混凝土结构的耐久性研究

混凝土结构的耐久性研究

由于混凝土结构材料自身特点和使用环境的特点，混凝土结构存在着严重的耐久性问题。本文介绍了混凝土结构的耐久性研究的现状、影响因素及提高混凝土结构耐久性的应对措施等，进而提出了一些针对我国混凝土结构提高耐久性的方法和建议。

标签：混凝土结构耐久性影响因素可靠度

0 引言

混凝土耐久性是指混凝土在使用条件下抵抗周围环境中各种因素长期作用而不破坏的能力。环境对混凝土结构的物理化学作用以及混凝土结构抵御环境作用的能力是影响混凝土结构耐久性的因素，对现有混凝土结构进行的耐久性检测与评估十分重要。

导致结构耐久性失效因素很多，大体可以分为以下几种情况：

1 导致结构耐久性失效的原因

1.1 结构师考虑不周造成的原因

虽然结构设计师最大程度的考虑了结构安全和使用的各方面因素，但技术人员对规范的领悟深度水平参差不齐，而且不同工程具有不同的结构特点、环境和施工质量差异，这些因素都会在建筑结构中留下隐患，引起结构耐久性失效。

1.2 结构在使用过程中遭环境侵蚀或损害以及随意改变建筑物的使用功能

结构使用环境对混凝土的侵蚀可分为物理、化学、生物作用，混凝土的耐久性可分为混凝土碳化、氯离子侵蚀、冻融破坏、碱-集料反应和钢筋锈蚀等例。此外意外灾害也是造成结构损害的一个常见因素，例如火灾便是较为常见及损害最严重的意外灾害，对结构产生损害的原因还可能是由于对建筑物使用不当造成的。

随着社会发展，建筑物在使用过程中有时会对原有使用功能进行调整，使用功能和要求的改变，都将使原有结构可靠性改变，其中结构耐久性不容忽视。因此随意调整建筑物使用功能是影响结构耐久性另外一个原因

由此可见，从混凝土结构的耐久性的定义，要素和失效等方面来看，混凝土结构耐久性的研究应从环境、材料、构件和结构四个层次上加以展开，而结构层次的耐久性检测与评估是极其重要的。

2 结构耐久性评价工程背景

混凝土结构耐久性评价是指对现有的混凝土结构，进行系统、严格的测试后来评价结构的可靠性，推断其耐久性能。对结构耐久性的评估最初只是基于结构检测和监测结果，根据损伤退化规律的结构耐久性评估法，该法只是通过调查、现场观测和少量的结构验算，仅仅依靠工程技术人员的知识和经验认定结构耐久性、给出处理建议。整个耐久性评估工作没有什么科学性可言，带有很大的盲目性与主观性。目前这种方法仅仅适用于那些结构单一的混凝土结构。

现阶段的结构设计是基于可靠度理论的极限设计方法，将可靠度理念引入到结构设计中，同时基于概率法的评估方法也被引入到混凝土结构耐久性研究领域。概率法指根据工程结构可靠性设计理论，用结构的失效概率来评价结构安全可靠程度。由于该理论目前尚不够完善，加上影响工程结构的因素很多，所以要运用可靠理论评估工程结构的耐久性还存在一定的障碍。

层次分析法被公认为是目前对混凝土结构耐久性评价中较为科学的方法。层次分析法是根据分级模式设计的评定程序，该方法是把复杂的工程结构分解成相对简单的几个层次，然后分层逐项进行检查，逐层逐步地进行综合，进而得到相应的评估结论。

3 提高混凝土结构耐久性的措施

混凝土遭受各种侵蚀作用的破坏虽各有不同，但提高混凝土的耐久性措施有很多相同之处，即：选择适当的原材料；提高混凝土的密实度；改变混凝土内部的孔结构。

提高混凝土结构耐久性措施主要包括两大类：基本措施和补充措施。

基本措施包括合理选择水泥品种，使其与工程环境相适应；选择级配良好的集料和砂率；适当控制水灰比和水泥用量；掺用合适的外加剂；确定合理的混凝土保护层厚度；加强混凝土施工养护保证混凝土施工质量等。

补充措施是指环境侵蚀作用特别严重时，如果仅是依靠上述基本措施仍旧不能保证工程结构具有良好的耐久性时，需要另外增加的其他防护措施。这类措施主要有四个方面：采用耐腐蚀钢筋、对混凝土进行表面处理、混凝土中掺加阻锈剂及电化学保護。

4 针对我国提高工程结构耐久性的方法建议

4.1 适当提高设计规范中结构可靠度指标

由于我国各个建筑结构设计规范的安全储备不一样，不能强求一律，在适当提高安全度的前提下，可以根据实际情况予以调整。近期完成修订的系列标准规范，都对安全度设置水平做了一定的修改提高。

4.2 采用高强度等级的混凝土和钢筋材料同时提高结构延性

《混凝土结构设计规范》取消了原有低强度混凝土C15，把混凝土强度等级提高到C80。而且混凝土结构用普通钢筋将以HRB400级钢筋作为主力钢筋；预应力钢筋将以强度1860MPa的高强钢丝、钢绞线作为主力钢筋。

4.3 针对不同类别的工程要求安全度不尽相同

《建筑结构可靠度设计统一标准》根据失效后果进行结构重要性分类，并在设计使用年限及目标可靠指标采用了不同的规定，体现了风险分析的思想。在确定结构安全性和安全耐久性水平时，要求结构有一致的安全度水平是不合理的，标准编制和结构设计人员需要对此予以充分的考虑。

4.4 强化结构耐久性设计理念

耐久性设计对混凝土结构设计而言是一个新概念。由于混凝土结构耐久性失效的类型很多，如何界定混凝土结构耐久性失效是一个复杂的综合性问题，它不仅与结构的破损状况而且与结构的重要性以及社会政治、经济等因素有关。

设计是保证结构耐久性的关键步骤，要强化结构耐久性设计理念。现在的终身负责制包括结构耐久性的保证，除了共性要求以外，应针对不同功能、不同使用环境区别对待，采取不同的措施。

4.5 加强施工管理维护、提高混凝土工程质量

对混凝土结构耐久性有重大影响的混凝土密实度和混凝土保护层厚度的变异性，在很大程度上取决于施工质量。要树立混凝土养护全过程充分养护理念，控制好起始养护时间，及时对表面失水状况进行补救处理，充分利用二次抹压，从各个方面进行有效的养护作业，从而提高混凝土的耐久性及可靠性。

4.6 建立服役混凝土结构使用全过程耐久性动态评估方法

目前有关混凝土结构耐久性评估都存在着效率较低、成本高、准确率较差、主观经验性的内容过多等不足之处，主要原因之一就是混凝土结构耐久性检测技术尚不发达，评估方法尚不很科学。所以，研究开发新的结构耐久性检测技术尤其高效准确的无损检测技术即健康监测，建立服役混凝土结构生命全过程耐久性动态评估方法，将是混凝结构耐久性研究领域很有意义和应用前景广泛的发展方向。

参考文献：

[1]苏达根，土木工程材料，高等教育出版社，2003.

[2]王晓初，金明君，杨春峰，混凝土结构耐久性研究现状综述，混凝土，