混凝土结构耐久性设计探析

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1、混凝土结构耐久性设计探析文章介绍了混凝土结构耐久性定义，并阐述了影响混凝土结构耐久性的主要因素，同时提出了混凝土结构耐久性的设计方法。关键词：混凝土结构;耐久性;设计引言　　当前，混凝土材料和结构的设计方法正处在由强度设计向耐久性设计过渡的阶段。现行的混凝土结构设计与施工规范，主要是考虑荷载作用下结构承载的安全性与使用性的要求，按照承载能力极限状态来进行设计，以保证结构的安全。而荷载和环境的长期作用都能引起材料性能的劣化。荷载长期作用下的材料性能劣化主要表现为材料强度的降低，在通常的结构承载力设计中，已用持久强度、疲劳强度等参数加以考虑。但较少考虑结构长期使用过程中，由于环境作用

2、引起材料性能劣化对结构安全性与耐久性的影响。在环境的作用下，环境中的各种介质(硫酸盐、氯盐、镁盐、酸等)，温度湿度的变化(冻融循环、干湿交替)等，都会导致钢筋混凝土的某些性能劣化，如钢筋发生锈蚀，混凝土产生裂缝，承载力下降等，一般按照规范的承载力设计方法所确定的截面尺寸，不考虑钢筋和混凝土截面的腐蚀损失，这样就会造成结构承载力下降，甚至导致结构丧失整体稳定性。1混凝土结构耐久性定义　　这个混凝土结构耐久性的定义实际上包含了三个基本要素　　(1)环境：结构处于某一特定环境(包括自然环境、使用环境)中，并受其侵蚀作用：　　(2)功能：结构的耐久性是一个结构多种功能(安全功能、适用性等

3、)与使用时间相关联的多维函数；　　(3)经济：结构在正常使用过程(即设计要求的自然物理剩余寿命)中不需要大修。定义中的工作环境及材料内部因素的作用指的是物理或化学作用．根据结构工作环境情况、破损机理、形态以及国内各行业传统经验．可将混凝土结构的工作环境分成6大类：(大气环境；②土壤环境；③海洋环境；(受环境水影响的环境；(化学物质侵蚀环境；(特殊工作环境。同时．结构耐久性是结构的综合性能，既涉及结构的承载能力、又涉及结构的正常使用以及维修等，反映了结构性能随时间的变化。2影响混凝土结构耐久性的主要因素　　(1)混凝土的碳化。混凝土碳化又称为混凝土的中性化，几乎所有混凝土表面都处在

4、碳化过程中，混凝土碳化本身对混凝土并无破坏作用。其主要危害是由于混凝土碱性降低使钢筋表面在高碱环境下形成的对钢筋起保护作用的致密氧化膜(钝化膜)遭到破坏，在一定条件下使钢筋产生锈蚀。　　(2)混凝土碱集料反应。混凝土碱集料反应被许多专家学者称为混凝土的“癌症”。碱集料反应是指混凝土集料中某些活性矿物与混凝土微孔中的碱溶液产生的化学反应。碱主要于水泥熟料、外加剂，集料中活性材料主要是SiO2、硅胶盐、碳酸盐等。混凝土碱集料反应中碱与SiO2反应最为常见。碱集料反应产生的碱—硅胶盐等凝胶遇水膨胀，将在混凝土内部产生很大的膨胀应力，引起混凝土开裂。混凝土集料在混凝土中呈均匀分布，故裂缝

5、首先在混凝土表面乱向、大量产生，随后将加速其他因素的破坏作用而使混凝土耐久性迅速下降。引起碱集料反应的3个条件中有2个来自混凝土内部本身，即混凝土凝胶中碱性物质、集料中有活性骨料(如含SiO2的骨料)，第三个条件是外部的即水分，干燥条件下碱骨料反应难以发生。　　(3)混凝土的冻融破坏。硬化后的混凝土内部有较多毛细孔，在潮湿、浸水条件下毛细孔处于饱水状态，此时混凝土负温受冻时其内部毛细孔中处于游离状态的水结冰，产生体积膨胀，另外毛细孔中处于过冷状态水分也将向毛细孔中冰的界面渗透而在毛细孔中产生渗透压力，毛细孔中膨胀压力和渗透压力共同作用下混凝土内部将产生裂缝和损伤，多次反复损伤积累

6、至一定程度时将引起结构破坏。冻融破坏发生早期，混凝土表面出现几毫米大小片状剥落，随时间推移，剥落量及剥落粒径增大、由表及里发展。剥蚀一经开始，其发展速度将比较快。在我国南方环境引起的冻融破坏很少见，但处于人为冻融状态的结构如冷却塔，冷冻仓库等，应引起重视。如黑龙江省某电厂冷却塔从建成到发现小颗粒剥落仅1～2年，从小颗粒径剥落至保护层破坏再到完全破坏丧失受压能力也只有2年。　　(4)侵蚀性介质的腐蚀。化学介质，如硫酸盐、海水、腐殖质(呈酸性)、泥炭土存在的碳酸等都可能对混凝土产生腐蚀。　　(5)机械磨损。不少混凝土结构在使用过程中不可避免地要经常性承受各种机械磨损，如建筑工程中楼地

7、面、楼梯，路桥工程中路面、桥面，水工建筑物中溢洪道、消能结构、有压输水管等混凝土结构在使用中都将承受人群、车辆、高速水流等引起的机械磨损。在以上各类混凝土结构中发生因机械磨损而影响结构耐久性的实例屡见不鲜。水泥混凝土路面因磨损而产生麻面、泛砂、剥落等破损几乎随处可见。我国水库大坝溢洪道底板因受高速水流冲刷引起表面破损普遍存在，有些已影响了正常的运行。　　(6)钢筋锈蚀。钢筋锈蚀是混凝土结构最常见的耐久性问题，它一般是电化学腐蚀。电化反应必要条件是钢筋表面呈活化状态且同时存在水和C