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所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2010-09-02 10:18 熱度:
摘要:針對目前鋼筋混凝土結構建筑出現種種影響使用功能、危機結構安全的問題,闡明了混凝土結構耐久性的重要性,分析了影響耐久性的主要因素,提出了預防耐久性時效和提高耐久性的具體措施。
關鍵詞:混凝土結構,耐久性,影響因素,措施
一、鋼筋混凝土結構耐久性的重要性
在我國,鋼筋混凝土結構一直是工業與民用建筑中最主要的結構形式,雖然鋼結構及其他結構也在不斷發展,但由于工程造價相對較高,目前尚不能普遍采用。然而隨著大量鋼筋混凝土結構建筑建成后不久,在使用過程中就出現的種種影響使用功能、危機結構安全的問題,越來越引起人們的廣泛關注,而這些問題的出現,較多是結構耐久性出現問題所致。我國是發展中國家,現正處于基礎設施建設的高峰時期,在不斷提高建筑速度、高度、強度的同時,建筑的品質也應不斷提高,減少使用過程中高昂的維修費用,避免高成本重復建設,是當前建筑行業實施可持續發展戰略的關鍵所在。
二、影響混凝土結構耐久性的因素
所謂鋼筋混凝土結構的耐久性,是指混凝土結構在外部自然環境、使用環境及材料內部因素多重作用下,在設計要求的目標使用期內,不需要花費大量資金加固處理而保持其原有的安全、使用功能和外觀要求的能力,通過進一步的分析可以發現,引起結構耐久性失效的原因存在于結構的設計、施工、使用及維護的各個環節。而提高混凝土的耐久性,可以從材料、構件、結構三個方面入手。
一、凝土的凍融破壞:結構處于冰點以下環境時,部分混凝土內孔隙中的水將結冰,產生體積膨脹,過冷的水發生遷移,形成各種壓力,當壓力達到一定程度時,就會導致混凝土的破壞。
二、混凝土的堿-集料反應:混凝土的堿-集料反應,是指混凝土中的堿性物質與集料中活性組分發生的化學反應,引起混凝土的膨脹,開裂,甚至破壞..
三、化學侵蝕:當混凝土結構處在有侵蝕性介質作用的環境時,會引起水泥石發生一系列化學,物理與物化變化,混凝土會逐步受到侵蝕,嚴重的使水泥石強度降低,以至破壞。
四、鋼筋的銹蝕:鋼筋的銹蝕,其一表現為鋼筋在外部介質作用下發生電化反應,逐步生成氫氧化鐵等即鐵銹,其體積比原金屬增大2-4倍,造成混凝土順筋裂縫,從而成為腐蝕介質滲入鋼筋的通道,加快結構的損壞。
三、提高混凝土耐久性的措施
提高混凝土的耐久性,可以從材料、構件、結構三個方面入手。在目前尚沒有更好的材料取代混凝土的情況下,從結構的設計、施工、使用及維護的各個環節不斷改善混凝土的性能顯得尤為重要。另一方面,結構是由梁、板、柱等混凝土構件組成的,從設計、施工方面全面改善鋼筋混凝土構件的剛度、強度等力學性能,提高混凝土構件抵抗外界不利因素的影響,減少變形,控制裂縫的發展,是當前混凝土結構設計、施工必須重點解決的問題。同時,除了對混凝土材料、混凝土構件耐久性考慮外,也要特別重視對鋼筋混凝土結構整體耐久性的考慮與研究。為此,我們可以從以下幾個方面入手。
首先是全面提高或改善混凝土材料本身的耐久性能:增強混凝土抵抗外界環境侵蝕的能力,避免混凝土內部出現不良的化學、物理反應。如提高混凝土的密實度、強度等級,優選配制混凝土的材料,合理選擇混凝土的配合比,嚴格控制混凝土的水灰比、砂率等技術指標。提高密實度可以減少混凝土的滲透性,同時可以減緩侵蝕性物質侵入混凝土內部的速度,為此,需要從設計、施工方面考慮。由于氯離子可引起鋼筋銹蝕,所以根據不同的環境類別限制混凝土中氯離子的含量,主要措施有:盡量避免采用活性集料,限制混凝土的堿含量,摻用混合材等。當混凝土中含有堿活性骨料時,在露天和潮濕的環境中,堿和骨料內的活性顆粒產生堿—骨料反應造成混凝土表面產生裂縫,加速侵蝕性物質的破壞作用。為此,需要在最大水灰比、最小水泥用量、最低混凝土強度等級、最大氯離子含量和最大堿含量等方面,根據混凝土耐久性要求進行嚴格限制,在設計與施工過程中要嚴格遵守。以上是提高混凝土結構耐久性許多措施中最經濟合理的。另外,應不斷研究高強材料,以改善結構的延性,如,混凝土結構用普通鋼筋將以HRB400級鋼筋作主力鋼筋;預應力鋼筋以強度1860MPa的高強鋼絲、鋼絞線作為主力鋼筋等。
其次,在對混凝土結構設計時,在滿足構件強度的同時,應充分保證構件的剛度要求,限制或減少構件裂縫的產生。依靠傳統的結構設計知識,按結構幾何尺寸與荷載合理預防和控制裂縫,如合理選擇結構可靠性指標及重要性系數,材料的分項系數,提高最小配筋率,適當增加構造配筋,加強配筋構造措施等。具體措施如下:控制垂直于主筋方向的裂縫需要根據結構的截面尺寸保證足夠的配筋率,使它在任何工作荷載下均處于彈性階段,開裂時混凝土與鋼筋仍結合良好。控制裂縫的允許寬度,預應力混凝土與鋼筋混凝土應區別對待,因為預應力筋的應力高、斷面小,點蝕會大大降低其承載力,可能迅速發展成無任何前兆的突然脆斷,所有必須嚴格控制預應力混凝土構件裂縫的產生。對于普通混凝土結構,平行于主筋方向的裂縫必須避免;而垂直于縱向鋼筋方向上的裂縫,應嚴格控制其寬度,在保證構件縱向鋼筋的配筋率外,必要時通過配置垂直于主筋方向的輔助鋼筋,保證鋼筋的粘接附著力得到充分的發揮;在控制構件側面的斜向裂縫,通過配置構造鋼筋,減少或限制斜裂縫的發展。
再次,在考慮混凝土材料、構件耐久性的同時,要重視結構整體的耐久性。從結構的整體剛度,結構選型和細部設計等方面系統地考慮結構的耐久性。如在結構選型和細部設計時,應通過合理的荷載承受體系分配荷載,避免結構出現薄弱構件、薄弱點,盡量限制混凝土表面、接縫和密封處積水,加強排水,盡量減少受潮和濺濕表面積。因為環境侵蝕介質容易從構件棱角或突出部分多方面侵入混凝土,而凹入部分易積存侵蝕介質、應力異常,因此從提高混凝土結構耐久性角度出發,混凝土構件選型應避免出現單薄、復雜和多棱角。
同時,應重視使用階段的維護和管理。在混凝土結構的使用階段,應重視對結構的維護。現有的很多混凝土結構對耐久性考慮不夠,應重視對服役混凝土結構的檢測和評估,必要時進行修理和加固,以保證結構在使用期內的安全。對于混凝土結構業主改變用途和作結構改造的行為,必須嚴格管理,并進行設計或加固計算,以確保在荷載或結構條件變化時結構的安全。
最后,在鋼筋混凝土結構耐久性檢測與評估研究方面,還需要不斷發展、完善。混凝土結構耐久性檢測評估是指對現有的混凝土結構,通過系統、嚴格的測試和科學的方法來評價其現有結構的可靠性,從而推斷結構的耐久性能。通過耐久性檢測與評估,就可以判斷混凝土結構是否安全,可否再用,如不能再用,是加固?還是重建?等諸如此類的問題。另外,在考慮結構的耐久性時,不僅要考慮其本身的自然壽命,還要考慮其經濟壽命,以便在選擇加固、重建方案時,通過經濟評價、比較,選擇科學、合理而又經濟的方案。
四、結語
鋼筋混凝土結構的耐久性是建筑品質的一大體現,它受到外部環境與內部因素的綜合影響,現階段,主要從材料、構件、結構三方面提高混凝土的耐久性,而關于結構耐久性方面的研究仍顯不足,還需要不斷發展、完善,呼吁更多的人投入到結構耐久性的研究中來,為我國建筑行業可持續發展作出應有的貢獻。
參考文獻
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[2]GB50068-2001,建筑結構可靠度設計統一標準,北京,中國建筑工業出版社,2001
[3]李田、劉西拉,混凝土結構耐久性分析與設計,北京科學出版社,1999
文章標題:淺談鋼筋混凝土結構的耐久性
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