建筑結構設計中混凝土耐久性設計探討

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1混凝土結構耐久性概述

混凝土結構的出現大大地改善了人們的生活，但是在人們對混凝土結構加以使用的過程中，也常常被一些問題所困擾，而其中混凝土結構耐久性就是一個較為普遍的問題。所謂的混凝土結構耐久性，指的就是混凝土結構在自然環境、使用環境以及混凝土材料等多方面因素的作用之下，保持其自身工作能力的一種性能，也可以將其解釋為混凝土結構在設計使用壽命年限內抵抗外界環境和內部所產生的侵蝕破壞作用的能力。在混凝土結構的使用過程中，結構往往會出現不同程度的老化，混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕等都屬于混凝土結構的老化，這些問題的存在會使得混凝土結構耐久性受到不同程度的影響，而混凝土結構的耐久性在受到影響之后，可能導致混凝土結構出現沒有達到其設計基準期就不能夠再繼續使用的情況，既給使用者造成了經濟上的損失，同時還造成了嚴重的資源浪費。因此當前在對混凝土結構進行設計的過程中，除了需要考慮強度和剛度等傳統的力學指標之外，還需要對于混凝土結構的耐久性加以考慮。

2混凝土結構耐久性影響因素分析

2．1混凝土碳化

所謂的混凝土碳化，是指的水泥中的堿性物質和空氣中的二氧化碳發生了反應，使得混凝土的成分、組織及性能發生改變，進而導致混凝土機能下降的一個過程。在出現了碳化的情況之后，會使得混凝土的堿度降低，并且還會導致鋼筋表面的鈍化膜遭到破壞，使得水泥不能夠有效的保護鋼筋，從而導致鋼筋銹蝕的加快。所以對于混凝土結構而言，混凝土的抗碳化能力是衡量其結構耐久性的一個重要指標，如果混凝土的抗碳化能力強，那么其結構耐久性就較好，相反，則混凝土結構的耐久性容易受到碳化的影響。

2．2混凝土堿———集料反應

所謂的混凝土堿———集料反應，是指的混凝土中的堿與集料中的活性組分之間發生的破壞性膨脹反應，在混凝土中，水泥、外加劑、摻合料和拌合水是其重要組成部分，而在這些材料之中，往往都含有可溶性堿，而這些可溶性堿會與混凝土空隙中以及集料中能夠與堿發生反應的活性成分相互作用。在混凝土發生堿———集料反應之后，所產生的物質為硅膠體，而這些硅膠體在遇到水之后會發生膨脹，并且在其膨脹的過程中會產生非常大的膨脹壓力，在膨脹壓力的作用之下，混凝土結構就會發生開裂，而且這種膨脹的壓力還與集料中活性氧化硅的最不利含量有著非常密切的關系。

2．3鋼筋的銹蝕

一般來說，在混凝土的孔隙中，往往都會有大量的氫氧化鈣過飽和溶液存在，所以說使得混凝土呈現出強堿性的特征，而混凝土中的鋼筋在這種強堿性的環境之中，會在其表面形成一層較為致密的鈍化薄膜，從而使得鋼筋處于惰性狀態，不會發生銹蝕，但是當二氧化碳以及其它物質混凝土孔隙進入到內部之后，它們在與氫氧化鈣發生反應之后，就會使得混凝土的pH值降低，從而使得混凝土由堿性向中性變化。一般來說，當混凝土的pH值低于11.5時，鋼筋表面的鈍化膜就會開始破壞，不能夠有效地對鋼筋進行保護，而當鈍化膜遭到破壞之后，鋼筋就開始出現銹蝕的情況。在鋼筋銹蝕的過程中氯離子()的存在還會進一步加劇鋼筋的銹蝕，因為氯離子是一種鋼筋活化劑，在氯離子作用于鋼筋局部區域時，就會形成大陰極小陽極腐蝕，使得鋼筋出現坑蝕的現象。處理氯離子之外，由于二氧化碳所導致的混凝土碳化也會加劇鋼筋的銹蝕。

3混凝土結構耐久性設計要點

3．1明確混凝土結構耐久性設計目標

由于當前全球都對混凝土結構耐久性問題引起足夠的重視，所以在對混凝土結構進行設計時，必須要對于混凝土結構耐久性設計引起足夠的重視，而要對混凝土結構耐久性進行有效的設計，首先需要對于耐久性設計的目標加以明確，也就是要明確結構的預期使用壽命，同時還應該清楚耐久性失效的標準。要對混凝土結構耐久性進行優化設計，首先需要考慮材料的選擇，混凝土材料也會對其耐久性造成較為嚴重的影響，所以在進行設計的過程中，必須要對材料進行合理的選擇，應該根據混凝土結構的使用環境、使用年限以及耐久性等級的相關要求來對混凝土的原材料進行選擇，對于混凝土的配合比進行設計。如果混凝土結構是處在凍融環境之中的，則應該依據年平均凍融次數的不同來摻入不同數量的引氣劑，從而使得混凝土結構耐久性能夠得到滿足。而如果結構是處在有嚴重化學侵蝕作用的環境之中，對于結構的受力鋼筋則可以選擇環氧涂層鋼筋或者是耐腐蝕的合金鋼材，從而避免鋼筋受到化學侵蝕而出現腐蝕的情況。除了要對材料的選擇引起重視之外，還應該對于結構的設計加以優化，比如說對于普通混凝土和預應力混凝土，就應該根據具體使用環境的不同來選擇不同的混凝土保護層厚度，同時還應該對于鋼筋的直徑進行合理的選擇，混凝土的表面也應該有利于排水。

3．2注重混凝土碳化預防

要想使得混凝土結構的耐久性得到有效地提高，必須要對混凝土的碳化問題引起足夠的重視，采取有效的措施避免因為混凝土碳化而導致結構耐久性降低，前文已經對于混凝土碳化的原因進行了分析，可以發現空氣中二氧化碳的進入是導致其出現碳化的一個重要因素，而要有效的避免二氧化碳進入混凝土造成混凝土的碳化，在進行混凝土結構耐久性設計的時候可以采取“涂層封閉”的措施，在混凝土結構的表面涂刷低粘度和滲透能力較強的涂層材料，在混凝土的表層形成一個保護層，而且這些材料還可以滲入到混凝土內部，對于混凝土中一些細小的孔隙進行封堵。通過涂層封閉處理之后，能夠有效地避免二氧化碳氣體進入到混凝土之中，從而減緩了混凝土的碳化。通過這種方式不僅僅能夠對于混凝土碳化加以預防和處理，而且還可以減少凍融對于混凝土所造成的破壞。對于碳化問題進行有效的控制，能夠使得混凝土結構耐久性得到一定程度的提高。

3．3鋼筋銹蝕防護策略

當前阻銹劑是應用得較為廣泛的一種防止鋼筋銹蝕的方式，阻銹劑實質上是一種化學合成物，將其應用在混凝土結構之中，能夠起到加好的阻止或者緩解內部鋼筋銹蝕的效果，阻銹劑不僅僅能夠對于鋼筋銹蝕進行預防，同時即使在鋼筋發生了銹蝕之后，仍然可以對其進行阻止，因為其可以參與鋼筋的銹蝕過程。常用的阻銹劑大致可以分為吸附型阻銹劑、鈍化劑、鈍化促進阻銹劑和罩面形成型阻銹劑。除了阻銹劑之外，還可以通過電化學的方式來對鋼筋銹蝕加以防護，混凝土的碳化以及氯離子的侵入都會使得鋼筋保護層遭到破壞，進而導致鋼筋出現銹蝕，而且這種銹蝕往往都是局部銹蝕，如果不對其進行有效的處理，則可能導致銹蝕情況的進一步加劇。此時可以應用電化學技術來對其進行處理，工程中常用的電化學技術包括陰極保護、電化學脫氯和電化學再堿化三種，這三種方式的原理和操作方法都大致相似，主要就是通過在外部呈陽極的導體上施加一個直流電流通過混凝土，這樣就能夠使得混凝土中的鋼筋具有電化學電池陽極的作用，進而通過一系列的電化學反應來對鋼筋銹蝕進行處理。

4結語

隨著我國建筑業的不斷發展，混凝土結構得到了越來越廣泛的應用，如何有效提高混凝土結構的耐久性也成為了許多人關注的一個問題，本文對于混凝土結構耐久性的相關概念進行了一定的闡述，并且針對混凝土結構耐久性問題產生的原因進行了簡單的分析，最后提出了混凝土結構耐久性評估以及改善混凝土結構耐久性劣化現象的方法，以期通過本研究來加深人們對于混凝土結構耐久性的認識，改善我國混凝土結構耐久性設計的現狀。

作者:潘春帆 劉家海 單位:四川福宇鴻圣建筑設計有限公司

參考文獻:

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