混凝土结构耐久性设计及寿命预测

中图分类号：TU 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2014）01-0193-01

摘要：当前，我国相关规范条例在考虑混凝土结构耐久性时，缺乏对混凝土结构的耐久效果在一定时间内的变化情况，与混凝土结构耐久性及使用寿命的实际要求不符。因此，混凝土结构设计并不仅仅局限于构造设计上，而需要扩展到结构设计使用期限的可靠性上。混凝土结构的使用寿命受多方面因素的影响，要对其结构耐久性设计及寿命做出准确的预测，就需要采取有效的方法进行研究和分析。本文结合个人在土建施工过程中遇到的实际问题，以自有的实际施工经验为基础，展开下列论述，以期进一步规范建设标准，更好地控制施工质量，达到经济效益与工程质量共赢的目的。

关键词：混凝土结构 耐久性设计 寿命预测

随着社会经济发展速度加快，我国交通运输能力面临巨大的挑战和考验，促使我国近年来不断兴建交通运输工程，而且交通运输项目逐年增加，为了适应交通运输事业大发展的新形势，必须进一步强化混凝土结构的强度和耐久性，提高混凝土结构在工程项目建设中的使用寿命。本文对混凝土结构耐久性设计及寿命预测展开讨论，分析并提出增强混凝土结构耐久性和使用寿命的预测策略，不断优化建筑工程混凝土结构的质量性能，使其能够在现代建筑工程中发挥更大的作用。

一、混凝土结构质量的预防措施

第一，混凝土的性能很大程度上取决于水泥的质量和数量，在保证混凝土性能的前提下，应尽量节约水泥、降低工程造价。根据工程特点，气候和环境条件，正确选择水泥品种及强度等级，严格按照规范及设计要求，检测水泥物理性质，综合评价水泥质量的优劣，实行优胜劣汰，选择水泥供应商，确保选用水泥强度等级应与要求配制的混凝土强度等级相适应。

第二，骨料应采用级配良好，要严格按照规范及设计要求、质地坚硬、颗粒洁净的材料。加强原材料的检测频率，减少能使水泥水化、或能降低集料与水泥石粘附性，以及能与水泥水化产物产生不良化学反应的有害物质。

第三，慎用外加剂，可在不增加用水量和水泥用量的情况下，有效地改善混凝土拌合物的工作性，同时可以提高混凝土的强度和耐久性。选用混凝土外加剂以其减水率、保水性和保塑性为主要指标，在进行质量控制时，除对外加剂的常规指标进行检验外，同时对外加剂与水泥的适应性、掺加的组分进行复试，掌握其质量特性。

二、混凝土结构耐久性设计

从当前研究来看，混凝土结构耐久性的判别只是局限于其受环境影响和材料影响方面，在结构材料和结构构造方面反映的耐久性设计和使用寿命过于片面，无法直接表现出混凝土结构耐久性设计的标准要求。在我国混凝土结构耐久性规定中，也只是片面地反映混凝土耐久性的构造要求，对其时间规律下的抗力要求考虑甚少。在规范规定中，有关于混凝土耐久性设计标准的要求只是给出了特定的期限与时间之间的基本变量，与混凝土结构耐久性期限以及使用寿命的实际要求不符。因此，这种规定要求并不能反映出混凝土结构耐久性及使用寿命在预定时间内的可靠性。

当前，混凝土结构耐久性设计方法分为两种类型，首先这种设计方法来源于欧美国家，其规范规定为《CEB耐久混凝土结构设计指南》，还有我国颁布的相关规定制度。如《混凝土结构耐久性设计与施工指南》、《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》等。这种方法是按照开发商的意见和建议以及综合实力来考虑混凝土结构设计耐久性和使用期限的。在混凝土耐久性设计中，以其适用性为主要依据，综合考虑混凝土抗腐蚀性和保护层断裂作为耐久性的承载能力标准。这种设计方法注重混凝土材料、基本指标、部件成分以及保护层等，重点考察混凝土强度、水胶比、材料选择、外加剂等。另外，还有一种方法是根据混凝土相关试验标准为依据来确定混凝土耐久性极限状态，这种方法有效解决了混凝土施工上的难题和耐久性构造要求，主要根据环境条件及外部作用等因素来确定和满足不同的耐久性及使用期限。

三、混凝土结构寿命预测

在现代建筑中，混凝土结构的使用寿命与环境条件及施工原材料的组成性能有一定的关系，要对这种标准进行精确的计算存在一定的难度。但是，近年来，在相关试验研究与分析结果中，对混凝土结构使用寿命的预测方法提出了新的计算方法，如下。

正常寿命预测，这种预测方法是根据混凝土的碳化及置入钢筋笼的位置状态来判断的，其公式为t=t1+t2，在该公式中，t是混凝土碳化后置入结构保护层的时间，t1是指钢筋钝化膜消失，钢筋锈蚀后，直至呈开裂状态所使用的时间。在现有的研究成果中，混凝土碳化时间t与碳化比深度X平方成正比，可以得出以下公式：

t=AX2 t1=Ac2

在这两个公式中，c为保护层厚度，A为碳化系数。由此可推测出，当混凝土结构的使用年限已经有Y年后，其碳化深度为P，那么可以得出以下公式：

A=Y/P2

t=（Y/P2）.c2

经过相关计算可以表明，混凝土碳化至钢筋位置中，当钢筋锈蚀程度达到一个特定的时间，其锈蚀表层的体积就会膨胀，致使钢筋混凝土保护层出现开裂现象。由此可见，钢筋锈蚀至开裂所需时间与混凝土强度、原材料质量标准、保护层厚度以及环境条件等有着密切的联系。

当混凝土结构中掺和不同量的氯盐，而且在较为潮湿的环境条件下时，其钢筋锈蚀至开裂所需时间要小于混凝土置入钢筋所需时间，这种时间间隔可以忽略不计，这时就可以根据保护层碳化的完整性作为混凝土正常使用寿命：

W=t-Y=（Y/X2）.c2-Y=Y.（c2-X2）/X2

四、结语

当前，混凝土结构在现代建筑中占据着重要的地位，并在实际建筑施工中发挥着直观重要的作用。可以说，混凝土结构的质量好坏直接影响整体工程质量，提高混凝土结构耐久性，规范耐久性设计，延长混凝土结构的使用寿命，能够促进混凝土结构在未来建筑行业的发展和提高奠定了良好的基础，对现代建筑行业的不断发展和壮大具有极其重要的意义。

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