第３８卷第３０期 ２ ０ １ ２年１ ０月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩ ｒＥＣＴＵＲＥ Ｖ０１．３８ Ｎｏ．３０ Ｏｃｔ．２０１２ ・４１・ ・结构・抗震・ 文章编号：１００９－６８２５（２０１２）３０－００４１・０２ 混凝土结构耐久性问题分析★ 纪摘花 １３００１２） （长春工程学院，吉林长春要：通过对混凝土结构耐久性现状的分析，讨论了影响混凝土结构耐久性的主要因素，提出了改善混凝土结构耐久性的一些 措施，从而延长混凝土结构寿命，减少工程建设费用。 关键词：耐久性，碳化，浓度，冻融 中图分类号：ＴＵ３７５ 文献标识码：Ａ １ 混凝土结构耐久性问题的重要性 对湿度在５０％一６０％时，碳化速度最大；３）混凝土的配合比，尤其 是水灰比，水灰比低，密实度高，混凝土强度高，碳化系数小，混凝 混凝土的耐久性是指混凝土结构构件在使用年限内，在各种 可能导致材料性能劣化的外部因素作用下维持其所需使用功能 土碳化程度低。的能力，即其抵抗大气环境影响、化学侵蚀和其他劣化过程而长 ２．２ 氯盐引起钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响 混凝土结构中氯盐的来源有两个方面：１）混（掺）人混凝土中 期维持其性能的能力。在混凝土结构诞生的一百多年来，作为全 譬如在沿海地区采用未清洗净的海砂、盐碱地区含盐量较高 球最大量的人造材料，为人类的生活提供了很大的方便。到 的，２Ｏ世纪７Ｏ年代，欧美国家的混凝土桥梁、道路工程的维修费用已 的河沙都导致了混凝土中氯盐超标；２）由环境中渗入的，譬如在 停车场等混凝土 超过各国新建工程的费用。在国内，根据建设部在８０年代的调 海水或海浪喷溅区以及使用除冰盐的道路桥梁、查结果，除了正常设计、正常使用的室内构件可以达到５０年的使 结构中。氯盐对混凝土结构耐久性的影响主要是由于氯化物对 用年限不需要大修以外，阳台、雨罩、女儿墙等构件以及南方潮湿 混凝土渗透、扩散、毛细管作用引起钢筋锈蚀导致耐久性的降低。地区紧接房顶出口、天窗和靠近基础部位的构件、北方受到反复 其中又以氯盐的扩散传输为主。国内外公认的氯离子扩散规律 ｅｋ第二定律，即： 冻融的混凝土结构构件，往往使用不到３０年一４０年就出现混凝 采用Ｆｉ土开裂剥蚀、骨料裸露；一般露天的构筑物使用２５年～３Ｏ年就要 大修；接触有害气体、液体环境的工业建筑，使用寿命仅在１５年一 ２０年，甚至更短。据统计，目前在役的房屋建筑混凝土工程，有 工作。 Ｃ（Ｘ，ｆ）＝Ｃｓ一（Ｃｓ—Ｃｏ）・ｅｒｒ（｛０４ ）。 其中，Ｃ（ ，ｔ）为经过时间ｔ、达到混凝土深度 处的氯离子 Ｃｓ为混凝土暴露表面氯离子（Ｃｌ一）浓度；ｃｏ为混凝 １０亿ｍ 急需修理或加固，道路、桥梁混凝土工程更是带病超负荷 （Ｃ１一）浓度；土初始氯离子（Ｃ１一）浓度；Ｄ为氯离子（ｃｌ一）扩散系数；ｅｒｆ（・）为 ，， 一 ２影响混凝土结构耐久性的主要因素 我国南方的在役混凝土工程，由于处于海港、码头等海水环 境中，以及靠海城市或地区采用海砂作为混凝土材料，海水中盐 误差函数，ｅｆｔ（＝）：｛√Ｊ ｅｘｐ（一 ）ｄｕ。 １ｒ 从上式可以看出，由于氯盐引起钢筋锈蚀的因素有：１）混凝 初始氯离子浓度高，极易诱发混凝土钢筋的 的腐蚀引起了耐久性破坏；在北方道路桥梁工程中，环境属于寒 土初始氯离子浓度，冷或严寒地区，再加上冬季使用除冰盐化解路面积雪，春季温度 锈蚀，而氯离子的初始浓度与混凝土材料的选用（水、砂、水泥的 升高，形成反复盐冻破坏；在城镇普通民用及公共建筑中，混凝土 种类）、水灰比等有关，因此使用含盐的建筑材料是沿海地区出现 ２）混凝土表面氯离子浓度，海水环境中氯 的碳化、荷载的作用、不正常的使用成为其耐久性不足的主要原 “海砂屋”的罪魁祸首；因。下面依次分析这三个方面对耐久性的影响。 离子的浓度与水位变动有关，大气环境中氯离子浓度随风力、风 向、雨水等自然环境变化而波动，在短时间内，氯离子浓度是变化 ２．１ 混凝土碳化引起钢筋锈蚀对混凝土耐久性的影响 但对较长时间段而言，水位变动区、浪溅区、大气环境中氯离 新浇筑的混凝土，由于氢氧化钙等碱性物质的存在，ｐＨ值大 的，约为１２．５一ｌ３，基本不发生碳化，当其表面的ｐＨ值降至１１．５以 子源基本上是恒定的，因此可以假定结构表面氯离子浓度是不变 显然，混凝土表面氯离子浓度大，钢筋锈蚀程度快；３）混凝土 下时，钝化膜不稳定，混凝土开始钝化，随着碳化深度的发展，钢 的，筋开始锈蚀。当钢筋锈蚀后，锈蚀生成物的体积是原体积的３倍 的深度亦即钢筋的保护层厚度，保护层厚度增加，钢筋与混凝土 抵抗氯离子侵蚀的耐久性寿命与混凝土保护层 以上，从而引起混凝土保护层顺筋胀裂、脱落，钢筋与混凝土之间 之间粘结力增加，厚度的平方大致成比例。 粘结力下降，引起结构刚度降低，降低了结构的耐久性。 混凝土的碳化程度与以下几个因素有关：１）环境中ＣＯ，浓 ２．３ 冻融循环对混凝土耐久性的影响 度，环境中ＣＯ：浓度增加，碳化系数增大，一般地，城市比郊区人 混凝土冻融破坏发生必须同时具备三个条件：第一，混凝土 口少的地方ＣＯ：浓度高，室内比室外ＣＯ 浓度高；２）环境温度、湿 配合比设计没有考虑抗冻措施；第二，混凝土结构经常与水接触 度，随着环境温度升高，碳化速度加快；环境湿度过小时，由于混 或处于潮湿环境；第三，混凝土环境温度存在正负交替。在北方 凝土内缺少反应所需的水分，碳化速度变缓，环境湿度过大，混凝 寒冷地区，若混凝土未考虑抗冻措施，就使结构具备了上述条件， 土内孔隙水接近饱和时，ＣＯ 向内扩散困难，碳化速度也较小，相 而且在道路桥梁工程中，使用除冰盐，此时氯离子的浓度为海水环 收稿日期：２０１２－０８－１０★：吉林省重点学科建设项目资助；吉林省重点实验室建设项目资助 作者简介ｉ纪花（１９７２．），女，讲师 ・４２・ 第３８卷第３０期 ２ ０ １ ２年１ ０月 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ 山 西 建 筑 Ｖ０１．３８ Ｎｏ．３Ｏ ０ｃｔ． ２０１２ 文章编号：１００９—６８２５（２０１２ １ ３０—００４２－０２ 混凝土结构钢筋密集的解决措施 杨烨 （１．中国核电工程有限公司，北京刘东 １００８４０ ２．北京韩建集团有限公司，北京１００１６１） 摘要：针对钢筋配置密集给施工中造成的困难进行了分析研究，为解决这一技术难题，采用设计与施工等措施来解决钢筋密集 配置的问题，如选用大直径高强钢筋、使用端部带锚固板的钢筋及使用抗剪栓钉抵抗冲切等方式，可有效减少施工步骤并加快施 工进度，为类似工程提供了参考。 关键词：钢筋密集，设计措施，施工措施 中图分类号：ＴＵ３７５ 文献标识码：Ａ ． 某些钢筋混凝土结构需要支承较重的设备，承受较大的活荷 设计是解决钢筋密集配置的首选措施。 载和地震荷载，导致混凝土构件配筋量大，所配钢筋直径粗、间距 １．１ 选用大直径高强钢筋 小。尤其是在墙板交接处、梁柱节点处的水平钢筋、竖向钢筋、箍筋 可广泛使用直径在２８以上的ＨＲＢ４００钢筋，有效减少钢筋根 与锚固弯钩交错布置，造成钢筋配置非常密集的现象。施工中，密 数，从总体减少了钢筋的布置密度。但该类措施对墙板交接处、 集的钢筋配置常造成：钢筋绑扎、放置困难，钢筋偏离设计位置，钢 梁柱节点处的密集钢筋的处理作用有限。 筋净距不能保证，浇筑混凝土时难于振捣等问题。对钢筋密集区的 １．２采用并筋（钢筋束）的配筋形式… 有效处理对避免质量通病和保证工程质量有着积极意义。实际工 程中，可采用设计与施工等措施来解决钢筋密集配置的问题。 在混凝土构件中，通常采用在纵或横向并歹０的二并筋和作品 字形布置的三并筋，具体做法见图１。并筋可视为计算截面积相 １ 设计措施 等的单根等效钢筋，相同直径的二并筋等效直径为１．４１倍单根 三并筋等效直径为１．７３倍单根钢筋直径。并筋等效 合理的设计可以使混凝土中的钢筋合理受力从而提高结构 钢筋直径；保护层厚度、裂缝宽度验算、钢筋锚 可靠度，还可以有效减少施工步骤并加快施工进度。优秀的工程 直径的概念可用于钢筋间距、境中氯离子的浓度的１０倍一１５倍，因此，北方道路桥梁混凝土结 构耐久性的精确定量计算难度较大。根据工程实践和理论研究， 构的耐久性破坏是冻融和盐腐蚀共同作用的，即盐冻破坏。而盐 采取以下合理措施，可以改善混凝土结构的耐久性，增加结构的 冻引起的耐久性破坏比单独的冻融破坏严重的多，其原因主要 寿命：１）提高混凝土工程的施工质量，包括选择混凝土材料、加强 有：１）由于盐的存在，使混凝土内的渗透压增大，饱水度大大增 混凝土振捣、养护、保证混凝土保护层厚度；２）给予混凝土良好的 加，因而结冰的静水压力明显增大，破坏作用力增大；２）吸了盐溶 使用环境，在有高温、高湿或侵蚀性介质的环境中的混凝土结构 液的混凝土在水分蒸发干燥时，孔中盐饱和而使结晶压增大，使 构件，应采取必要的防护措施，在寒冷地区，采用替代ＮａＣ１的除 混凝土开裂。冻融在混凝土结构中破坏的特征是：开始破坏时， 冰盐，减少外界环境中的氯离子含量；３）加强混凝土结构、构件的 混凝土表面出现粒径２ ｍｍ～３ ｍｍ的小片剥落，之后，剥落量、剥 经常性检测、维护，可以及时发现问题，及时加固、处理，从而可以 落粒径均增大，由表及里引起大量混凝土脱落，造成混凝土结构 延长结构的耐久性，减少土木工程中建设费用，为建设节约型社 耐久性降低甚至承载力破坏。 会做出贡献。 ２．４ 其他因素对混凝土结构耐久性的影响 参考文献： 因为混凝土结构基本上长期处于负荷状态，因此应力状态对 ［１］ 中国工程院土木水利与建筑学部．混凝土结构耐久性设计 结构耐久性也有很大影响，一般的，在压应力较小时，由于压应力 与施工指南［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４． 限制了裂缝的发展，对耐久性起到有利作用；在拉应力较小时，对 ［２］ 陈肇元．土建结构工程的安全性与耐久性［Ｍ］．北京：中国 耐久性影响不大；无论拉、压应力，当应力较大时，对结构耐久性 建筑工业出版社，２００３． 均产生不利影响，加剧环境对结构的腐蚀作用。 ［３］ 金伟良．混凝土结构耐久性［Ｍ］．北京：科学出版社，２００２． ３ 改善混凝土结构耐久性的几点建议 于国内、外对耐久性的研究理论还不是很成熟，因此，对混凝土结 ５００１０－２０ｏ２，混凝土结构设计规范［Ｓ］． ［４］ ＧＢ ２０１１，３７（３３）：４９－５０． 唐小辉．大型剧场混凝土结构耐久性的设计［Ｊ］．山西建筑， 影响混凝土结构耐久性的因素往往不是独立存在的，而且由 ［５］Ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｌ★ Ｊｌ Ｈｕａ （ＣｈａｎｇｃｈｕｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００１２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｓ ｏｕｔ ｓｏｍｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｌｏｎｇ ｔｈｅ ｌｉｆｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅ ａｎｄ ｅｄｕｃｒｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｆｏｒ ｈｅｔ ｐｍｊｅｃｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｕｒｂｉａｌｉｔｙ，ｃａｒｂｏｎｉｚａｔｉｏｎ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｆｒｅｅｚｅ－ｔｈａｗ 收稿日期：２０１２—０８－１０ 作者简介：杨烨（１９７５．），男，硕士，高级工程师