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1.混凝土耐久性的概念

混凝土耐久性是指結構在規定的使用年限內,在各種環境條件作用下,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。混凝土耐久性主要指:抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、碳化。現行國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010-2002)中,明確規定混凝土結構設計采用極限狀態設計方法。

2.混凝土耐久性的影響因素

2.1混凝土的凍融破壞。當結構處于冰點以下環境時,混凝土內孔隙中的水將結冰,產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部的孔結構和氣泡含量多少密切相關。孔越少越小,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,除了孔結構和含氣量外,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。

2.2混凝土的堿-集料反應。混凝土的堿-集料反應,是指混凝土中的堿與集料中活性組分發生的化學反應,引起混凝土的膨脹,開裂,甚至破壞。國內外因堿-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。混凝土堿-集料反應需具備三個條件,即有相當數量的堿,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。

2.3化學侵蝕。當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環境時,會引起水泥石發生一系列化學,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,破壞混凝土內的堿環境,降低水泥水化產物的穩定性,影響水泥石的致密度;硫酸鹽SO42-離子深入混凝土內與水泥組分反應,生成物體積膨脹開裂造成損壞。

2.4鋼筋的銹蝕。鋼筋的銹蝕表現為鋼筋在外部介質作用下發生電化反應,逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹,造成混凝土順筋裂縫,從而成為腐蝕介質滲入鋼筋的通道,加快結構的損壞.混凝土碳化和中性化主要是由于混凝土的密實度即抗滲性不足,酸性氣體滲入混凝土內與氫氧化鈣作用;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共同作用下形成的脆性斷裂;其四,鋼筋的氫脆現象,即預應力筋在酸性與微堿性的介質中發生脆性斷裂,鋼筋在腐蝕過程中會產生少量氫氣,當鋼筋內部存在缺陷,會產生很大壓力,出現鼓泡現象,使鋼筋脆化。

3.提高混凝土結構耐久性的措施

3.1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,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.即近年來發展的高性能混凝土。

3.2控制施工質量。控制施工質量主要從混凝土結構保護層的厚度控制、混凝土結構各種孔隙的控制以及水灰比控制等幾個方面進行。針對不同的腐蝕環境應設計不同的保護層厚度。如一類環境(室內正常環境),設計使用年限為100年的結構混凝土應保護層厚度應按規范的規定增加40%;混凝土結構及構件宜整體澆筑,不宜留施工縫。可以通過摻加高效減水劑,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。

3.3結構的日常維護。結構在使用階段,應注意檢測,維護和修理,對處于露天和惡劣環境下的基礎設施工程更應如此,建立檢測和評估體系,及時發現,及時修理,確保混凝土結構的正常使用。在使用中,應盡量避免結構承受超重荷載、接觸腐蝕性物質,并盡量減少凍融環境的影響。同時在結構建成后定期檢查,在結構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.對現有混凝土結構設計施工的思考

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

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