混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的內(nèi)容與要求分析
2008-11-18 00:00
關(guān)鍵詞：混凝土; 耐久性; 結(jié)構(gòu)
1．耐久性等級
根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)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(nèi)干燥環(huán)境下的住宅、辦公樓等室內(nèi)構(gòu)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(nèi)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(gòu)件，在規(guī)定的使用年限內(nèi)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(gòu)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(jié)構(gòu)。在規(guī)定的使用年限內(nèi)需要經(jīng)常維修的情況。
2．耐久性設(shè)計原則
在進行混凝土耐久性設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)首先明確該結(jié)構(gòu)耐久性目標是什么，即預期設(shè)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(jié)構(gòu)的預期使用壽命已明確將結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)，多數(shù)的觀點認為有兩種耐久性失效標志:一種是結(jié)構(gòu)由于耐久性能退化導致結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)性能退化導致結(jié)構(gòu)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(shè)計內(nèi)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(shè)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(yīng) 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(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計：
(1) 要區(qū)別普通混凝土和預應(yīng)力混凝土，分別針對不同的侵蝕環(huán)境和設(shè)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(gòu)件處于可能遭受嚴重銹蝕環(huán)境時，應(yīng)控制受力鋼筋最小直徑為16mm。
(3)合理地選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面的幾何形狀，使其不能形成侵蝕性物質(zhì)的停留區(qū)，構(gòu)件的截面積與表面積應(yīng)具有適當?shù)谋壤?nbsp;
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(4) 室外構(gòu)件宜設(shè)滴水溝，防止雨水從構(gòu)件側(cè)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(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)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(gòu)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(gòu)件的設(shè)計應(yīng)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(yīng)力混凝土構(gòu)件，其寬度 O.lmm。
(9) 構(gòu)件中的應(yīng)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(zhì)相互作用的速度，在彈性應(yīng)變范圍內(nèi)，材料的受壓和受拉都會引起結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和多孔結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)設(shè)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(gòu)件)的最大裂縫寬度限值，室內(nèi)正常環(huán)境下的受彎構(gòu)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(gòu)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(gòu)件，建議裂縫寬度 0.1 mm。
(2) 對一類環(huán)境下的預應(yīng)力混凝土屋面梁、托梁、屋架、托架、屋面板和樓板，應(yīng)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(yīng)力混凝土吊車梁，應(yīng)按一級裂縫控制等級進行驗算。
3.4 施工要求：
(1) 混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)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(gòu)造不得有損于結(jié)構(gòu)的耐久性。
(2) 拌合的混凝土應(yīng)盡快入模，應(yīng)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(yīng)充分振搗;分層澆筑時，連接部位的混凝土應(yīng)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。混凝土材料可適當加溫后攪拌，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(shè)備套管等預埋入結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi);當必須這樣做時，應(yīng)在其外涂刷或覆蓋有效的防護膜。
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(6) 鋼筋應(yīng)在模板內(nèi)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(nèi)。
(7) 墊塊的厚度應(yīng)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(yīng)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(jié)構(gòu)構(gòu)件的模板內(nèi)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(nèi)。
3.5 對結(jié)構(gòu)使用的要求：
(1) 要明確結(jié)構(gòu)構(gòu)件正常工作使用的界限，結(jié)構(gòu)物是由多種部件組成的，各構(gòu)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(jié)構(gòu)中的屋面、陽臺、女兒墻要比室內(nèi)梁、柱使用壽命短;橋梁結(jié)構(gòu)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(shè)計應(yīng)明確提出結(jié)構(gòu)使用期內(nèi)需要維修和更換部件的內(nèi)容及預期更換的時間。
(2) 對于特別重要的結(jié)構(gòu)物或處于嚴重侵蝕環(huán)境下的結(jié)構(gòu)物或已有損傷的結(jié)構(gòu)物，應(yīng)提出使用期內(nèi)需要定期檢測的內(nèi)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(gòu)件變形程度等。
結(jié)束語：
混凝土結(jié)構(gòu)耐久性分析與評估是關(guān)系到結(jié)構(gòu)可靠性與合理性的重要課題，是當前混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計準則、混凝土結(jié)構(gòu)維修加固等諸多方面知識，其分析與應(yīng)用方法的研究對實際工程建設(shè)起著關(guān)鍵作用。
參考文獻：
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[3] 徐善華．大氣環(huán)境下混凝土保護層取值的研究[J]．土木工程學報，2005（11）．
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