談混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計

　　一、環(huán)境因素決定了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

　　1、使用環(huán)境分類：影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素是環(huán)境，環(huán)境類別應(yīng)根據(jù)其對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的影響確定?；炷两Y(jié)構(gòu)的環(huán)境類別參見《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》的表3.4.1.

　　第一類環(huán)境類別為：室內(nèi)正常環(huán)境。

　　第二a類環(huán)境類別為：室內(nèi)潮濕環(huán)境；非嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。這部分主要是考慮基礎(chǔ)、地下室、人防工程等在浸水情況下的耐久性。

　　第二b類環(huán)境類別為：嚴(yán)寒和非寒冷地區(qū)的露天環(huán)境、與無侵蝕性的水或土壤直接接觸的環(huán)境。

　　第三類環(huán)境類別為：使用除冰鹽的環(huán)境；嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季水位變動的環(huán)境；濱海室外環(huán)境。這類環(huán)境在空氣中含有大量的氯離子，氯離子有很強(qiáng)的活性，日長月久極易破壞鋼筋表面的鈍化膜而引起鋼筋銹蝕（見下圖）；水位變動的環(huán)境加上嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)冬季的反復(fù)凍融，往往對混凝土造成很大的損傷。

　　第四類環(huán)境類別為：海水環(huán)境。如港口碼頭，燈塔、海島高腳屋等。港口的耐久性規(guī)定詳見《港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》。

　　第五類環(huán)境類別為：受人為或自然的侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境。對于人為侵蝕性環(huán)境應(yīng)根據(jù)《工業(yè)建筑防腐蝕設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行耐久性設(shè)計。對于自然侵蝕性物質(zhì)影響的環(huán)境應(yīng)根據(jù)水文地質(zhì)勘察報告，確定自然侵蝕物侵蝕性的強(qiáng)弱，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，否則極易引起事故。

　　2、混凝土的基本要求：影響混凝土耐久性的一個重要因素是混凝土本身的質(zhì)量。提高密實(shí)度而減少混凝土的滲透性可以減緩侵蝕性物質(zhì)侵入混凝土內(nèi)部的速度，而這又與混凝土的強(qiáng)度等級、水灰比等因素有關(guān)。由于氯離子可引起鋼筋銹蝕，所以根據(jù)不同的環(huán)境類別限制混凝土中氯離子的含量。當(dāng)混凝土中含有堿活性骨料時，在露天和潮濕的環(huán)境中，堿和骨料內(nèi)的活性顆粒產(chǎn)生堿—骨料反應(yīng)造成混凝土表面產(chǎn)生裂縫，加速侵蝕性物質(zhì)的破壞作用。因此規(guī)范第3.4.2條對一類、二類和三類環(huán)境中，設(shè)計使用年限為五十年的結(jié)構(gòu)混凝土的最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土強(qiáng)度等級、最大氯離子含量和最大堿含量都做出明確的規(guī)定。

　　3、對于在一類環(huán)境中設(shè)計使用年限為100每年的結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性應(yīng)做更嚴(yán)格的要求，詳見規(guī)范第3.4.3條。規(guī)范第3.4.4條規(guī)定，在二、三類環(huán)境中設(shè)計使用年限為100年的混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)采用專門有效措施，保證其耐久性。

　　4、規(guī)范第3.4.5條和3.4.6條主要針對混凝土的抗凍要求和抗?jié)B要求。混凝土的抗凍等級和抗?jié)B等級的設(shè)計見《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》和《地下工程防水設(shè)計規(guī)范》。

　　5、規(guī)范第3.4.7條規(guī)定，三類環(huán)境中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其受力鋼筋宜采用環(huán)氧樹脂涂層帶肋鋼筋；這種鋼筋表面的環(huán)氧樹脂涂層可有效防止鋼筋銹蝕，鋼筋使用可參見《環(huán)氧樹脂涂層鋼筋》。而預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的耐久性要求更高，故對預(yù)應(yīng)力鋼筋、錨具及連接器應(yīng)采用專門防護(hù)措施；可采用刷防銹漆，封閉灌漿，用混凝土封閉，外加水泥砂漿抹面保護(hù)。

　　6、規(guī)范第3.4.8條規(guī)定，四類和五類環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu)，其耐久性要求應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。臨時性混凝土結(jié)構(gòu)可不考慮混凝土的耐久性。

　　二、耐久性設(shè)計的內(nèi)容

　　混凝土耐久性設(shè)計的內(nèi)容：一部分為《鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50010—2002中的第3.4.1～3.4.8條規(guī)定的內(nèi)容。

　　另一部分則分散在不同規(guī)范的各章節(jié)中。為此，我們在進(jìn)行混凝土耐久性設(shè)計時，應(yīng)綜合有關(guān)規(guī)范的要求來進(jìn)行設(shè)計。

　　例如：規(guī)范規(guī)定樓板的保護(hù)層厚度為20mm，天面層鋼筋應(yīng)設(shè)置溫差鋼筋；《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》GB5007-2002中擴(kuò)展基礎(chǔ)的構(gòu)造措施第8.2.2條，有墊層時鋼筋的保護(hù)層厚度不小于40MM，混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C20.第8.4.3條高層建筑筏形基礎(chǔ)的混凝土強(qiáng)度等級不應(yīng)低于C30等。

　　三、設(shè)計使用年限

　　普通混凝土是以水泥為膠結(jié)材料，以天然砂、石為骨料加水拌合，經(jīng)過攪拌澆筑成型，養(yǎng)護(hù)凝結(jié)硬化形成的固體材料。由于物理、化學(xué)作用，施工、環(huán)境因素的影響，混凝土是帶裂縫工作的。

　　當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫較大時，侵蝕性物質(zhì)會通過裂縫滲入混凝土內(nèi)部到達(dá)鋼筋表面引起銹蝕。鋼筋銹蝕養(yǎng)化后體積膨脹將混凝土保護(hù)層漲裂，反過來又加速鋼筋銹蝕，最后導(dǎo)致保護(hù)層剝落。鋼筋銹蝕后，鋼筋的有效面積減小，強(qiáng)度降低導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力下降。另一方面銹蝕鋼筋的抗滑移能力降低，有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移破壞。由此可見隨著時間的推移，混凝土結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)承載力方面的問題，有時甚至?xí)谴嘈云茐摹＿@就是混凝土耐久性問題的根源。

　　由于耐久性問題對結(jié)構(gòu)抗力的影響，所以混凝土結(jié)構(gòu)不僅應(yīng)進(jìn)行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的計算，而且還應(yīng)保證其在相當(dāng)長的時期內(nèi)滿足設(shè)計規(guī)定的功能要求。這個時間區(qū)段稱為“設(shè)計使用年限”。

　　設(shè)計使用年限是指設(shè)計規(guī)定的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不需進(jìn)行大修即可按其預(yù)定目的使用的時期。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，設(shè)計使用年限對臨時結(jié)構(gòu)是5年；易于替換的結(jié)構(gòu)構(gòu)件為25年；普通房屋和構(gòu)筑物為50年；記念性建筑和特別重要的建筑結(jié)構(gòu)為100年。

　　四、結(jié)語

　　由于影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素很多，學(xué)習(xí)研究不深，難以達(dá)到定量設(shè)計的程度。規(guī)范采用了宏觀控制的方法，即根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限和環(huán)境類別對結(jié)構(gòu)混凝土提出相應(yīng)的限制和要求，以保證其耐久性。這種方法概念清楚，設(shè)計簡單。規(guī)范規(guī)定設(shè)計人員在設(shè)計圖紙上應(yīng)標(biāo)明建筑結(jié)構(gòu)的使用年限，為此，設(shè)計人員應(yīng)結(jié)合巳有的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)?shù)毓こ探ㄔO(shè)實(shí)踐認(rèn)真進(jìn)行結(jié)構(gòu)的耐久性設(shè)計。