混凝土结构的耐久性设计探讨

【摘要】改革开放以来，特别是近十年的发展中，我国经济发展得到了进一步的壮大，国内开始修建大量的住宅、道路、桥梁和市政建筑等混凝土工程。但是，建筑混凝土结构因耐久性不足的问题出现损坏甚至实效的情况，使得工程建筑在实际使用中不得不投入大量资金对建筑结构进行修复与完善，而这不仅无法有效的保障混凝土结构的稳定承载能力，还会影响整体结构的使用安全。因此，文中笔者对混凝土结构的耐久性设计作出简要阐述。以供同仁参考。

【关键词】耐久性；混凝土；结构设计；

在工程修建过程中，混凝土结构的耐久性直接决定着建筑结构的使用寿命，而混凝土结构在投入使用中通常会受到恶劣环境和腐蚀性介质的影响，从而导致混凝土过早出现损坏甚至失效，因此在工程建设中，为了保障建筑工程的使用寿命和稳定性，就必须针对混凝土结构耐久性能进行提升。所谓混凝土的耐久性，是指混凝土在所使用的环境中保持长期性能稳定的能力。一般来说，在通常情况下，混凝土是永久性的。但由于环境作用或者混凝土内部的一些有害反应，混凝土结构耐久性受到影响。混凝土结构构件逐渐劣化而丧失原有的性能，导致建筑过早损坏，出现了大量的短命建筑，由此造成了巨大的经济损失和资源浪费，并深深损害着生态平衡持续发展。现在，混凝土结构设计的耐久性问题已越来越受到人们的关注和重视。

一、混凝土结构中材料选择与配合比设计

混凝土结构设计应根据设计使用年限和环境类别进行耐久设计。耐久设计包括下列内容：①确定结构所处的环境类别；②提出对混凝土材料的耐久性基本要求；③确定构件中钢筋的混凝土保护层厚度；④不同环境条件下的耐久性技术措施；⑤提出结构使用阶段的检测与维护要求。混凝土配合比设计，要求在满足设计与施工的强度、容重、耐久性及和易性的条件下，节约水泥用量。混凝土结构设计耐久性除了上述几点以外，我们还要在混凝土结构中材料选择与配合比设计方面做足文章，为满足高质量的混凝土要求，还应在确保混凝土的所需的流动性的基础上，尽可能的减小水与灰的比例，使水泥的强度控制在42.5Mpa的水平之上；骨料的选择应选取高强度的石料，如花岗岩、大理石等，选取大小直径为2～3cm的石粒，同时抗压强度在89～92Mpa范围内；活性粉的选择，其颗粒直径应小于5um，活性二氧化硅含量应高达90%以上；减水剂的选择应选择减水率在20%以上的。在以往建筑混凝土结构设计中发现C70高性能混凝土能够满足条件，能有效增加大面积使用混凝土的建筑的强度，最终提高结构的耐久性。

二、混凝土结构中总含碱量控制设计

建筑大面积的使用混凝土结构，由于混凝土自身化学因素与周围环境因素的影响，会造成混凝土结构建筑的严重破坏，如混凝土集料的碱反应、混凝土自身的化学干缩反应造成混凝土的开裂及水化热性过高造成的温度开裂等。因此，提高混凝土建筑的耐久性，需严格控制混凝土的总含碱量，减少其引起的对混凝土结构的化学破坏，同时在建筑的设计过程中尽可能的隔绝长时间的水与潮湿空气影响，提高建筑混凝土结构的耐久性。

一般水泥中Na2和K2O的主要生产原料是粘土，粘土的含碱量高达2.6%左右，但使用碱含量为0.2%左右的砂岩，则会影响到水泥的生产工艺，因此，水泥的碱含量一般难以降低，这时通过采取有效措施降低混凝土掺料中的碱含量，从而降低混凝土的总含碱量。如在混凝土中掺入一些活性混合材料（符合GB/T203-2008粒化的高炉矿渣等），将建筑混凝土结构的总碱含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上缓解混凝土的碱集料反应。此外还要注意隔绝水等潮湿空气来源的环境影响，缓和混凝土的碱集料反应对建筑工程造成的损害，提高其耐久性。

三、混凝土结构中防冻融保护设计

冻融循环作用是造成混凝土严重破坏的主要原因，是评定混凝土耐久性的重要指标。混凝土水化硬结后内部有很多毛细孔，在浇筑混凝土时，为了得到必要的和易性，往往会比水泥水化所需要的水要多些。这些毛细孔中的水遇到低温就会结冰，反复循环作用会引起混凝土内部结构的破坏。在低于冰点的温度下，水将结冰。因此，在某一冻结温度下存在着结冰的水和过冷的水，结冰的水会产生体积膨胀，过冷的水发生迁移，引起各种压力，当这些压力达到一定程度时，将导致混凝土的破坏。因此，应该采取有效措施控制冻融侵害，提高建筑混凝土的耐久性。

首先在水泥的品种的选取时，应考虑到提高混凝土的抗冻融性要求，合理调配在0℃左右的低温环境下适用的混凝土，如早强硅酸盐水泥，该品种的水泥的化热性较大，且在早期的化热强度最大。在混凝土的配制过程中，还可通过适当降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，从而增加混凝土的化热量。同时通过掺入适量的引气剂，也可增加混凝土的抗冻融性，但由于市场上品种繁多的引气剂，在其的选择上应慎重。此外还可通过蓄热法和外部的加热法等，增加建筑混凝土结构的抗冻融性，提高混凝土建筑的耐久性。

四、混凝土结构中钢筋锈蚀防护设计

混凝土凝结硬化后，会生成碱性的氢氧化钙，导致混凝土孔隙中的水分有很高的碱性，并在钢筋表面形成一层致密的钝化膜，在正常的使用情况下钢筋不会锈蚀；若超出一定的界限，钝化膜将被破坏，在外部介质作用下发生电化学反应，逐步生成氢氧化铁等铁锈，造成混凝土钢筋开裂膨胀，从而成为腐蚀介质渗入的通道，加速结构的损坏。因此，需采取有效措施提高混凝土的抗腐蚀性，防止产生钢筋锈蚀，提高混凝土建筑的耐久性。

采取措施提高混凝土的抗腐蚀性，因混凝土中的卤素离子如氯离子会严重破坏钢筋的氧化保护膜，可以通过适当的降低水胶比，加强混凝土结构的紧实性，保护钢筋。同时由于NaNO2能够在钢筋的表面生成一层氧化膜，从而达到抑制混凝土中钢筋锈蚀反应，可将CaCI2和NaNO2一起加入混凝土中使用。通过科学合理选择混凝土原材料，加强混凝土的保护层的厚度，提高混凝土的紧实性，防止环境中的有害气体的侵入，减少锈蚀。但应注意的是一味的增大保护层也会给混凝土结构表面造成开裂，同时也相应的提高了建筑工程的造价，因此，在建筑混凝土结构设计中应综合考虑保护层厚度与耐久性使用的关系比例问题。

五、混凝土的养护

混凝土养护有两个目的：一是创造使水泥得以充分水化的条件，加速混凝土硬化；二是防止混凝土成型后因日晒、风吹、干燥、寒冷等自然的影响而出现超出正常范围的收缩、裂纹及破坏等现象。混凝土的标准化养护条件，相对湿度保持90%以上，时间28d。一般混凝土浇筑后在12h内加以覆盖和浇水养护，当日平均气温低于5℃时不得浇水。未掺外加剂的混凝土浇水养护不得少于7d，掺有外加剂的混凝土浇水养护不得少于14d。

结束语

总之，作为建筑工程施工和市政建设的重要基础，混凝土结构的耐久性不仅直接关系着我国居民生命财产安全，还在很大程度上影响着市场经济的稳定发展，因此在混凝土结构的施工中，要针对结构的耐久性和稳定性进行审核与检验，并以混凝土结构耐久性的提升为研究方向，进一步提高混凝土结构质量，从而保障建筑工程的安全性和稳定性。

参考文献

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