耐久性在建筑结构工程中的重要性

【摘 要】建筑结构工程的耐久性与工程的使用寿命相联系,是使用期内结构保持正常功能的能力.由于目前大多数建筑结构由混凝土建造,混混凝土结构的耐久性是当前困扰建筑工程界的最大问题,因此,下面以混凝土结构为重点分析结构工程的耐久性.

【关 键 词】耐久性；建筑结构工程；重要性

1.混凝土结构耐久性的定义

在《混凝土结构设计规范》（GB50010一2002）中明确规定,混凝土结构设计采用极限状态设计方法,并指出“整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规范的某一功能要求,此特定状态称为该功能的极限状态”.由于结构耐久性作为影响结构可靠度的一项指标,同样也存在极限状态这个概念.

现行的设计规范有两种极限状态含义：一是承载能力极限状态；二是正常使用极限状态.由此我们可以将结构的耐久性能,划分到“正常使用极限状态”中考虑.但是这样一来,就会容易产生误解：认为耐久性只是在保证正常使用时的要求.在CEB―FIP模式规范中,有关耐久性的设计原则规定为：“混凝土结构应以这样方式设计、施工和使用,即在预定的环境影响下,混凝土结构保持其安全性、正常使用性和可接受的外观,不需要为维护和修理花费意想不到的高额费用”.

混凝土结构的耐久性破坏都是从混凝土或钢筋的材料劣化开始的,环境条件和自身因素都可以引起材料的劣化,而且这是一个不可逆的过程.其中,多数材料劣化是环境条件引起的,如混凝土碳化、冻融破坏、化学侵蚀、表面磨损、钢筋锈蚀；混凝土自身材料也可能劣化,如碱―骨料反应.显然,上述材料劣化多数是混凝土的材料劣化形式,钢筋的劣化形式主要是钢筋锈蚀.传统上把上述材料劣化形式分为物理作用和化学作用两类,而混凝土碳化是一个物理化学过程,钢筋锈蚀本身是一个化学过程,也包含O2和C1―扩散等物理过程,因此,混凝土碳化与钢筋锈蚀过程中既有物理作用,又有化学作用.

混凝土结构耐久性是随着材料耐久性的下降而下降的.混凝土结构在自然环境和使用条件下,随着时间的推移,材料逐渐发生老化,继而出现损伤甚至损坏.因此,对混凝土结构耐久性可定义为结构在规定的使用年限内,在各种环境条件作用下,不需要额外的加固处理而保持其安全性、正常使用性和可接受的外观的能力.

2.影响混凝土结构耐久性的因素

混凝土结构的耐久性是指结构在一定时期内维持其安全性、适用性的能力.也就是说,耐久性能良好的结构,在其使用期限内,应当能够承受所有可能的荷载和环境作用,而且不会发生过度的损坏或破坏.由此可知,混凝土结构的耐久性是由混凝土、钢筋材料本身特性和所处使用环境的侵蚀性两方面因素共同决定的.影响混凝土结构耐久性的原因、内在条件、影响的范围及其后果是多方面的.

2.1设计构造上的原因

（1）钢筋的混凝土保护层厚度太小；（2）构件开孔洞的洞口边缘未配筋或配筋不当；（3）沉降缝、伸缩缝构造不正确；（4）基础建在盐质地区；（5）隔热层、分隔层、防滑层处理不妥当等.

2.2材料质量不合格

（1）使用的水泥品种不当,水泥含碱量过大；（2）使用含有较多的CaS、细度过小的水泥,放热加剧干燥收缩增大,导致混凝土开裂；（3）使用含有碱活性矿物的骨料；（4）骨料细粒级配不当；（5）外加剂使用不当等.

2.3施工质量低劣

（1）水灰比过大,例如,为便于施工,增加水灰比,导致增大孔隙率,渗透性加大；（2）单方水泥用量过大,例如为缩短工期,提高混凝土早期强度,加大水泥用量,会引起收缩和水化热过大而开裂；（3）过早拆模,例如为赶工期、加快模板的周转,提前拆模,混凝土养护期的强度不足以承担上部结构自重和施工荷载而引起早期开裂；（4）浇筑不当、养护不当,会产生蜂窝、孔洞和沉降微细裂缝,在干燥气候下养护或气温太低末加保护等；（5）施工组织不当,造成不应出现的施工缝；（6）使用含有氯离子的旱强剂；（7）使用海水搅拌混凝土等.

2.4外界环境条件恶化

（1）气候条件异常,如气候突变,干湿环境交替频繁；（2）自然环境恶化,随着工业化和城市化的发展造成空气质量下降,结构物周围量受到CO2、SO2、SO3等气体的侵蚀；（3）建筑场地有害物质的侵入,如地基土有侵蚀性水、碳酸盐及碱酸液侵入等.

3.提高混凝土结构耐久性的技术的措施

针对混凝土结构耐久性的基本要求,研究从设计到施工的全过程以及使用阶段为提高耐久性应采取的一些技术措施.

3.1在设计阶段就要注意正确选择水泥品种、骨料种类和规格,控制水灰比,合理采用高效减水剂、引气剂等外加剂,以求制作出有良好的密实性、抗水性和抗冻性的混凝土,确保有足够的混凝土保护层厚度和合理的结构构造措施,以防建成后的结构物受到不必要的污染和雨淋、渗水、冲刷、磨损.

3.2在施工阶段要严格控制用水量、充分振捣和认真养护,防止过早拆模引起混凝土强度不足的变形和开裂.

除此之外,还可考虑采取一些特殊措施预防混凝土结构的劣化或提高耐久性,如采用环氧涂层钢筋、不锈钢的钢材,在混凝土表面涂层保护,在混凝土中掺入钢筋阻锈剂或采用阴极保护法、电化学脱盐法、电化学再碱化法改善混凝土的耐久性.

4.我国建筑结构工程的耐久性现状

目前,世界上大多数建筑结构都是由混凝土建造.混凝土结构的耐久性是当前困扰土建基础设施工程的世界性问题,并非我国所持有,但是至今尚未引起我国政府主管部门和广大设计与施工部门的足够重视.

当前迫切需要进行的工作是尽快编制桥梁、隧道、港口等基础设施工程耐久性设计的技术条例,修订补充现行规范中对结构耐久性的要求.首先需要明确的是各种基础设施工程的设计工作寿命,在重要工程的设计文件中必须有使用寿命的要求和论证.当前在建的众多工程在耐久性上之所以仍然沿着重蹈覆辙的道路走,很重要的一个原因是工程设计施工技术人员在耐久性上没有可以遵循的新依据.更为严重的是现行规范中的有些条文,本身就对耐久性有害.为了提高混凝土耐久性,在混凝土中合理使用粉煤灰、矿值等矿物掺和料是重要的技术手段,国外有的规范甚至规定在桥梁等混凝土结构中必须加入粉煤灰等掺和料,而我国的铁路混凝土桥隧道施工规范仍在明文禁止使用.此外,工程技术界还存在长期形成的一些过时的看法,对改善混凝土的耐久性能造成阻力.例如,顾虑会影响泥凝土强度而不愿使用引气剂,而引气本应作为改善混凝土耐久性和工作性的常规手段；又如,希望加大水泥用量来保证混凝土强度,而尽可能低的水泥用量本应是提高温凝土抗裂和耐久性能的重要途径.