论文部分内容阅读
[摘要] 由于影响混凝土结构耐久性的因素很多，应根据结构设计使用年限和环境类别对结构混凝土提出相应的限制和要求。同时还要对影响混凝土结构耐久性的因素进行分析，从而在设计和施工中保证达到构筑物的耐久性。
[关键词] 混凝土结构 ；耐久性 ；影响因素 ；设计施工
[Abstract] Since the durability of concrete structures affected by many factors, should be based on structural design life and the environment category for Structural Concrete propose appropriate restrictions and requirements. But also affect the durability of concrete structure factors were analyzed, resulting in the design and construction of structures to ensure the durability of reach.
[Key words] concrete structure; durability; influencing factors; design and construction
中图分类号： TU375 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
混凝土结构是以混凝土为主制作的结构。包括苏混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。其在工程建设中有着其他材料无法代替的重要地位。混凝土结构的耐久性不够是大多数混凝土结构破坏的主要原因。
混凝土结构的功能要求
所有建筑结构在设计时必须符合技术先进、经济合理、安全适用的要求。建筑结构的功能要求主要有下列三方面：
（1）结构的安全性 结构的安全性是指结构在规定的使用期限内，能承受在正常施工和正常使用过程中可能出现的各种作用。其中包括荷载的作用、变形的作用、温度的作用等；在偶然事件（如地震、爆炸等）发生及发生后，允许有局部严重破坏，但不引起倒塌。
（2）结构的适用性 结构的适用性是指结构在正常使用时，能够满足预定的使用要求，如结构的变形不能太大，裂缝宽度不能太大等。
（3）结构的耐久性 结构的耐久性是指结构在正常维护下，材料性能虽然随时间变化，但结构仍能满足设计的预定的功能要求。例如，在使用期限内结构材料的腐蚀必须在一定的限度内。
结构设计和施工能达到上述三方面的要求，就认为该结构是可靠的。结构的可靠性就是指结构在预定的时间内，在正常设计、正常施工和正常使用条件下，能达到安全、适用和耐久等三方面的功能要求。耐久性是保证混凝土结构可靠性的重要因素，同时也是建筑的设计和施工中面临的一个重要课题。
影响混凝土结构耐久性的因素
影响混凝土结构耐久性的因素主要有：温湿度变化、混凝土的碱集料反应和碳化、化学侵蚀和冻融破坏等。
（1）温湿度变化的影响 混凝土会热胀冷缩，同样也会在干燥失水时收缩而在泡水浸润后膨胀。这种作用的交替进行，特别在骤然发生时（如夏季阳光暴晒下的混凝土受骤雨的冲刷），会因混凝土表层及内部体积变化不协调而产生裂缝。这些因膨胀不均而引起的损伤日积月累，导致混凝土内部组织的破坏，最终会削弱结构抗力。
（2）混凝土的碱集料反应 混凝土集料中的某些活性矿物质与混凝土微孔中碱性溶液产生化学反应。产生的碱、硅酸盐凝胶，吸水膨胀，体积增大，从而导致混凝土的剥落、开裂、强度降低、甚至破坏，而目前尚未有有效的修补方法，故被形象称为混凝土的“癌症”。
（3）混凝土的碳化 混凝土中水泥石含有氢氧化钙而呈碱性，其在钢筋表面形成碱性薄膜而保护了金属钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到“钝化”保护作用。但大气中存在的酸性介质与水通过各种孔道、裂缝而渗入混凝土，可以中和这种碱性。混凝土碳化的速度十分缓慢，并且与混凝土的质量、环境条件等因素有关。几十年的时间碳化深度才达到钢筋的表面，从而消除钢筋表面的钝化膜—脱钝，使钢筋的锈蚀成为可能。
（4）化学侵蚀 水可以渗入混凝土内部，当其中溶入有害化学物质时，即对混凝土的耐久性造成影响更大。酸性物质对水泥水化物的侵蚀作用最大，酸性侵蚀的混凝土呈土黄色，水泥剥落，骨料外露。此外，浓碱溶液渗入结晶使混凝土被胀裂和剥落；硫酸盐溶液渗入后与水泥发生化学反应，体积膨胀同样会造成混凝土破坏。
（5）冻融破坏 混凝土的抗冻性与其孔结构密切相关，混凝土孔隙率和孔径分布，决定了孔溶液的冰点和结冰量。结冰的孔溶液量越多，混凝土内部所受到的静水压力越大，混凝土遭受的冻害越严重。混凝土水化结硬后，内部有很多毛细孔。低温时水分因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。
（6）机械和生物作用 反复的机械作用（磨损、冲刷等）会削弱混凝土结构，天长日久以后会因损伤累积而影响抗力。其余如冲撞、碰击等也会影响混凝土结构，生物的腐蚀作用也不能忽视。苔藓及攀附生物对结构混凝土的损伤常见于城市排污工程及海洋工程。
3．在设计和施工中对耐久性的考虑
（1）混凝土结构设计中对耐久性的考虑 结构设计包含方案和结构分析两个内容。我国《建筑结构可靠度设计统一标准》对设计使用年限进行了分类，混凝土具有足够的耐久性能是混凝土结构满足设计使用年限的保证。混凝土结构耐久性设计也应在结构整体方案设计时给予全面考虑。混凝土结构耐久性降低往往在多种因素作用下导致开裂，使保护层变薄，进而使钢筋锈蚀。构件初始裂缝、应力水平、变形量等将影响耐久性起始条件。从耐久性考虑应通过结构选型、结构布置将处于不利条件下结构分体系、构件、构件某部分的裂缝宽、应力水平、变形量定性的加以控制。
（2）施工过程中对混凝土结构耐久性的考虑 施工是保证混凝土质量的关键，很多结构耐久性低下并造成结构损伤的现象都是由于施工造成的缺陷引起的。因此，通过加强对混凝土施工质量的控制，严格按照有关技术规程要求组织施工，提高施工作业水平，以满足结构耐久性要求。主要措施有：
严把材料质量关，尽量使用高性能混凝土 高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，重点保证混凝土的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等特点，可以用来建造严酷环境中的结构。
加强施工工艺管理，提高混凝土的密实性 高密实性是耐久性控制的主要指标，高性能混凝土由于流动性很高，易于流平和密实，一般不需要强力振捣，但对于普通混凝土，加强振捣，合理布点，是提高密实性的关键措施。由于漏振或振捣不密实而引起的混凝土缺陷已被大量工程实践证明。加强混凝土制备、运输等环节的控制，提高模板的密封性，防止漏浆是提高密实性、达到提高混凝土耐久性目标的措施。
加强早期养护，防止裂缝的产生 早期保水养护不足对混凝土的强度发展和耐久性均有不利影响，无论普通混凝土还是高性能混凝土早期的水养护对其性能至关重要，尤其是掺入大量细掺料的高性能混凝土更需要尽早保水养护，否则会增加不可逆的自干燥收缩，引起开裂，影响强度和耐久性。同时还应注意养护方法，对不同水泥品种、外加剂、掺料、龄期的混凝土，合理的选用潮湿养护、水养护和养护剂养护，以取得良好的养护效果。
确保施工混凝土保护层最小厚度 施工中如何保证混凝土的厚度，是一个复杂而细致的问题。施工组织设计时，应根据具体的结构形式和构件的特点，拿出具体方案，施工中加强监督和管理。分部工程验收时也应加强这一方面的检测。
结语
混凝土结构的设计寿命要求一般为40至50年，有的要求上百年。而现实中，处于腐蚀环境中的混凝土远远达不到设计寿命要求，有的在15-20年就出现了钢筋锈蚀破坏，甚至不足五年就开始修复。此方面的花费是惊人的，已经是一个重大经济问题。因此，提高混凝土结构耐久性的意义是不言而喻的。提高混凝土结构耐久性，主要是通过仔细设计和施工，从而最大限度地提高混凝土本身的耐久性。
参考文献：
GB50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范
CECS01：2004，混凝土结构耐久性设计及施工指南
金伟良、赵羽习《混凝土结构耐久性》（M）科学出版社.2002.
李田、刘西拉《混凝土結构耐久性分析与设计》（M）科学出版社.1999.
张誉等编著《混凝土结构耐久性概论》上海科学技术出版社.2003.
[关键词] 混凝土结构 ；耐久性 ；影响因素 ；设计施工
[Abstract] Since the durability of concrete structures affected by many factors, should be based on structural design life and the environment category for Structural Concrete propose appropriate restrictions and requirements. But also affect the durability of concrete structure factors were analyzed, resulting in the design and construction of structures to ensure the durability of reach.
[Key words] concrete structure; durability; influencing factors; design and construction
中图分类号： TU375 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
混凝土结构是以混凝土为主制作的结构。包括苏混凝土结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。其在工程建设中有着其他材料无法代替的重要地位。混凝土结构的耐久性不够是大多数混凝土结构破坏的主要原因。
混凝土结构的功能要求
所有建筑结构在设计时必须符合技术先进、经济合理、安全适用的要求。建筑结构的功能要求主要有下列三方面：
（1）结构的安全性 结构的安全性是指结构在规定的使用期限内，能承受在正常施工和正常使用过程中可能出现的各种作用。其中包括荷载的作用、变形的作用、温度的作用等；在偶然事件（如地震、爆炸等）发生及发生后，允许有局部严重破坏，但不引起倒塌。
（2）结构的适用性 结构的适用性是指结构在正常使用时，能够满足预定的使用要求，如结构的变形不能太大，裂缝宽度不能太大等。
（3）结构的耐久性 结构的耐久性是指结构在正常维护下，材料性能虽然随时间变化，但结构仍能满足设计的预定的功能要求。例如，在使用期限内结构材料的腐蚀必须在一定的限度内。
结构设计和施工能达到上述三方面的要求，就认为该结构是可靠的。结构的可靠性就是指结构在预定的时间内，在正常设计、正常施工和正常使用条件下，能达到安全、适用和耐久等三方面的功能要求。耐久性是保证混凝土结构可靠性的重要因素，同时也是建筑的设计和施工中面临的一个重要课题。
影响混凝土结构耐久性的因素
影响混凝土结构耐久性的因素主要有：温湿度变化、混凝土的碱集料反应和碳化、化学侵蚀和冻融破坏等。
（1）温湿度变化的影响 混凝土会热胀冷缩，同样也会在干燥失水时收缩而在泡水浸润后膨胀。这种作用的交替进行，特别在骤然发生时（如夏季阳光暴晒下的混凝土受骤雨的冲刷），会因混凝土表层及内部体积变化不协调而产生裂缝。这些因膨胀不均而引起的损伤日积月累，导致混凝土内部组织的破坏，最终会削弱结构抗力。
（2）混凝土的碱集料反应 混凝土集料中的某些活性矿物质与混凝土微孔中碱性溶液产生化学反应。产生的碱、硅酸盐凝胶，吸水膨胀，体积增大，从而导致混凝土的剥落、开裂、强度降低、甚至破坏，而目前尚未有有效的修补方法，故被形象称为混凝土的“癌症”。
（3）混凝土的碳化 混凝土中水泥石含有氢氧化钙而呈碱性，其在钢筋表面形成碱性薄膜而保护了金属钢筋免遭酸性介质的侵蚀，起到“钝化”保护作用。但大气中存在的酸性介质与水通过各种孔道、裂缝而渗入混凝土，可以中和这种碱性。混凝土碳化的速度十分缓慢，并且与混凝土的质量、环境条件等因素有关。几十年的时间碳化深度才达到钢筋的表面，从而消除钢筋表面的钝化膜—脱钝，使钢筋的锈蚀成为可能。
（4）化学侵蚀 水可以渗入混凝土内部，当其中溶入有害化学物质时，即对混凝土的耐久性造成影响更大。酸性物质对水泥水化物的侵蚀作用最大，酸性侵蚀的混凝土呈土黄色，水泥剥落，骨料外露。此外，浓碱溶液渗入结晶使混凝土被胀裂和剥落；硫酸盐溶液渗入后与水泥发生化学反应，体积膨胀同样会造成混凝土破坏。
（5）冻融破坏 混凝土的抗冻性与其孔结构密切相关，混凝土孔隙率和孔径分布，决定了孔溶液的冰点和结冰量。结冰的孔溶液量越多，混凝土内部所受到的静水压力越大，混凝土遭受的冻害越严重。混凝土水化结硬后，内部有很多毛细孔。低温时水分因结冰产生体积膨胀，引起混凝土内部结构破坏。反复冻融多次，就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。
（6）机械和生物作用 反复的机械作用（磨损、冲刷等）会削弱混凝土结构，天长日久以后会因损伤累积而影响抗力。其余如冲撞、碰击等也会影响混凝土结构，生物的腐蚀作用也不能忽视。苔藓及攀附生物对结构混凝土的损伤常见于城市排污工程及海洋工程。
3．在设计和施工中对耐久性的考虑
（1）混凝土结构设计中对耐久性的考虑 结构设计包含方案和结构分析两个内容。我国《建筑结构可靠度设计统一标准》对设计使用年限进行了分类，混凝土具有足够的耐久性能是混凝土结构满足设计使用年限的保证。混凝土结构耐久性设计也应在结构整体方案设计时给予全面考虑。混凝土结构耐久性降低往往在多种因素作用下导致开裂，使保护层变薄，进而使钢筋锈蚀。构件初始裂缝、应力水平、变形量等将影响耐久性起始条件。从耐久性考虑应通过结构选型、结构布置将处于不利条件下结构分体系、构件、构件某部分的裂缝宽、应力水平、变形量定性的加以控制。
（2）施工过程中对混凝土结构耐久性的考虑 施工是保证混凝土质量的关键，很多结构耐久性低下并造成结构损伤的现象都是由于施工造成的缺陷引起的。因此，通过加强对混凝土施工质量的控制，严格按照有关技术规程要求组织施工，提高施工作业水平，以满足结构耐久性要求。主要措施有：
严把材料质量关，尽量使用高性能混凝土 高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，重点保证混凝土的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等特点，可以用来建造严酷环境中的结构。
加强施工工艺管理，提高混凝土的密实性 高密实性是耐久性控制的主要指标，高性能混凝土由于流动性很高，易于流平和密实，一般不需要强力振捣，但对于普通混凝土，加强振捣，合理布点，是提高密实性的关键措施。由于漏振或振捣不密实而引起的混凝土缺陷已被大量工程实践证明。加强混凝土制备、运输等环节的控制，提高模板的密封性，防止漏浆是提高密实性、达到提高混凝土耐久性目标的措施。
加强早期养护，防止裂缝的产生 早期保水养护不足对混凝土的强度发展和耐久性均有不利影响，无论普通混凝土还是高性能混凝土早期的水养护对其性能至关重要，尤其是掺入大量细掺料的高性能混凝土更需要尽早保水养护，否则会增加不可逆的自干燥收缩，引起开裂，影响强度和耐久性。同时还应注意养护方法，对不同水泥品种、外加剂、掺料、龄期的混凝土，合理的选用潮湿养护、水养护和养护剂养护，以取得良好的养护效果。
确保施工混凝土保护层最小厚度 施工中如何保证混凝土的厚度，是一个复杂而细致的问题。施工组织设计时，应根据具体的结构形式和构件的特点，拿出具体方案，施工中加强监督和管理。分部工程验收时也应加强这一方面的检测。
结语
混凝土结构的设计寿命要求一般为40至50年，有的要求上百年。而现实中，处于腐蚀环境中的混凝土远远达不到设计寿命要求，有的在15-20年就出现了钢筋锈蚀破坏，甚至不足五年就开始修复。此方面的花费是惊人的，已经是一个重大经济问题。因此，提高混凝土结构耐久性的意义是不言而喻的。提高混凝土结构耐久性，主要是通过仔细设计和施工，从而最大限度地提高混凝土本身的耐久性。
参考文献：
GB50204-2002,混凝土结构工程施工质量验收规范
CECS01：2004，混凝土结构耐久性设计及施工指南
金伟良、赵羽习《混凝土结构耐久性》（M）科学出版社.2002.
李田、刘西拉《混凝土結构耐久性分析与设计》（M）科学出版社.1999.
张誉等编著《混凝土结构耐久性概论》上海科学技术出版社.2003.