建筑结构设计中混凝土耐久性设计探讨

1混凝土结构耐久性概述

混凝土结构的出现大大地改善了人们的生活，但是在人们对混凝土结构加以使用的过程中，也常常被一些问题所困扰，而其中混凝土结构耐久性就是一个较为普遍的问题。所谓的混凝土结构耐久性，指的就是混凝土结构在自然环境、使用环境以及混凝土材料等多方面因素的作用之下，保持其自身工作能力的一种性能，也可以将其解释为混凝土结构在设计使用寿命年限内抵抗外界环境和内部所产生的侵蚀破坏作用的能力。在混凝土结构的使用过程中，结构往往会出现不同程度的老化，混凝土的碳化、钢筋的锈蚀等都属于混凝土结构的老化，这些问题的存在会使得混凝土结构耐久性受到不同程度的影响，而混凝土结构的耐久性在受到影响之后，可能导致混凝土结构出现没有达到其设计基准期就不能够再继续使用的情况，既给使用者造成了经济上的损失，同时还造成了严重的资源浪费。因此当前在对混凝土结构进行设计的过程中，除了需要考虑强度和刚度等传统的力学指标之外，还需要对于混凝土结构的耐久性加以考虑。

2混凝土结构耐久性影响因素分析

2．1混凝土碳化

所谓的混凝土碳化，是指的水泥中的碱性物质和空气中的二氧化碳发生了反应，使得混凝土的成分、组织及性能发生改变，进而导致混凝土机能下降的一个过程。在出现了碳化的情况之后，会使得混凝土的碱度降低，并且还会导致钢筋表面的钝化膜遭到破坏，使得水泥不能够有效的保护钢筋，从而导致钢筋锈蚀的加快。所以对于混凝土结构而言，混凝土的抗碳化能力是衡量其结构耐久性的一个重要指标，如果混凝土的抗碳化能力强，那么其结构耐久性就较好，相反，则混凝土结构的耐久性容易受到碳化的影响。

2．2混凝土碱———集料反应

所谓的混凝土碱———集料反应，是指的混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应，在混凝土中，水泥、外加剂、掺合料和拌合水是其重要组成部分，而在这些材料之中，往往都含有可溶性碱，而这些可溶性碱会与混凝土空隙中以及集料中能够与碱发生反应的活性成分相互作用。在混凝土发生碱———集料反应之后，所产生的物质为硅胶体，而这些硅胶体在遇到水之后会发生膨胀，并且在其膨胀的过程中会产生非常大的膨胀压力，在膨胀压力的作用之下，混凝土结构就会发生开裂，而且这种膨胀的压力还与集料中活性氧化硅的最不利含量有着非常密切的关系。

2．3钢筋的锈蚀

一般来说，在混凝土的孔隙中，往往都会有大量的氢氧化钙过饱和溶液存在，所以说使得混凝土呈现出强碱性的特征，而混凝土中的钢筋在这种强碱性的环境之中，会在其表面形成一层较为致密的钝化薄膜，从而使得钢筋处于惰性状态，不会发生锈蚀，但是当二氧化碳以及其它物质混凝土孔隙进入到内部之后，它们在与氢氧化钙发生反应之后，就会使得混凝土的pH值降低，从而使得混凝土由碱性向中性变化。一般来说，当混凝土的pH值低于11.5时，钢筋表面的钝化膜就会开始破坏，不能够有效地对钢筋进行保护，而当钝化膜遭到破坏之后，钢筋就开始出现锈蚀的情况。在钢筋锈蚀的过程中氯离子()的存在还会进一步加剧钢筋的锈蚀，因为氯离子是一种钢筋活化剂，在氯离子作用于钢筋局部区域时，就会形成大阴极小阳极腐蚀，使得钢筋出现坑蚀的现象。处理氯离子之外，由于二氧化碳所导致的混凝土碳化也会加剧钢筋的锈蚀。

3混凝土结构耐久性设计要点

3．1明确混凝土结构耐久性设计目标

由于当前全球都对混凝土结构耐久性问题引起足够的重视，所以在对混凝土结构进行设计时，必须要对于混凝土结构耐久性设计引起足够的重视，而要对混凝土结构耐久性进行有效的设计，首先需要对于耐久性设计的目标加以明确，也就是要明确结构的预期使用寿命，同时还应该清楚耐久性失效的标准。要对混凝土结构耐久性进行优化设计，首先需要考虑材料的选择，混凝土材料也会对其耐久性造成较为严重的影响，所以在进行设计的过程中，必须要对材料进行合理的选择，应该根据混凝土结构的使用环境、使用年限以及耐久性等级的相关要求来对混凝土的原材料进行选择，对于混凝土的配合比进行设计。如果混凝土结构是处在冻融环境之中的，则应该依据年平均冻融次数的不同来掺入不同数量的引气剂，从而使得混凝土结构耐久性能够得到满足。而如果结构是处在有严重化学侵蚀作用的环境之中，对于结构的受力钢筋则可以选择环氧涂层钢筋或者是耐腐蚀的合金钢材，从而避免钢筋受到化学侵蚀而出现腐蚀的情况。除了要对材料的选择引起重视之外，还应该对于结构的设计加以优化，比如说对于普通混凝土和预应力混凝土，就应该根据具体使用环境的不同来选择不同的混凝土保护层厚度，同时还应该对于钢筋的直径进行合理的选择，混凝土的表面也应该有利于排水。

3．2注重混凝土碳化预防

要想使得混凝土结构的耐久性得到有效地提高，必须要对混凝土的碳化问题引起足够的重视，采取有效的措施避免因为混凝土碳化而导致结构耐久性降低，前文已经对于混凝土碳化的原因进行了分析，可以发现空气中二氧化碳的进入是导致其出现碳化的一个重要因素，而要有效的避免二氧化碳进入混凝土造成混凝土的碳化，在进行混凝土结构耐久性设计的时候可以采取“涂层封闭”的措施，在混凝土结构的表面涂刷低粘度和渗透能力较强的涂层材料，在混凝土的表层形成一个保护层，而且这些材料还可以渗入到混凝土内部，对于混凝土中一些细小的孔隙进行封堵。通过涂层封闭处理之后，能够有效地避免二氧化碳气体进入到混凝土之中，从而减缓了混凝土的碳化。通过这种方式不仅仅能够对于混凝土碳化加以预防和处理，而且还可以减少冻融对于混凝土所造成的破坏。对于碳化问题进行有效的控制，能够使得混凝土结构耐久性得到一定程度的提高。

3．3钢筋锈蚀防护策略

当前阻锈剂是应用得较为广泛的一种防止钢筋锈蚀的方式，阻锈剂实质上是一种化学合成物，将其应用在混凝土结构之中，能够起到加好的阻止或者缓解内部钢筋锈蚀的效果，阻锈剂不仅仅能够对于钢筋锈蚀进行预防，同时即使在钢筋发生了锈蚀之后，仍然可以对其进行阻止，因为其可以参与钢筋的锈蚀过程。常用的阻锈剂大致可以分为吸附型阻锈剂、钝化剂、钝化促进阻锈剂和罩面形成型阻锈剂。除了阻锈剂之外，还可以通过电化学的方式来对钢筋锈蚀加以防护，混凝土的碳化以及氯离子的侵入都会使得钢筋保护层遭到破坏，进而导致钢筋出现锈蚀，而且这种锈蚀往往都是局部锈蚀，如果不对其进行有效的处理，则可能导致锈蚀情况的进一步加剧。此时可以应用电化学技术来对其进行处理，工程中常用的电化学技术包括阴极保护、电化学脱氯和电化学再碱化三种，这三种方式的原理和操作方法都大致相似，主要就是通过在外部呈阳极的导体上施加一个直流电流通过混凝土，这样就能够使得混凝土中的钢筋具有电化学电池阳极的作用，进而通过一系列的电化学反应来对钢筋锈蚀进行处理。

4结语

随着我国建筑业的不断发展，混凝土结构得到了越来越广泛的应用，如何有效提高混凝土结构的耐久性也成为了许多人关注的一个问题，本文对于混凝土结构耐久性的相关概念进行了一定的阐述，并且针对混凝土结构耐久性问题产生的原因进行了简单的分析，最后提出了混凝土结构耐久性评估以及改善混凝土结构耐久性劣化现象的方法，以期通过本研究来加深人们对于混凝土结构耐久性的认识，改善我国混凝土结构耐久性设计的现状。

作者:潘春帆 刘家海 单位:四川福宇鸿圣建筑设计有限公司

参考文献:

［1］刘志勇，缪昌文，周伟玲等．迁移性阻锈剂对混凝土结构耐久性的保持和提升作用［J］．硅酸盐学报，2008，36(10):1494－1500．

［2］焦俊婷．荷载与环境综合作用混凝土结构耐久性研究进展［J］．混凝土，2015，(8):35－38．

［3］周翠玲，刘经强．混凝土结构耐久性的研究现状与进展［J］．山东农业大学学报(自然科学版)，2010，41(3):447－450．