基于耐久性的建筑工程混凝土结构设计分析

孙长胜

（济南君兴建设材料试验有限公司 山东济南 250000）

基于耐久性的建筑工程混凝土结构设计分析

孙长胜

（济南君兴建设材料试验有限公司 山东济南 250000）

建筑混凝土结构耐久性的设计原则，指的是建筑混凝土结构设计在规定范围的使用年限里，能够维持建筑结构的耐久性。建筑混凝土结构设计中一般常见的耐久性问题，如混凝土结构中出现大范围的裂缝，钢筋锈蚀等。本文主要结合在混凝土结构设计过程中应考虑的相关因素，完善建筑混凝土结构的耐久性设计理念。

建筑工程；混凝土；机构设计；分析

1 混凝土耐久性结构的设计方法

1.1 混凝土耐久性的设计以及原则

在混凝土结构应用中，其周围的环境能明显的致使混凝土的结构材料的性能发生变化，并且随时使用时间的延长而劣化，所以混凝土的结构耐久性设计是其结构设计中必不可少的重要内容。在进行混凝土耐久性设计方面，设计人员首先要明确这个结构耐久性的目标是什么，也就是预期设计中的使用寿命是多少，然后要清楚耐久性的失效标准是什么。关于结构的预期设计使用寿命情况，我国新新修订《建筑结构设计统一标准》已经明确把结构设计的使用年限划分为四类。而对于耐久性的失效标准的定义，大多数的看法都是有两种相关的规定，就一般的钢筋混凝土结构而言，大多数的看法都是有两种耐久性失效标志。①结构因为混凝土耐久性能的退化，进而直接导致结构发生变形，不能满足正常的使用要求，原因基本上都是钢筋锈蚀，进而出现混凝土沿顺筋开裂使正常使用耐久性失效标准。②因为结构性能的退化，而导致结构承载能力降低，在承载能力达到极限状态下，称之为承载能力耐久性失效标准。前者比较容易识别，也有不少计算方法提成；而对后者的失效标准教难界定，耐久性损伤混凝土结构承载能力的计算，目前还没有工人的合理的计算方法。

1.2 耐久性极限状态下的设计原则

混凝土的耐久性在极限状态下的设计原则是，混凝土在使用寿命的范围内，其抵抗环境的作用能力，一定要大于环境对结构的作用效应。在实际操作中，可以按环境的类别来确定环境的作用效应，在通常的设计中，可以把工作的环境划划分为两个方面，一个是大气环境，土壤环境，还有海洋环境和水影响的环境以及特殊工作下的环境等。同时我们还要根据混凝土的结构在工作环境下的状况，进而才能确定混凝土的耐久性的极限状态值是多少。同时我们在对大气环境下的混凝土的结构耐久性的极限状态又分为几个方，比如说是对于不允许钢筋锈蚀结构构件。还有就是通过混凝土的炭化，进而达到主要的钢筋表面，也是混凝土耐久性极限状态下的标志。对于允许有限的锈蚀的构件，如果钢筋截面质量的损失率达到1%，也是混凝土耐久性极限状态的标志表现。

2 建筑工程混凝土结构设计分析

2.1 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。

2.2 混凝土结构中防冻融保护设计

冻融害是造成建筑的混凝土结构破坏的一个重要影响因素，特别是高纬度的寒冷地区。由于建筑的混凝土结构设计过程中，应充分考虑到会有一些游离水会滞留在混凝土中，从而形成相连通的细孔结构。当混凝土中的水处于饱和状态时，混凝土中游离水遇冷则可能会冻结成冰，使混凝土结构的体积膨胀，由于细孔壁要同时承受着膨胀压和渗透压，这两种压力超过了混凝土抗拉的最大强度时，建筑中的混凝土结构就会发生开裂，而交替反复的冻融侵害，会进一步加大混凝土结构的裂缝，从而大面积破坏混凝土结构。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。

2.3 混凝土结构中钢筋锈蚀防护设计

在混凝土结构建筑中，钢筋锈蚀会导致膨胀现象，从而导致混凝土结构开裂，而开裂会使环境中的有害物质进入到混凝土结构内部，进而加剧钢筋的锈蚀，形成后果严重的恶性循环。在我国普遍存在着氯盐环境，当混凝土结构中钢筋表面的氯离子达到浓度的临界值时，会严重破坏钝化膜，使钢筋产生锈蚀现象，铁锈膨胀会造成混凝土结构的开裂，影响混凝土与钢筋的粘结力，此外混凝土的炭化也会造成钢筋的锈蚀。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。

综上所述，混凝土结构的耐久性设计，应综合考虑原料、锈蚀及环境等因素，通过选取高质量的原料及掺料，控制混凝土的总含碱量，做好混凝土的防冻融工作，同时提高混凝土的抗腐蚀性，能够有效提高建筑的混凝土结构的耐久性。

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TU37

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2016-8-20