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探析建筑工程混凝土的耐久性能及其结构设计

邵山

哈尔滨工业大学建筑设计研究院

摘要: 随着我国城市化的进程逐渐加快,建筑的数量也越来越多,但是在建造速度提升的同时,如何确保建筑的质量就成了施工企业需要思考的问题。为了提升建筑的质量符合要求,首先就要从建筑材料入手,混凝土作为建筑的基本组成材料,其耐久性直接影响着建筑的使用寿命,而且如果混凝土的耐久性不达标还容易带来安全隐患,因此必须要提升混凝土的耐久性。基于此本文就谈一谈如何提升建筑工程混凝土的耐久性能并优化混凝土结构设计,一以期对建筑行业有所裨益。
关键词: 建筑工程;混凝土;耐久度;结构设计
DOI:10.12721/ccn.2021.157003
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引言:在目前在建筑行业当中,钢筋混凝土结构依然是主流,因此为了提高建筑的整体质量,最重要的就是提升混凝土结构的耐久性能。然而混凝土结构的耐久性能还是会受到诸多外界因素的影响,每年对会有因混凝土结构耐久性能下降而导致的安全问题发生,并且带来了很大的经济损失以及社会影响,所以要加强对混凝土结构的研究,提升混凝土的耐久性能,优化混凝土的结构设计。

一、混凝土结构耐久性的重要性

钢筋混凝土结构的耐久性是指在特定工作环境中,钢筋混凝土及其构件因材料自身内部因素的影响,在一定使用期限内,钢筋混凝土构件对化学侵蚀、自然环境或其他变化过程的一种抵抗力。在目前的建筑行业,由于钢筋混凝土结构稳定且造价低廉,所以应用十分广泛,但在外界因素的影响下,钢筋混凝土结构也难免会产生耐久性能下降的问题,例如在设计时材料配比有问题或者材料的选择有问题,抑或是混凝土结构长期处于潮湿的环境下等,这些都会使混凝土结构的耐久性下降,从而产生质量问日,带来经济损失与安全隐患[1]

二、影响混凝土结构耐久性的主要因素

(一)混凝土的碱骨料反应

碱骨料反应会对混凝土的强度造成很大的影响。碱骨料反应是指混凝土骨料中某些活性矿物与混凝土微孔中碱溶液之间的化学反应。在混凝土制备的过程中大部分添加剂呈碱性,然后碱性物质就会与混凝土当中的含硅物质产生反应,从而生成含硅聚合体。碱骨料反应产生的聚合体会打破混凝土内部结构的稳定性,混凝土内部结构会产生很大的膨胀应力从而导致开裂。而且由于再加工之后骨料在混凝土中是均匀分布的,所以裂缝产生的部位无法预测,从而导致混凝土结构的性能下降。当混凝土结构长期处于潮湿的环境当中时,在外界水分的作用下,会加速混凝土结构产生碱骨料反应。

(二)混凝土的冻融损坏

混凝土结构在凝固之后,在颗粒的影响下,导致混凝土结构内部存在一些细小的管状空间,外界的水分就可以进入到混凝土结构的内部,当混凝土结构处于温度较低的环境当中时,混凝土结构内部的水分凝结,导致体积膨胀。另外,在毛细孔的过冷状态的水渗透到毛细孔中的冰界面的过程中会产生渗透压,导致毛细孔中的膨胀压力和体积膨胀压力继续增加。在外界压力的作用下,混凝土就会产生结构性破坏,长此以往会导致混凝土结构大规模的损坏。在冻融破坏的早期阶段,混凝土表面会产生小部分的脱落。但随着时间的推移。脱落的速度就会加快而且脱落的量也会增多。中国南方环境造成的冻融破坏很少,但应注意冷却塔,冷冻仓等人工冻融状态下的混凝土结构[2]

(三)腐蚀与磨损

建筑中的混凝土结构会直接与外界环境接触,对于那些与地面接触的混凝土结构来说,由于泥土中含有许多酸性物质以及金属离子,因此会对混凝土造成腐蚀。并且一些混凝土结构在使用的过程中难免会产生磨损,如地板,楼梯,道路和桥梁工程,溢洪道,加压水管道等水工结构中的混凝土结构。机械磨损是通过物理性的方法对混凝土结构产生破坏,从而导致混凝土结构的稳定性下降。

三、混凝土结构设计中存在的问题

(一)对环境因素考虑不全面

混凝土结构作为建筑主体中的重要组成部分,其大部分都要与外界环境接触,因此环境因素对混凝土结构的影响最大,尤其是当气候条件恶劣或者是气候经常发生突然变化的时候,当气候发生急剧变化,空气中的湿度与温度也会随之变化,两种或多种天气的交替出现,会使得混凝土结构内部因热应力上升而受力失衡,从而使结构被破坏。而且目前我国的空气环境质量也不是很好,空气中存在二氧化碳、硫氧化物等物质,这些物质都会对混凝土结构产生腐蚀,从而降低混凝土结构的耐久。

(二)配比不合理

混凝土是一种混合类材料,不同组成材料之间的配比不同,会直接影响混凝土的性能,这也就导致如果配比产生问题就会给日后的使用留下隐患。在实际的施工过程当中,由于缺乏责任意识,混凝土各个材料的使用量并不能达到百分百精准,从而出现配比产生错误的问题。例如水灰比过大,水泥浆浓度过小,混凝土的粘性就会降低,导致混凝土结构的强度下降;当水泥的量增加时,水泥经过水化反应后内部温度升高,与混凝土外部温度相差较大,易导致混凝土结构产生开裂现象。

(三)养护不到位

在建筑建造完成后,要经常对混凝土结构进行质量检查同时开展相应的养护工作,以延长混凝土结构的使用寿命。例如当混凝土结构处于高温环境下,混凝土中的水分蒸发过快,内部出现脱水现象,此时需要通过浇水来提高混凝土表面湿度,确保水泥颗粒能转化为稳定的结晶,使混凝土的粘合力提升。

四、提升混凝土结构耐久性能的主要措施

(一)关注外界环境

无论是建筑的设计过程还是施工过程,首先都要关注天气的变化,并依据天气的变化做好应急预案措施。对于高温天气,由于高温会使混凝土的原材料内部的水分快速蒸发,因此原材料应尽量存储在阴凉的环境当中。并且在制备混凝土时,为了降低混凝土内部受到的热应力,影响将原材料进行降温或使用与原材料温度相近的水来完成制备工作。在低温条件下,混凝土浇筑完成后,要做好保温工作,以防止冻融问题的产生[3]。水是混凝土制备的重要原材料,所以在开展工程之前需要调查当地的水源环境,确保当地的水源当中酸碱度适中,从而避免水质的问题影响混凝土强度。

(二)合理进行配比

原材料的质量高,混凝土的耐久性能才有保障,因此对于原材料的选取要科学合理,并且还要有质量保证。再确定好原材料之后要设计好各个原材料之间的配比,同时要在制备过程当中严格进行监督,防止随意进行配比的问题发生。水灰比适当,不能过量也不能少量,要观察水泥水化的情况,避免水泥完全水化,提防干缩情况的出现。对于骨料而言,不能一味选择过大的颗粒,这样会导致混凝土的强度下降。除了这些主要的原材料之外,还有一些额外的添加剂,添加剂的量同样要控制在合理的范围内,这样才能确保添加剂对混凝土质量的提升起到正面的作用。

(三)加大养护力度

想要提升混凝土的耐久性能,养护工作也是必不可少的。养护工作应该从浇筑完成后开始实施,常见的对于混凝土结构的保护工作是用塑料薄膜对结构表面进行覆盖,这样既可以有效地避免外界空气的影响,还能达到保温效果。定期进行洒水保持整体湿润,适当使用养护剂,可以确保混凝土结构不产生开裂的问题。混凝土结构的保养工作应定期进行,这样才能确保保养工作产生的效果。对于大面积的混凝土养护要求更为严格,养护时间需要适当延长,对混凝土内外温度进行检测,防止因温差产生干裂现象。

五、结语:

建筑有一个高质量是建筑工程中最重要的目标,想要实现这个目标需要从多个方面上入手,但最基础也是最重要的是要确保建筑材料的质量符合标准,混凝土作为建筑主体的构成材料,其耐久性能影响着建筑的质量以及安全性能,因此提升混凝土耐久性能是一件十分重要的事。应当加强对混凝土的研究,优化混凝土的制作工艺,提升混凝土的质量,为混凝土耐久性能的提升提供保障。                                          

参考文献:

[1]刘建立,张茗涵.基于耐久性的建筑工程混凝土结构设计分析[J].江西建材 ,2016(01):75-76.

[2]陈琳,屈文俊,朱鹏.混凝土结构全寿命等耐久性设计的理论框架[J].建筑科学与工程学报,2016(03):93-103

[3]钟义平.浅谈建筑工程中的钢-混凝土组合结构设计[J].中国新技术新产品,2014(2):72.