)，吸取經(jīng)驗(yàn)，研究新的技術(shù)、理論，推廣使用新成果，改善、提高混凝土的耐久性，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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