混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題分析與思考

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性問題分析與思考

摘要:本文通過對當前施工中混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中存在的耐久性問題進行分析,提出了影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素并指出了在施工中常見的提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施,并結(jié)合現(xiàn)階段我國的實際情況,對現(xiàn)階段我國設(shè)計施工中存在的一些缺陷進行了思考。

關(guān)鍵詞:混凝土耐久性腐蝕

1.混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指結(jié)構(gòu)在規(guī)定的使用年限內(nèi),在各種環(huán)境條件作用下,不需要額外的費用加固處理而保持其安全性、正常使用和可接受的外觀能力?；炷聊途眯灾饕?抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性、碳化。現(xiàn)行國家標準《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010-2002)中,明確規(guī)定混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計采用極限狀態(tài)設(shè)計方法。

2.混凝土耐久性的影響因素

混凝土的凍融破壞。當結(jié)構(gòu)處于冰點以下環(huán)境時,混凝土內(nèi)孔隙中的水將結(jié)冰,產(chǎn)生體積膨脹形成各種壓力,當壓力達到一定程度時,導致混凝土的破壞.混凝土發(fā)生凍融破壞的最顯著的特征是表面剝落,嚴重時可以露出石子。混凝土的抗凍性能與混凝土內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)和氣泡含量多少密切相關(guān)?？自缴僭叫?破壞作用越小,封閉氣泡越多,抗凍性越好。

影響混凝土抗凍性的因素,除了孔結(jié)構(gòu)和含氣量外,還包括:混凝土的飽和度,水灰比,混凝土的齡期,集料的孔隙率及其間的含水率等。

混凝土的堿-集料反應?；炷恋膲A-集料反應,是指混凝土中的堿與集料中活性組分發(fā)生的化學反應,引起混凝土的膨脹,開裂,甚至破壞。國內(nèi)外因堿-集料反應不得不拆除大壩,橋梁,海堤和學校的事件并不在少數(shù)?；炷翂A-集料反應需具備三個條件,即有相當數(shù)量的堿,相應的活性集料,水分,避免堿-集料反應的方法可采用:盡量避免采用活性集料;限制混凝土的堿含量;摻用混合材。

化學侵蝕。當混凝土結(jié)構(gòu)處在有侵蝕性介質(zhì)作用的環(huán)境時,會引起水泥石發(fā)生一系列化學,物理與物化變化,而逐步受到侵蝕,嚴重的使水泥石強度降低,以至破壞.常見的化學侵蝕可分為淡水腐蝕,一般酸性水腐蝕,碳酸腐蝕,硫酸鹽腐蝕,鎂鹽腐蝕等幾類.淡水的沖刷,會溶解水泥石中的組分,使水泥石孔隙增加,密實度降低,從而進一步造成對水泥石的破壞;當水中溶有一些酸類時,水泥石就受到溶淅和化學溶解雙重作用,腐蝕明顯加速;碳酸在溶淅水泥石的同時,破壞混凝土內(nèi)的堿環(huán)境,降低水泥水化產(chǎn)物的穩(wěn)定性,影響水泥石的致密度;硫酸鹽SO42-離子深入混凝土內(nèi)與水泥組分反應,生成物體積膨脹開裂造成損壞。

鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕表現(xiàn)為鋼筋在外部介質(zhì)作用下發(fā)生電化反應,逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹,造成混凝土順筋裂縫,從而成為腐蝕介質(zhì)滲入鋼筋的通道,加快結(jié)構(gòu)的損壞.混凝土碳化和中性化主要是由于混凝土的密實度即抗?jié)B性不足,酸性氣體滲入混凝土內(nèi)與氫氧化鈣作用;其二,氯離子對鋼筋表面鈍化膜有特殊的破壞作用;其三,鋼筋在拉應力和腐蝕性介質(zhì)共同作用下形成的脆性斷裂;其四,鋼筋的氫脆現(xiàn)象,即預應力筋在酸性與微堿性的介質(zhì)中發(fā)生脆性斷裂,鋼筋在腐蝕過程中會產(chǎn)生少量氫氣,當鋼筋內(nèi)部存在缺陷,會產(chǎn)生很大壓力,出現(xiàn)鼓泡現(xiàn)象,使鋼筋脆化。

3.提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施

原材料的選擇。水泥類材料的強度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結(jié),硬化形成的,水泥石一旦受損,混凝土的耐久性就被破壞,因此水泥的選擇需注意水泥品種的具體性能,選擇堿含量小,水化熱低,干縮性小,耐熱性,抗水性,抗腐蝕性,抗凍性能好的水泥,并結(jié)合具體情況進行選擇。集料的選擇應考慮其堿活性,耐蝕性和吸水性,同時選擇合理的級配,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密實度;摻混合材混凝土,是提高混凝土耐久性的有效措施.即近年來發(fā)展的高性能混凝土。

控制施工質(zhì)量?？刂剖┕べ|(zhì)量主要從混凝土結(jié)構(gòu)保護層的厚度控制、混凝土結(jié)構(gòu)各種孔隙的控制以及水灰比控制等幾個方面進行。針對不同的腐蝕環(huán)境應設(shè)計不同的保護層厚度。如一類環(huán)境(室內(nèi)正常環(huán)境),設(shè)計使用年限為100年的結(jié)構(gòu)混凝土應保護層厚度應按規(guī)范的規(guī)定增加40%;混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件宜整體澆筑,不宜留施工縫?？梢酝ㄟ^摻加高效減水劑,在保證混凝土拌和物所需流動性的同時,降低用水量,減小水灰比,使混凝土的總孔隙率大幅度降低。

結(jié)構(gòu)的日常維護。結(jié)構(gòu)在使用階段,應注意檢測,維護和修理,對處于露天和惡劣環(huán)境下的基礎(chǔ)設(shè)施工程更應如此,建立檢測和評估體系,及時發(fā)現(xiàn),及時修理,確保混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用。在使用中,應盡量避免結(jié)構(gòu)承受超重荷載、接觸腐蝕性物質(zhì),并盡量減少凍融環(huán)境的影響。同時在結(jié)構(gòu)建成后定期檢查,在結(jié)構(gòu)破壞超過一定的界限后,就需要詳查破壞原因并評估是否需要維修或加固。

4.對現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計施工的思考

我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范長期沒有設(shè)計使用年限的要求,在近幾年修訂頒布的《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中才明確規(guī)定將建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計年限分為四類,但這對提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性起不到太大的作用,雖然結(jié)構(gòu)的使用年限可以通過維修延長,但結(jié)構(gòu)中的個別部件不一定能夠達到設(shè)計使用年限,這在橋梁等結(jié)構(gòu)中尤為明顯。例如設(shè)計使用30年的拉索往往不到20年就要更換,這無疑會大大縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命,應該在設(shè)計時加以考慮。

另外,由于我國的國情限制,我國的混凝土結(jié)構(gòu)往往達不到發(fā)達國家的設(shè)計與施工水平。隨著改革開放的進行,我國的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平已經(jīng)逐漸與國際接軌,但不可否認的是,我國的科技水平仍然無法與發(fā)達國家相比,在設(shè)計中也就難免有這樣那樣的問題。我國的勞動力素質(zhì)普遍低下,建筑施工大多還是粗放型的建造方式,施工質(zhì)量難以保證。同時,我國的建筑材料與國外也有不小的差距,例如我國的水泥質(zhì)量一般要比歐洲差,隨著齡期的發(fā)展其后期性能提高可能相對較少,因此在齡期系數(shù)的取值上宜偏低取用。而這些也就使我國的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性低于國外水平。

參考文獻:

[1]GB/T50746-2008混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范.

馮乃謙、邢鋒,混凝土與混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性,機械工