混凝土結構耐久性設計的內容與要求分析
2008-11-18 00:00
關鍵詞：混凝土; 耐久性; 結構
1．耐久性等級
根據(jù)混凝土結構在使用過程中需要維修的程度可劃分不同耐久性等級:
1.1 級耐久性:一般針對室內干燥環(huán)境下的住宅、辦公樓等室內構件。僅需一般性的粉刷或油漆防護，即可滿足在規(guī)定的使用年限內所要求的年限。
1.2 級耐久性:針對露天環(huán)境或高溫高濕環(huán)境下的構件，在規(guī)定的使用年限內偶爾需要進行維修的情況。維修的方法可能是修補或更替?zhèn)€別構件。
1.3 級耐久性:在沿海地帶或受凍融作用的環(huán)境以及使用除冰鹽的結構。在規(guī)定的使用年限內需要經(jīng)常維修的情況。
2．耐久性設計原則
在進行混凝土耐久性設計時，設計人員應首先明確該結構耐久性目標是什么，即預期設計使用壽命是多少;其次是要清楚耐久性失效標準是什么。對于擬建結構的預期使用壽命已明確將結構設計使用年限劃分為4類;對于耐久性失效標準的定義，目前尚沒有一致的看法，對于一般的鋼筋混凝土結構，多數(shù)的觀點認為有兩種耐久性失效標志:一種是結構由于耐久性能退化導致結構的變形不能滿足正常使用的要求，多數(shù)以鋼筋銹蝕發(fā)展到出現(xiàn)混凝土沿順筋開裂作為正常使用耐久性失效標準;另一種是以結構性能退化導致結構承載能力降低到承載能力極限狀態(tài)，稱為承載能力耐久性失效標準。
3．耐久性設計內容與要求
3.1 耐久性材料的選擇：
(1) 根據(jù)使用環(huán)境條件、設計使用年限和耐久性等級的要求，選擇混凝土原材料和配合比，并選用不同強度等級的混凝土、水灰比和水泥用量。環(huán)境侵蝕作用輕微時，混凝土強度等級可用C25，水灰比可以是0.6左右，水泥用量在260kg/m3左右;而當環(huán)境侵蝕作用嚴酷時，混凝土強度等級 C40，水灰比可以是0.6左右，最低水泥用量在380kg/m3左右。
(2) 對用于凍融環(huán)境下的混凝土，可根據(jù)平均凍融次數(shù)的不同，摻入不同數(shù)量的引氣劑，占水泥重量的4.5%-7%。
(3) 對有氯鹽侵蝕的環(huán)境(海岸周圍或使用除冰鹽時)要控制混凝土中的氯離子含量，應 0. 1%的水泥重量。
(4) 有嚴重化學侵蝕作用的環(huán)境，受力鋼筋可考慮采用環(huán)氧涂層鋼筋或耐腐蝕的合金鋼材。
3.2 結構構造設計：
(1) 要區(qū)別普通混凝土和預應力混凝土，分別針對不同的侵蝕環(huán)境和設計使用年限，取用不同的混凝上保護層厚度，少則20mm，多則70mm。
(2) 構件處于可能遭受嚴重銹蝕環(huán)境時，應控制受力鋼筋最小直徑為16mm。
(3)合理地選擇結構構件截面的幾何形狀，使其不能形成侵蝕性物質的停留區(qū)，構件的截面積與表面積應具有適當?shù)谋壤?nbsp;
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(4) 室外構件宜設滴水溝，防止雨水從構件側面流向底面。
(5)混凝土墻板在侵蝕環(huán)境中承受溫度和濕度作用時，應注意通風，避免過高的局部潮濕和水氣聚積。
(6) 用離心法制作的混凝土結構構件可達到有效的密實度，用于架空輸電線路的離心法混凝土電桿，在嚴寒氣候條件下具有較高的抗蝕性。
(7) 混凝土構件的配筋布置要保證足夠鋼筋間距，避免保護層不足引起鋼筋過早銹蝕或混凝土保護層剝落。
(8) 構件的設計應避免出現(xiàn)過大裂縫，在荷載作用下，混凝土表面裂縫計算寬度 0.2 mm，對有氯離子侵蝕的環(huán)境和預應力混凝土構件，其寬度 O.lmm。
(9) 構件中的應力狀態(tài)和大小，在很大程度上會影響混凝土的滲透性及其與活性介質相互作用的速度，在彈性應變范圍內，材料的受壓和受拉都會引起結構的孔隙、毛細管和裂縫發(fā)生可逆變化，在彈塑性區(qū)也影響材料的顯微結構和多孔結構，所以要加強混凝土的密實性。在任何情況下，張拉都會加大混凝土的滲透性，降低其抗腐蝕性。
3.3 裂縫寬度的限制：
(1) 現(xiàn)行《混凝土結構設計規(guī)范》( GB50010-052 )給出不同環(huán)境類別下裂縫寬度限制值，如裂縫控制等級為三級(允許出現(xiàn)裂縫構件)的最大裂縫寬度限值，室內正常環(huán)境下的受彎構件，最大裂縫寬度可放寬到0.4 mm，對處于露天干濕交替環(huán)境下的構件，允許的裂縫寬度可放寬到0.2 mm，對處于氯離子侵蝕環(huán)境下的鋼筋混凝土構件，建議裂縫寬度 0.1 mm。
(2) 對一類環(huán)境下的預應力混凝土屋面梁、托梁、屋架、托架、屋面板和樓板，應按二類裂縫控制等級進行驗算，在一類和二類環(huán)境下，對需作疲勞驗算的預應力混凝土吊車梁，應按一級裂縫控制等級進行驗算。
3.4 施工要求：
(1) 混凝土結構及構件宜整體澆筑，不宜留施工縫。當必須有施工縫時，其位置及構造不得有損于結構的耐久性。
(2) 拌合的混凝土應盡快入模，應以適當?shù)乃俣葷仓炷?，混凝土自由下落的高度不宜大?.5m。
(3) 混凝土應充分振搗;分層澆筑時，連接部位的混凝土應重點振搗。
(4) 在寒冷條件下澆筑混凝土時，混凝土材料、鋼筋、模板及與混凝土接觸的堆料地面都不得溫度過低?；炷敛牧峡蛇m當加溫后攪拌，使混凝土保持適當?shù)挠不瘻囟取?nbsp;
(5) 不宜將與混凝土起化學作用或與鋼筋起電解作用的設備套管等預埋入結構構件內;當必須這樣做時，應在其外涂刷或覆蓋有效的防護膜。
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(6) 鋼筋應在模板內正確定位，綁扎牢固，澆筑和振搗混凝土時不得移位，宜采用抗銹的鋼絲綁扎鋼筋，鋼絲的頭不得伸進混凝土保護層內。
(7) 墊塊的厚度應在保證鋼筋混凝土保護層正確，宜采用水灰比小于0.4的水泥漿或細石混凝土制作。水平鋼筋的墊塊每平方米不得少于少不4塊;豎向鋼筋的墊塊每平方米不得少于少不2塊。
(8) 模板應有足夠的強度和致密性，澆筑和振搗混凝土時模板不得移位、變形和漏漿。1, 2級結構構件的模板內宜襯無紡布。不得將模板的金屬連接件殘留在混凝土保護層內。
3.5 對結構使用的要求：
(1) 要明確結構構件正常工作使用的界限，結構物是由多種部件組成的，各構件暴露的環(huán)境有別，其耐久壽命也有區(qū)別，相對而言，房屋結構中的屋面、陽臺、女兒墻要比室內梁、柱使用壽命短;橋梁結構中的防水層、伸縮縫、護欄要比梁、橋墩更易于損害，為此，耐久性設計應明確提出結構使用期內需要維修和更換部件的內容及預期更換的時間。
(2) 對于特別重要的結構物或處于嚴重侵蝕環(huán)境下的結構物或已有損傷的結構物，應提出使用期內需要定期檢測的內容和要求，如不均勻沉降的速率和傾斜的趨勢，裂縫開裂和構件變形程度等。
結束語：
混凝土結構耐久性分析與評估是關系到結構可靠性與合理性的重要課題，是當前混凝土結構理論研究的一個熱門話題，它涉及到混凝土材料耐久腐蝕理論、建筑結構可靠度設計準則、混凝土結構維修加固等諸多方面知識，其分析與應用方法的研究對實際工程建設起著關鍵作用。
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