浅析混凝土结构耐久性及技术措施.pdf

城 携 设 文章编号 1 6 7 2 - 7 0 4 5 ( 2 0 0 8 ) 0 9 - 0 0 6 9 - 0 2 摘要： 本文从合理 的结构设 计 角度 出发 ， 论 述 混凝 土 结构 耐 久 性 及保 证 耐 久性 的技 术 措 施 ， 对 实 际混凝 土工作 耐久 性设 计提 供借 鉴 。 关键词： 混凝土结构耐 陛 钢筋腐蚀 中图分类号 T U 3 7 文献标识码 B 混凝土曾经被人们认为是具有 良好耐久性 的结构用材， 但大量 的 工程案例说明这样 的认识是有偏颇 的 。长期粗放式的设计与施工导致 许多混凝土结构的耐久性并没有达 到设计要求的功能标准， 不少工程 因耐久性不足不得不拆毁重建 。以 下从设计 的角度 出发， 探讨混凝土 结构的耐久性问题。 1 对混凝土结构耐久JI生 的认识 1 1 钢筋腐蚀原理 配置在 混凝 土 内部 的钢 筋表 面， 由于外部的混凝 土会形成一层 高碱 性的钝化膜， 有效地 抑制钢筋 的腐蚀， 当钝化膜破坏， 同时空气 中 的氧和水渗 入到钢 筋， 就会发生腐 蚀， 如图 I 所示。 1 2 影响钢筋腐蚀速度的因素 产生钢筋锈蚀的关键是因为有 害离子如氯离子和 c 0 。 等渗 透到混 凝土内部。大量试验表 明碳化深度 及氯离子的侵入深度与时间的平方 根是呈正 比关系的。即： De =仅 t 2 ( 式中， 不是常数值， 若混凝 土的密实性降低或者大气的相对湿 度加大， 各种物质的侵入速度会增 大， 的值也增大。 ) 由此得出， 表层混凝土渗透性 的强弱决定了钢筋腐蚀速度 。具体 地说， 即保护层的质( 密实度) 和量 ( 厚度 ) 是影响钢筋腐蚀的至关重要 的两大因素。 混凝土是多孔材料 ， 各种物质 的侵入在所难免 。在其他条件完全 相同的情况下， 正 常寿命为 5 O 年的 建筑 物， 若保 护层厚 度减为 原来 的 一 半 ， 建 筑 物 的寿 命 就会 减 少 为 1 2 5 年， 若保护层厚度减为原来 的 i 4 ， 则建筑 物 的寿命就 会 减少为 3 1 2 5 年 。 2 结构设计 2 1 采 用提 高 耐久性的钢材 2 1 1 高强 、 高 性能混凝土 水灰比对 昆 凝土的渗透性有决 定性的影响。高强、 高性能混凝 土 水灰比较小， 多余的水量少， 内部形 成的毛细孔减少， 渗透性减弱， 显示 了极 其 良好 的特点 。而水 灰 比减 小， 意味着细掺料细度更细， 级配也 更合理， 因此具有很高的表面活性 能 ， 并且骨料与水泥凝胶体的接触 面被减小， 孔隙率下降， 原生裂缝很 少， 耐久性必然得到提高 。此外， 高 强 、 高性 能混凝 土变异性 大， 自收 缩 、 塑性收缩 比普通? 昆 凝土更容易 发生 。而且， 高性能混凝土抗拉强 度较高， 弹性模量也高。 2 1 2 对腐蚀轻微敏感的钢材 热轧钢筋是普通钢筋t 昆 凝土结 构中采用的一种对腐蚀轻微敏感的 钢 材 ， 现 在 工 程 中 逐 步 推 行 的 H R B 4 0 0 级钢筋具有高强度、 高延性 及高粘结性 的技术特点， 性能质量 均较 以往有很大提高 。另外， 焊接 钢筋 网能抑制裂缝的开展宽度 ， 在 抑制裂缝方面有明显优势， 也是值 得推广的钢筋类型。 2 2 合理的配筋设计 2 2 1 调幅法 对于钢筋混凝土超静定结构， 如果采用塑性理论来计算结构， 某 一 个截面屈服， 只是认为该处出现 一 个塑性铰， 即超静定结构减少一 个约束， 并不会使其到达承载能力 的极限状态， 当出现足够数量的塑 性铰而使结构成为几何可变体系时 结构才达到破坏状态 。通过调整配 图 1 广移城糖建 设 筋 ， 减少 支座上部承受负弯矩的钢 筋 ， 应力 求使各跨 中最大正弯矩与 支座弯矩值接近相等 。即调整构件 各截面的极 限弯矩， 可 以控制塑性 铰 出现的位置 以及 时间。这种方法 称之为调幅法。 运用该法进行设计时应把握好 两点 ： 下调的幅度应不大于 3 0 ； 严格控制配筋率， 配筋率提高， 塑 性铰转动 能力下降， 截面压 区? 昆 凝 土将过早破坏， 截面不能实现塑性 内力的充分重分布。根据规范规定 亏0 3 5 ， 截面 的塑性 转动能力一 般能满足调幅 3 0 的要求。 在设计抗震框架梁时， 在水平 荷载起控制作用 的情况下， 端部往 往会产生较大的负弯矩。为了获得 足够 的塑性铰变形能力， 对可能 出 项塑性铰的部位抗震框架梁的 端截面应设计为混凝土受压区相对 高度较小的适筋梁。但框架梁一般 只 可做 小 幅 调整 ， 大 约 可 以乘 以 0 8 0 9 的系数， 同时加大正弯矩 的数值 。这样既能控制塑性铰出现 在端部， 又能调减负弯筋的实际配 置量， 平衡框架梁的上下配筋梁量， 保证混凝土的浇筑质量。 2 2 2 并筋法 采用并筋方法也可以减轻钢筋 密集度， 但 由于规范在这方面未作 规定， 如何应用 才能满足粘结的要 求， 还须做进一步的深入研究 。在 工程 中应避免对设计计算所得的配 筋量过于保守地加大。 2 3 合理设计各结构构件 混凝土的浇捣质量往往受到构 件 具体构造 的影响。为此 ， 应注意 以下要点： 构件截面外形、 尺寸应 考虑构件 的受力特点及大小进行设 计， 同时要满足施工条件的要求； 钢筋 的间距应 视工程 承 载情况确 定， 但也要从耐久性 角度选择安全 与经济之间的合理性 ； 钢筋 连接 采用焊接连接或者机械连接方式 ， 搭接长度按规定应采用 1 2 1 a ， 避免 钢筋直径大， 钢筋数量增倍后， 振动 棒无法正常 插入振捣； 选择利于 混凝土浇捣的箍筋类型； 比如， 在抗 震结 构中使 用复式箍 ， 规 范中对肢 距都有相 关规定 ， 一级抗震结构不 大于 2 0 0 m m ， 二 三级 不大 于 2 5 0 m m ， 四级不 大于 3 0 0 m m ， 肢 距 即无支长 度， 内部若选择方形内箍 ( 图2 a ) ， 则 浇筑质量容易受到影响， 此时， 若设 计 采用斜形 内箍( 图 2 b ) ， 则混凝土 可以通 过导管顺利完成浇筑； 慎 重采用大直径钢筋( d 3 2 m m ) ， 大直 径钢筋需有较大的保护层厚度， 否 则会因粘结强度不足而出现纵向劈 裂裂缝， 同时钢筋存在有效约束区， 较小的钢筋直径， 较小的间距分布， 可以减小裂缝宽度， 若采用大直径 钢筋， 然后设置防裂表层钢筋网， 则 两者的优点能得到较好的结合； 加强混凝土最小保护层厚度， 从结 构受力角度考虑， 采用最小保护层 厚度是经济的， 但从耐久性角度 考 虑， 保护层有必要做一定程度的加 大。 2 4 控制裂缝宽度 大影响。 纵向裂缝与腐蚀的关系是复杂 的 ， 一种是 “ 先锈后 裂” ， 另一种是 “ 先裂后锈” 。 “ 先锈后裂” 是由于表 层混凝土质量差 ， 致使钢筋 多处脱 钝产生腐 蚀， 锈蚀产物体积 的增大 产生纵 向劈裂裂缝， 甚 至会使保护 层脱落， 使钢筋失去保护 。 “ 先裂后 锈” 则多为沿箍筋发展的裂缝 、 板中 沿与主筋垂直的横 向钢筋发展的裂 缝以及塑性混凝土下沉产生的钢筋 顶部顺筋裂缝。这种裂缝会使一定 长度的钢筋出现脱钝而产生腐蚀， 最终由于锈蚀产物体积增大又进一 步加剧裂缝的发展 。 3 结束语 综上所述 ， 保护层 的质与量是 混凝土耐久性设计 的核心 问题， 合 理的结构设计对保证混凝土的耐久 性起着很重要 的作用 。当然， 保护 层 的质量与材料及施工质量的控制 也是密切相关的。 参考文献 1 】 G B 5 0 0 1 0 - 2 0 0 2 ， 混凝土结构 设计规 范【 s 】 【 2 腾智 明， 朱金铨 混凝土结 构 及砌体 结构 M 】 北京 ： 中国建筑 工业 出版社 2 0 0 3 3 】 建筑施工手册编写组 建筑 施工手册 ( 第四版 ) M 】 北京： 中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 裂缝产生 的原 因是 多 ( 作者单位 ： 1 广 西 柳 州 正 宇 工 方面的， 从裂缝的位置可以 程建 设 监理 有 限 责任 公 司 ， 广 西 分为横 向裂缝和纵 向裂缝 柳州5 4 5 0 0 2 ； 2 柳 州 市房 地 产 两种， 试验和实践证明， 与 开发 有 限 责 任 公司 ， 广 西柳 州 钢 筋垂直的横 向裂缝不会 5 4 5 0 0 2 ) 形成明显的钢筋腐蚀， 与钢 筋平行的纵 向裂缝会对混 凝 土结构的耐 久性产生极 ：