钢筋混凝土结构耐久性设计分析

张翼

【摘 要】大部分民用建筑与工业建筑工程均采用钢筋混凝土结构，究其原因主要看中该结构的耐久与稳定，进而实现建筑的长久安全，可见无论从研究层面还是从施工角度，寻求钢筋混凝土结构耐久性有利于建筑行业发展进步，有利于促进人类社会发展。由于自然环境变化与人为破坏等因素，钢筋混凝土结构耐久性面临考验，加之新旧耐久性设计规范的出台，考量标准、设计标准发生变化。文章首先对新旧混凝土结构耐久性设计规范做简单阐述，接着分析影响钢筋混凝土结构耐久性代表因素，最后对提升结构耐久性给出策略建议，以期为相关领域的研究提供有价值的参考。

【关键词】钢筋混凝土结构；耐久性设计；分析

前言

钢筋混凝土结构通过科学合理的利用钢筋优势与混凝土特点，提升建筑的刚度、强度、防火与耐久性，一直以来广为民用建筑、工业建筑工程等应用。在建筑设计中，通过考察实地环境，考虑建筑应承受的重量及相关构件应达到的状态，对钢筋混凝土结构做调整，尽管如此由于自然环境的不断变化，结构材料的老化及人为破坏等，建筑物的实际寿命不及预期，由于耐久性不足，很大程度上形成一定的资源浪费、追加成本等，随着新混凝土结构耐久性设计规范的出台，旧有的设计发生变化，这就要求我们更加重视钢筋混凝土结构耐久性的影响因素，通过分析以科学的手段提升耐久性，促进建筑长久为人们服务。

一、新旧混凝土结构耐久性设计规范阐述

2002年我国在《混凝土结构设计规范》中提到混凝土耐久性设计，2004年、2005年进行了新的修订，2007年中国工程建设标准化协会对混凝土结构耐久性做出了进一步评定标准，直到2008年《混凝土耐久性设计规范》正式出台，次年开始执行，至此完成了新旧规范的过度，在建筑设计中，新标准开始指导结构设计，建筑行业进入新阶段。

从混凝土最低强度等级角度看，旧规范中规定混凝土结构使用年限分别为50年、100年，而新规范针对混凝土最低强度等级中对结构做了三个等级划分，分别为30年、50年、100年。其中针对非冻融环境，新规范相对较高，除此之外，新规范不仅考虑到使用年限，还设计了改善抗冻性能等，更便于设计人员实际操作。

从混凝土裂缝宽度限值角度看，裂缝会对钢筋腐蚀造成影响，裂缝宽度越大越会加深腐蚀。依据旧规范来看，对裂缝的计算要大于国内外其他规范标准值，且对于裂缝宽度过分苛刻，新规范出台后，对裂缝宽度作出调整，相对旧规范标准值也相对宽松些。值得一提的是，提升混凝土保护厚度会提升裂缝宽度值，但相对抑制构件锈蚀较为有利，新规定中针对预应力A类根据相关规范标准自有计算裂缝宽度的方法，通常不考虑保护层厚度对裂缝宽度产生的影响。

从钢筋保护层厚度角度看，钢筋混凝土结构中结构耐久性设计会着重考虑保护层厚度，旧规范中提到混凝土保护层通常根据设计经验来判断，尽管有理论支持，但实际考量却很少。新规范中，比照了大量优劣工程现状及相关调查结果，加之建模核查，对于厚度的规定数值更高了，通过对使用年限的考量，对结构部件的调整，旧规范中的“壳”改成了面形结构，从几何的角度解析归类构建，更有利于实际操作。

从氯离子、三氧化硫、碱含量限值的角度看，以最大使用年限为50年的级别来看，旧规范二类A中氯离子含量要低于3%，碱低3%，二类B中氯离子要低于2%，碱低于3%，对最大使用年限为100年的规定相对模糊，只提到了采取有效措施，且没有对三氧化硫含量做规划。新规范中提到二类A中氯离子含量低于0.08%，三氧化硫最多低于胶凝材料的4%，不同的环境含量会有所不同，尤其针对碱含量，在骨料无活性干燥环境中，碱含量低于3.5%，湿润环境则小于3.0%，需要注意的是，骨料有活性的环境下，要严格控制碱含量，且要参杂些许矿物合料。

二、影响钢筋混凝土结构耐久性因素

1.钢筋锈蚀。引起钢筋锈蚀的元素有很多，如混凝土保护层厚度、保护层密实度、材料构成，相关矿物质含量等，当空气中的二氧化碳、氯离子等相关有害物质侵入混凝土内部，引起内部材料与碱性物质产生反应，形成中和反应，不断降低结构中的PH值，久而久之钢筋钝化膜遭到破坏，随着氧气与水参与反应，钢筋锈蚀开始。钢筋锈蚀后铁锈的体积不断膨胀甚至达到原来的4倍，压力大了，混凝土裂缝增大，导致更多的腐蚀物质侵入通道，形成恶性循环，混凝土结构逐渐被破坏。

2.冻融因素。外部环境对耐久性影响很大，当混凝土结构处于冰点环境下的时候，结构内部空隙中的水会冻成冰，体积逐渐膨胀，位置也会产生变化，形成更大的压力，当巨大的压力超过混凝土结构的抗拉强度底线时，结构势必开裂，耐久性遭到破坏。

3.化学因素。当环境发生变化时，一些化学变化会导致结构耐久性受到侵害。如混凝土碳化情况，这是一种常见现象，大气中的二氧化碳始终围绕着建筑物，混凝土中的氢氧化钙会与之结合发生化学反应，产生碳酸盐等物质，降低了水泥的强碱性，这形成了混凝土的碳化，至此混凝土开始收缩，裂缝宽度不断增大，损害建筑寿命；再如酸性腐蚀，当雨水冲刷溶解水泥时，形成了一些氢氧化铝等物质，水泥石孔会增大，混凝土强度会降低，水中一些酸性物质会加速混凝土侵蚀，结构耐久性遭到严重破坏；再如硫酸盐的破坏，盐溶液与水泥中的矿物质发生化学反应，生成硫铝酸钙及石膏等，体积增大，会不断瓦解混凝土。

三、提升混凝土结构耐久性措施

首先坚持耐久性设计原则。在做结构设计时，设计师要明确耐久目标，做好项目寿命预期，而且还要清楚相关结构失效的标准，按照新规范将机构设计使用年限划分四类。尽管目前没有对耐久性失效标准的统一规范，但根据经验与相关研究结果显示，耐久性遭损引起结构变形导致建筑无法正常使用这是标准之一，再有钢筋锈蚀，混凝土开裂也是标准之一，当结构承载能力到到极限，我们也会知道结构耐久性基本失效。

其次做好材料选择。在选择材料时要参考项目实际环境条件，要达到的使用年限及相关预期的耐久性等，原材料配比，不同强度的混凝土的应用相对重要；再有坚持按照要求达到钢筋保护层厚度标准；在氯离子含量过多的情况下，要做好混凝土中氯含量的控制；在选择钢筋时，选择抗腐蚀性强的很重要，且钢筋间距要易于振捣；最后还要考虑截面那就行，计量延缓角区钢筋腐蚀速度，提升保护层厚度，改变配筋形式。

再次做好劣化防范措施。在设计施工过程中，当人员作业出疏漏或使用环境越来越恶劣导致结构耐久性出现明显恶化时，应立刻采用补救措施，涂层是一种方法，即采用一些防护装饰涂料刷覆在结构面，还可以涂20mm的刷水泥砂浆，减少或组织空气中有害物质的侵入，减缓结构中的钢筋的锈蚀；还可以使用阴极防腐的方式，混凝土中的盐度差别，钢筋中存在电极差，钢筋会锈蚀，这时我们可以在混凝土表面增加一层导电涂料，也可以铺设导电材料，通过该方法将钢筋阴极与整流电源正极连接，这样新的电位差形成，进而钢筋的锈蚀得到控制。

四、结束语

钢筋混凝土的耐久性设计对建筑物的寿命至关重要，通过我们对新旧规范的对比分析，挖掘影响钢筋混凝土结构耐久性的因素，并提出相关策略建议，即坚持耐久性设计原则、做好材料选择、做好劣化防范措施等，通过分析研究拉动建筑行业发展进步，促进建筑寿命的提升，有质量更安全的为社会服务。

参考文献：

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[3]徐立志.钢筋混凝土结构耐久性设计分析[J].民营科技，2011.04.