提高混凝土耐久性的设计 建筑材料-混凝土耐久性设计

所谓混凝土的耐久性设计，即根据结构物的使用环境、寿命要求等条件来确定控制耐久性的指标，并根据耐久性指标进行混凝土的配合比设计；例如要求具有挡水功能的混凝土应按照抗渗等级确定配比，用于寒冷地区且水位变化部位的构件，首先要确定在使用周期内将经受多少次冻融循环作用，从而确定该部位混凝土的抗冻等级；用于水工、海洋工程的钢筋混凝土构件，内部钢筋腐蚀是决定构件寿命的主要因素，为了使钢筋不被锈蚀，合理地设置保护层厚度及混凝土的原材料种类、配合比设计等等。实际的混凝土结构物处于各种各样的环境之中，所要求的耐久性指标也不完全相同。耐久性设计大致要考虑以下内容。

1.选择合适的水泥品种

混凝土中水泥凝胶体是容易受环境侵蚀的组分，同时，不同品种水泥其水化速度、水化热、水化产物的组成等有很大差别，对混凝土的组织结构、强度等影响很大。要根据工程性质和使用环境的特点，合理地选择水泥品种。例如，大体积混凝土要选择掺混合材料、水化热低的水泥，例如矿渣水泥、粉煤灰水泥等；冬季施工的工程希望早期快速水化，要选择硅酸盐水泥、普通水泥；海港工程容易受硫酸盐侵蚀，宜选用矿渣水泥等等。

2.按照强度和耐久性要求双重控制水灰比和水泥用量

在进行混凝土配合比设计时，要根据强度等级要求和耐久性要求双重控制水灰比和水泥用量，在两者中按照要求比较苛刻的条件取值。即水灰比取较小的值，而水泥用量取较大的值。在我国建工行业标准JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》中，规定了处于不同环境下的混凝土所要求的最大水灰比和最小水泥用量，如表5-19所示；同标准中针对有特殊要求的混凝土，例如抗渗混凝土、抗冻混凝土等，也相应提出了最大水灰比要求，分别如表5-20、表5-21所示。在进行配合比设计时需要参照这些数据确定配比。而在《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中，又相应规定了海水环境中混凝土的最大水灰比和最小水泥用量，如表5-22、表5-23所示。

表5-19　混凝土的最大水灰比和最小水泥用量

注　当采用活性掺合料取代部分水泥时，表中的最大水灰比及最小水泥用量即为替代前的水灰比和水泥用量。

表5-20　抗渗混凝土的最大水灰比

表5-21　抗冻混凝土的最大水灰比

表5-22　海水环境混凝土的水灰比最大允许值(www.xing528.com)

续表

注　1.除全日潮型区域外，有抗冻要求的细薄构件，混凝土水灰比最大允许值宜减小。
2.对有抗冻要求的混凝土，浪溅区内下部1m应随同水位变动区按抗冻性要求确定其水灰比。
3.位于南方海水环境浪溅区的钢筋混凝土宜掺用高效减水剂。

表5-23　海水环境混凝土的最小水泥用量允许值　单位：kg/m3

注　1.有耐久性要求的大体积混凝土，水泥用量按混凝土的耐久性和降低水泥水化热综合考虑。
2.掺加掺合料时，水泥用量可适当减少，但应符合本规范的规定。
3.掺外加剂时，南方水泥用量可适当减少，但不得降低混凝土密实性。
4.对于有抗冻性要求的混凝土，浪溅区范围内下部1m应随同水位变动区按抗冻性要求确定其水泥用量。

3.保护层厚度

根据混凝土所处工作环境，合理设置钢筋表面混凝土保护层厚度，也是耐久性设计的一个内容。表5-24所示为我国行业标准《水运工程混凝土质量控制标准》中规定的在海水环境下钢筋混凝土保护层的最小厚度。实际工程中根据混凝土可能受到的腐蚀类型和程度，结构物的设计使用年限，以及所用混凝土的配比等条件综合设定保护层厚度，但海水环境下不得低于表中所给出的数值。

表5-24　海水环境钢筋混凝土保护层最小厚度　单位：mm

注　1.混凝土保护层厚度系指主筋表面与混凝土表面的最小距离。
2.表中数值系指箍筋直径为6mm时，主钢筋的保护层厚度，当箍筋直径超过6mm时，保护层厚度应按表中规定增加5mm。
3.位于浪溅区的码头面板、桩等细薄构件的混凝土保护层，南、北方一律取用50mm。
4.南方指历年最冷月平均温度大于0°C的地区。

到目前为止，混凝土结构物的设计仍以满足强度要求为主要依据，用耐久性指标进行校核，耐久性设计还没有十分成熟的设计理论。实际工程中有许多结构物并没有达到设计的使用年限，即出现许多耐久性问题，不得不投入很大的人力和财力进行维修，严重时提前退役。因此，今后应逐步建立完善的耐久性设计理论与完整的计算体系，以保证结构物在使用寿命内的正常运行。