混凝土保护层对结构耐久性的影响分析及措施__墨水学术,论文发表,

所属栏目：建筑设计论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:156

副标题#e#摘要：根据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）中考虑的混凝土耐久性问题，结合混凝土保护层对混凝土碳化和内部钢筋锈蚀的影响分析，提出了在设计和施工等方面确保保护层作用的相关措施。
　　关键词：混凝土保护层耐久性影响分析措施
　　
　　1引言
　　混凝土结构耐久性是其抵抗工作环境中各种因素作用而保持正常使用功效的能力。混凝土结构耐久性设计是结构设计的一个主要内容。当前己经为人们所认知的耐久性现象主要包括混凝土中钢筋的锈蚀(包括由表层混凝土碳化和外部氯离子入侵造成的锈蚀过程)、混凝土的冻融损伤、混凝土的化学腐蚀和结晶破坏。即将实施的《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）主要考虑以上的耐久性问题。除此之外，部分文献也将混凝土表面的力学磨蚀、碱骨料反应和内部硫酸盐反应也归结为耐久性问题。
　　在上述的耐久性问题中，混凝土中钢筋的锈蚀是影响面最大、最为大家关注的问题之一，对于钢筋锈蚀，新编《混凝土结构耐久性设计规范》明确规定：对于自然环境中的锈蚀问题，主要用混凝土保护层来保证构件的耐久性；对于特殊工业腐蚀环境中的锈蚀问题，可以考虑使用表面防护措施来处理。因此，对于绝大多数暴露在大气环境中混凝土结构，钢筋的保护层的厚度与质量成为构件耐久性的基本保证。所以也可以这样讲，锈蚀问题的耐久性设计，就是钢筋保护层的设计。
　　2混凝土保护层对结构耐久性的影响分析
　　2.1混凝土保护层对钢筋锈蚀的影响
　　钢筋和混凝土能够共同工作的一个重要原因就是混凝土对其中的钢筋具有保护作用，一般情况下，结构中的钢筋不易受到外部的浸蚀，但如果混凝土的保护层失去功能，钢筋的腐蚀往往比同样介质影响下裸露的钢筋更大，这主要是因为保护层使钢筋发生化学腐蚀的水膜停留在钢筋表面的时间和反复湿润的时间更长。
　　2.1.1腐蚀机理
　　钢筋的腐蚀主要有两种原因：Cl-的作用及混凝土的碳化。Cl-是一种钢筋活化剂，会破坏钢筋钝化膜，对钢筋锈蚀起加速作用，与混凝土保护层是否被碳化无关。故对保护层产生影响的主要是混凝土的碳化。
　　通常，水泥水化时产生的Ca(OH)2过饱和溶液，PH值一般在12以上，碱性很高，并存在于混凝土孔隙中，钢筋在这种高碱性的环境中，表层会生成一种致密的钝化膜。但如果混凝土受到CO2等酸性气体作用时，生成低碱性的CaCO3称为碳化（中性化)，从而降低混凝土的pH值。当混凝土pH值降到10以下时，就完全失钝。当碳化深度从构件表面达到钢筋表面时，钢筋钝化膜就会遭到破坏，所以，混凝土碳化速度与其保护层的厚度和质量存在直接关系。在相同环境下，保护层越厚、越密实，完全碳化所需的时间就越长，钢筋的腐蚀程度越轻。
　　2.1.2锈蚀原因分析
　　合理配制的混凝土碳化速度不超过1mm/a，因此，由于碳化引起的钢筋过早锈蚀破坏的原因主要有:
　　1)构造措施不当使钢筋过密，钢筋外混凝土不密实；混凝土振捣不密实，模板接缝不严等造成模板漏浆，构件表面蜂窝、麻面，在混凝土表面形成内外贯通的孔隙。
　　2)施工原因导致钢筋位置不正确，造成混凝土保护层减少或不均匀。
　　3)混凝土养护不周、收缩、徐变、荷载或其他原因造成的混凝土保护层裂缝。
　　2.2保护层对混凝土结构其它方面的影响
　　混凝土保护层除对混凝土产生以上影响外，还对混凝土的粘结力和耐火性能产生很大影响。在混凝土结构中，钢筋和混凝土两种材料能共同工作的原因之一是依靠两者之间的粘结应力。当混凝土保护层太小时，外围混凝土可能发生劈裂，混凝土对钢筋的握裹力、机械咬合力降低，进而影响到结构的耐久性。
　　此外，混凝土的耐火性能与保护层厚度关系密切，当结构遭遇火灾时，内部钢筋的温度随保护层厚度的增加而降低，所以当保护层#p#副标题#e#厚度太小达不到规定值时，会降低混凝土的耐火极限，耐久性相应降低。
　　3提高混凝土保护层作用的措施
　　3.1相关规定及保护层厚度的选择
　　混凝土耐久性最大的影响因素就是其所处的环境，根据环境的作用种类和作用程度对保护层的规定有质量指标(如强度和氯离子扩散系数)、厚度和混凝土养护条件等。在干燥环境下，混凝土碳化速度慢，即使碳化层达到钢筋表面，钢筋也不会发生锈蚀。而常年多雨、干湿交替频繁的地区腐蚀较快，约为干燥地区的1.5～2倍。此外，构筑物所处的工业环境和地理环境对混凝土保护层的设计厚度都有不同要求。我国《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)在3.4节“耐久性规定”中，对混凝土结构的环境类别进行了定义（表1），并提出了结构混凝土（一类、二类和三类环境中，设计使用年限为50年的结构）耐久性的基本要求（见表2），同时规定了最小保护层厚度。对于水工和工业腐蚀环境的混凝土保护层的厚度又有不同的规定和防护措施，所以设计时，要根据工作环境、结构类别，选取合理的混凝土保护层厚度和相关措施。
　　表1：混凝土结构的环境类别
　　环境类别    条件
　　一    室内正常环境
　　二    a    室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
　　    b    严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
　　三    使用除冰盐的环境；严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境；滨海室外环境
　　四    海水环境
　　五    受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境
　　
　　表2结构混凝土耐久性的基本要求
　　环境类别    最大水灰比    最小水泥用量(kg/m3)    最低混凝土强度等级    最大氯离子含量(％)    最大碱含量(kg/m3)
　　一    0.65    225    C20    1.0    不限制
　　二    a    0.60    250    C25    0.3    3.0
　　    b    0.55    275    C30    0.2    3.0
　　三    0.50    300    C30    0.1    3.0
　　
　　3.2确保混凝土保护层质量的技术措施
　　3.2.1保证保护层厚度符合设计要求
　　要保证保护层的厚度控制在规定范围之内，对不同的构件可采取不同的措施。对竖向构件，如墙、柱类可采用S筋和穿墙筋进行固定，也可采用1:1水泥砂浆制成与保护层同厚、30×30×30mm左右垫块，中间穿入22号扎丝绑在主筋上控制保护层厚度。板类构件可用马凳与砂浆垫块相结合的方法，避免在施工时用垫石子、据经验上提钢筋骨架的方式来控制保护层的厚度。对悬挑类及其它有负筋的构件如雨蓬、现浇板连系梁处、楼梯板等要引起足够重视。同时要确保模板刚度和支撑牢固，避免混凝土在浇捣过程中，由于振动而引起模板变形，导致结构保护层厚度不均匀。
　　3.2.2保证混凝土的浇筑质量
　　施工时严格控制混凝土水灰比，在保证和易性的前提下，尽量降低水灰比，减少用水#p#副标题#e#量，这样可减少混凝土中的孔隙。在浇筑混凝土前，要详细检查模板接缝，避免浇筑时漏浆。对于钢筋较密的水平构件可采用底部预铺混凝土或通过调整骨料粒径的方法，防止出现蜂窝等。对于竖向构件要合理控制混凝土的跌落高度，避免出现烂根现象。
　　3.2.3保证成型混凝土的养护质量
　　在实际施工中，常常发生由于养护不合理造成混凝土失水，导致混凝土表面出现收缩裂缝等。所以对加强对成型的混凝土的养护，减少由此而引发的混凝土耐久性降低。
　　4结语
　　我国的基础设施建设规模宏大，但由于忽视耐久性问题，随着时间的推移，许多工程因耐久性不达标而提前进入维修期，所需的维修费或重建费用将非常巨大。新的《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008)在今年5月开始实施，结构的耐久性设计将被提上一个新的高度。而只有充分认识影响耐久性的关键因素，才能更好的理解运用新规范，提高混凝土耐久性，延长工程使用寿命，减少维修重建费用。通过以上分析也表明，混凝土保护层对结构的耐久性有着非常重要的影响，其主要体现在保护层抵抗外部环境对混凝土的碳化及钢筋的腐蚀两个方面。只要通过在设计中严格按照相关规定合理选用保护层厚度，在施工中确保混凝土浇筑质量并采取有效措施进行合理养护，保护层的作用是能够得到体现的。
　　
　　参考文献：
　　[1]陈肇元.混凝土结构的耐久性设计方法[J].建筑技术,2003,(5)：328—333
　　[2]《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）,建筑工业出版社
　　[3]《混凝土结构耐久性设计规范》(GB/T50476-2008),建筑工业出版社