【摘要】混凝土结构的耐久性设计是提高混凝土结构使用寿命的关键,是保证建筑结构质量的关键,无论是民用建筑、道路工程还是桥梁港口建设等都离不开钢筋混凝土,而钢筋混凝土作为一种具备极强耐久性能的建筑材料,在长期的使用过程中以及自然环境的侵蚀下,其耐久性会逐渐降低甚至丧失,为使建筑物或构筑物功能得以更好发挥,并确保其安全和稳定,加强混凝土结构的耐久性设计十分必要。本文从影响建筑耐久性的因素出发,并提出了相应的解决措施,希望能为以后的工作起到实际的参考作用。
【关键词】 钢筋混凝土;耐久性设计
1、混凝土结构全寿命分析的重要性
第一,根据相关法律规定,设计单位和个人对设计项目实行“质量终身负责制对建筑质量负终身责任,同时规定设计文件中应明确规定工程的合理使用年限,这实际上就是对建筑工程的耐久性提出明确要求。以往待工程验收后,设计、工程承包方和监理就算基本完成任务。一般不再承担使用期间环境破坏、修复重建等相关义务和责任。这就造成了大量工程因耐久性不足引起的由国家承担的经济损失。
第二,混凝土是工程中用量最多的建筑材料,也是最主要的结构材料,钢筋混凝土结构已成为世界上应用最广泛的结构形式。
第三,我国是一个发展中的大国,正在从事着为世界所瞩目的大规模基本建设,而我国的财力有限、能源短缺、资源并不丰富,因此战略上要高瞻远瞩,有效地利用资金,节约能源,因此加强钢筋混凝土结构耐久性研究,对提高设计质量,延长结构使用寿命具有重大意义。
2、影响耐久性设计因素分析
2.1环境因素
混凝土结构的使用时间和混凝土所在的环境非常密切,根据不同级别的建筑物来进行耐久性的设计工作,在整个设计流程中要非常关注混凝土结构所在的环境。在特定的环境中,使用结构的的材料随着时间的变化而发生变化,会缩短使用寿命。只有在不良的环境下进行结构的技术手段,才可以更好地保证设计的使用时长标准。所以,为了更好地进行混凝土结构耐久性的设计工作,要根据整个混凝土结构所在的环境进行设计。
2.2部分混凝土碳化
所谓的混凝土碳化是指水泥中的碱性物质和空气中的二氧化碳发生了反应,使得混凝土的成分、组织及性能发生改变,进而导致混凝土机能下降的一个过程。在出现了碳化的情况后之后,会使得混凝土碱性降低,并且还会导致钢筋表面的钝化膜遭到破坏,使得水泥不能够有效的保护钢筋,从而导致钢筋锈蚀的加快。所以对于混凝土结构而言,混凝土的抗碳化能力是衡量其结构耐久性的一个重要指标,如果混凝土的抗碳化能力强,那么其结构耐久性就好;相反则混凝土结构的耐久性容易受到碳化的影响。
2.3氯离子的侵蚀
氯离子对混凝土的侵蚀是氯离子从外界环境侵入已硬化的混凝土造成的。海水是氯离子的主要来源,北方寒冷的冬季向道路、桥面撒盐化雪除冰都有可能使氯离子渗入混凝土中。氯离子对混凝土的侵蚀属于化学侵蚀,对结构的危害是多方面的,但最终表现为钢筋的锈蚀。
3、钢筋混凝土结构耐久性设计内容
3.1材料的选择
根据钢筋混凝土结构的使用环境,预计使用年限以及耐久性等级等方面的要求来选择钢筋混凝土材料以及水灰配合比和水泥用量;针对冷冻环境下的钢筋混凝土要掺入一定量的引气剂;在氯离子侵蚀的环境下要保证钢筋混凝土原材料中的氯离子不超过水泥用量的1%;在出现化学反应的环境中,针对主要受力的结构部分可采用环氧土层的钢筋材料或者具有抗腐蚀性的合金钢材。
3.2注重结构设计的优化
普通混凝土和预应力混凝土是根据不同侵蚀环境条件和使用年限不同选择不同混凝土保护层,厚度至少在二十毫米至七十毫米之间。在一些遭受严重侵蚀的环境下要控制受力钢筋直径,至少十六毫米。结构构造的表面条件,要简洁利用排水,室外构件要设置滴水沟,处理好结构接缝,例如桥梁的盖梁和桥墩的接触部位、海岸浪溅去的墩台部位的结构等。为了防止建筑屋面面层与混凝土顶板之间保温层积水,要设置防水层,如果结构周围有严重的化学侵蚀,那么要做好混凝土表面的防侵蚀涂层。
3.3加强构造筋的配置
混凝土结构的任何损伤与破坏,一般都是首先在混凝土中出现裂缝,裂缝是反应混凝土结构病害的晴雨表。反过来,裂缝的存在会增加混凝土渗透性,提供了使侵蚀破坏作用逐步升级,混凝土耐久性不断下降的渠道。当混凝土开裂后,侵蚀速度加大加快,形成导致混凝土结构耐久性的进一步退化的恶性循环。因此,防止和控制混凝土裂缝,对提高混凝土结构的耐久性是十分重要的。控制混凝土的裂缝,除按规范要求,控制正常使用极限状态的工作裂缝以外,更重要的是要采取构造措施,控制混凝土施工及使用过程大量出现的非工作裂缝。2004年颁布的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》突出强调了加强水平防缩钢筋和箍筋在控制裂缝中的作用,提高了水平防收缩钢筋的配筋率和箍筋间距的限制。
3.4加强后期的养护
工作人员需要根据有关的质量规定,就比方进行拌制混凝土的同时,要进行施工工艺的选择,包括对裹砂法以及裹砂石法的选择,为了更好地保证混凝土拌合材料的容易拌合、整体材料的强度以及保存水的能力的提高,同时,施工人员还要根据施工为了达到的目的、施工的环境、水泥的品种、混凝土的性质等等来更好地建立有效合适的结构养护系统。使用混凝土结构的时候,要非常清晰的知道结构的重要位置以及维护检测的时间周期。建立健全混凝土结构的检测体制,要及时发现问题,做好及时进行维修,保证混凝土结构的安全使用。
结语:
总之,钢筋混凝土结构作为一种重要的结构形式在工业与民用建筑建筑、道路和桥梁工程、港口与水利工程,必须高度重视其耐久性设计。因此,作为混凝土结构设计是保证建筑结构稳定性的关键,作为设计者要不断的去完善设计、提升设计、为建筑工程不断发展做出努力。