混凝土结构的耐久性在建筑施工中的探讨

混凝土材料在工程建设中有着其他材料无法代替的重要地位。长期以来, 人们对混凝土的强度的研究很深入。在高强混凝土技术的应用中, 其耐久性因素尤为重要。混凝土结构的耐久性问题是国内外土木工程界的一个难题, 也是当前国际上结构工程学科重要的前沿研究领域之一。国外一些发达国家早在2 0世纪初期就开始了混凝土结构耐久性的研究, 并取得了显著成果, 编制了有关耐久性的规范、规程等技术标准。

1 混凝土结构耐久性及研究现状

结构耐久性是指结构在设计要求的目标使用期内, 不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。混凝土结构耐久性设计是在考虑影响混凝土结构耐久性的内外因素下, 将结构的可靠性问题沿时间坐标轴展开, 使新设计的结构可靠性在规定的目标使用期内不低于规范要求, 即无需花费大量的资金维修与加固。目前工程设计人员对混凝土结构耐久性设计意识不强的情况在国内外普遍存在。但是, 随着时间的增加, 混凝土结构进入维修、加固阶段, 混凝土耐久性问题变得更加的严峻, 有关混凝土结构的耐久性问题已经不得不引起了国内外学术界和工程界的极大重视。

2 影响混凝土结构耐久性的因素

(1) 混凝土的碳化混凝土中水泥石含有氢氧化钙Ca (OH) 2而呈碱性, 其在钢筋表面形成碱性薄膜而保护了金属钢筋免遭酸性介质的侵蚀, 起到“钝化”保护作用。但大气中存在的酸性介质及水通过各种孔道、裂缝而渗入混凝土, 可以中和这种碱性。混凝土碳化的速度十分缓慢, 并且与混凝土的质量, 环境条件等因素有关。几十年的时间碳化深度才达到钢筋的表面, 从而消除钢筋表面的钝化膜——脱钝, 使钢筋的锈蚀成为可能。

(2) 化学侵蚀水可以渗入混凝土内部, 当其中溶入有害化学物质时, 即对混凝土的耐久性造成影响更大。酸性物质对水泥水化物的侵蚀作用最大, 酸性侵蚀的混凝土呈土黄色, 水泥剥落, 骨料外露。此外, 浓碱溶液渗入结晶使混凝土被胀裂和剥落;硫酸盐溶液渗入后与水泥发生化学反应, 体积膨胀同样会造成混凝土破坏。

(3) 冻融破坏混凝土的抗冻性与其孔结构密切相关, 混凝土孔隙率和孔径分布, 决定了孔溶液的冰点和结冰量。结冰的孔溶液量越多, 混凝土内部所受到的静水压力越大, 混凝土遭受的冻害越严重。混凝土水化结硬后, 内部有很多毛细孔。低温时水分因结冰产生体积膨胀, 引起混凝土内部结构破坏。反复冻融多次, 就会使混凝土的损伤累积达到一定程度而引起结构破坏。

(4) 温湿度变化的影响混凝土会热胀冷缩, 同样也会在干燥失水时收缩而在泡水浸润后膨胀。这种作用的交替进行, 特别在骤然发生时 (如夏季阳光暴晒下的混凝土受骤雨的冲刷) , 会因混凝土表层及内部体积变化不协调而产生裂缝。这些因膨胀不均而引起的损伤日积月累, 导致混凝土内部组织的破坏, 最终会削弱结构抗力。

(5) 混凝土的碱集料反应混凝土集料中的某些活性矿物质与混凝土微孔中的碱性溶液产生化学反应。产生的碱、硅酸盐凝胶, 吸水膨胀, 体积增大, 从而导致混凝土的剥落、开裂、强度降低, 甚至破坏, 而目前尚未有有效的修补方法, 故被形象称为混凝土的“癌症”。

(6) 机械和生物作用反复的机械作用 (磨损、冲刷等) 会削弱混凝土结构, 天长日久以后因损伤积累而影响抗力。其余如冲撞, 碰击等也会影响混凝土结构, 生物的腐蚀作用也不能忽视。苔藓及攀附生物对结构混凝土的损伤常见于城市排污工程及海洋工程。

3 混凝土结构耐久性设计

结构设计包含方案设计 (概念设计、构思、选型等) 和结构分析 (或核算) 两个内容。我国《建筑结构可靠度设计统一标准》对设计使用年限进行了分类, 混凝土具有足够的耐久性能是混凝土结构满足设计使用年限的保证。针对目前工程设计人员对混凝土结构耐久性设计意识不强的情况, 建议在施工图中, 混凝土的耐久性能设计应列为单独一章。还可以根据工程的结构形式和特点为施工中如何提高和保证混凝土的耐久性, 提出和推荐具体的方案和措施。混凝土结构耐久性设计也应在结构整体方案设计时给予全面考虑。混凝土结构耐久性降低往往在多种因素作用下导致开裂, 使保护层变薄, 进而使钢筋锈蚀。构件初始裂缝、应力水平、变形量等将影响耐久性起始条件。从耐久性考虑应通过结构选型、结构布置将处于不利条件下结构分体系、构件、构件某部分的裂缝宽、应力水平、变形量定性的加以控制。

4 施工与混凝土结构耐久性

施工是保证混凝土质量的关键, 很多结构耐久性低下并造成结构损伤的现象都是由于施工造成的缺陷引起的。因此, 通过加强对混凝土施工质量的控制, 严格按照有关技术规程要求组织施工, 提高施工作业水平, 以满足结构耐久性的要求。主要措施有: (1) 从施工的源头抓起, 严把材料质量关, 摒弃传统观念和做法, 使用高性能混凝土高性能混凝土是一种新型高技术混凝土, 是在大幅提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土, 它以耐久性作为设计的主要指标, 重点保证混凝土的耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性等特点, 可以用来建造严酷环境中的结构。 (2) 按照混凝土结构验收规范要求进行施工, 加强施工工艺管理, 提高混凝土密实性高密实性是耐久性控制的主要指标, 高性能混凝土由于流动性很高, 易于流平和密实, 一般不需要强力振捣, 但对于普通混凝土, 加强振捣, 合理布点, 是提高密实性的关键措施。由于漏振或振捣不密实而引起的混凝土缺陷已被大量工程实践证明。加强混凝土制备、运输等环节的控制, 提高模板的密封性, 防止漏浆是提高密实性、达到提高混凝土耐久性目标的措施。 (3) 加强对混凝土的早期养护, 防止结构构件裂缝的产生早期保水养护不足对混凝土的强度发展和耐久性均有不利影响, 无论普通混凝土还是高性能混凝土早期的水养护对其性能至关重要, 尤其是掺入大量细掺料的高性能混凝土更需要尽早保水养护, 否则会增加不可逆的自干燥收缩, 引起开裂, 影响强度和耐久性。同时还应注意养护方法, 对不同水泥品种、外加剂、掺料、龄期的混凝土, 合理的选用潮湿养护、水养护和养护剂养护, 以取得良好的养护效果。 (4) 采取有效措施, 在施工中确保国家规范和设计文件中规定的混凝土保护层最小厚度笔者曾对一烂尾楼进行过改造设计, 该楼为框架结构。在改建过程中检测发现, 砼强度能满足或大于设计值, 但存在一大通病就是梁、柱、板构件中钢筋的混凝土保护层厚度不能满足规定, 个别地方钢筋甚至裸露在外, 钢筋锈蚀问题突出, 严重影响结构的安全性和耐久性。修复工作大, 造成浪费。施工中如何保证混凝土的厚度, 是一个复杂而细致的问题。施工组织设计时, 应根据具体的结构形式和构件的特点, 拿出具体方案, 施工中加强监督和管理。分部工程验收时也应加强这一方面的检测。

摘要：在大量的工程实例表明, 大多数混凝土结构的破坏已不再是强度不足而引起, 而由于混凝土结构的耐久性不够而引起的。混凝土结构的耐久性问题也是当前国际结构工程前沿研究领域之一。本文主要讲述了混凝土结构的耐久性及研究现状等问题以供参考。

关键词：建筑施工,混凝土结构,耐久性,问题探讨