摘要：耐久性是评价混凝土结构可靠性的重要参考指标之一，根本上决定着建筑物的使用寿命。本文引入了国家出台的《混凝土结构设计规范》耐久性设计标准，着重从环境类别、混凝土材质等几个大方面探讨了干扰混凝土耐久性的因素，并给出了一些混凝土结构设计中的改进与防范措施。
关键词：混凝土；耐久性；设计
Abstract: the durability of concrete structure reliability evaluation is one of the important reference index, basically decided to the service life of the building. This article introduces the national law of the concrete structure design specification of durability design standards, emphatically from the category, concrete material environment and several other major aspects discusses the durability of concrete interference factors, and gives some concrete structure design of the improvement and preventive measures.
Keywords: concrete; Durability; design
中图分类号：TU318 文献标识码：A 文章编号：
随着我国经济的高速发展，大量的基础设施项目陆续上马。这样也暴露出了大量的质量问题，建筑混凝土的耐久性问题便是工程技术人员关心的问题之一。从技术角度上讲，混凝土结构的可靠性依据安全性、适用性和耐久性等三个指标，现实是当前对混凝土的安全性和适用性研究得比较透彻和成熟，而混凝土的耐久性的测验由于需要花费较长的时间，人们往往只关注当前的结构质量，而忽视对未来可靠性的考虑，这导致对建筑耐久性的分析和研究长期得不到重视。我国目前的建筑物的寿命普遍低于国际水平，因此，加强对混凝土结构耐久性的研究非常必要。
1．基本概念
1.1混凝土结构的耐久性
混凝土抗压强度高，可塑性强，原料可就地取用，比钢、木耐久。钢筋抗拉强度高，延性好。两者共同构成的混凝土结构其性能优越，在基建工程中得到了广泛的应用。但是，在实际使用中，混凝土在浇筑成形过程中就会因为离析、泌水、沉降、收缩在内部形成毛细孔、裂隙和其他缺陷（内因）。使用期还会遭遇不利的环境作用：干湿交替、冻融循环、化学侵蚀等（外因）。这些不利作用随着时间推移逐渐积累，就会引起材料性能劣化，这就造成了混凝土结构的耐久性问题。
1.3耐久性的定性设计方法
引起材料性能劣化的耐久性影响因素很多，规律复杂，不确定性太大，而且耐久性试验研究周期太长，除个别工程根据实际情况可以进行专门的定量设计以外，目前还只能根据调查分析和工程经验进行定性设计。设计内容包括四个方面：耐久性环境分类（外因）；对混凝土材料的性能要求（内因）；防止材料劣化的技术措施（措施）；使用期的检测维护要求（维修）。
2．耐久性环境类别（外因）
2.1影响耐久性的环境因素
影响耐久性的外因是所处的环境，即结构暴露的条件。正常的室内干燥环境一般不会引起耐久性问题，这是建筑结构有利于土木工程其他结构（水工、港口、公路、铁路、市政等）之处。影响混凝土结构耐久性的外部因素主要有以下四类：干湿交替造成钢筋锈蚀；冻融循环造成的混凝土酥裂；氯离子造成的钢筋腐蚀；化学作用引起的混凝土、钢筋性能劣化。根据其耐久性作用的性质和程度进行分类定级。
2.2耐久性环境类别
混凝土结构暴露的耐久性环境类别从低到高依次排列，如表1所示。
混凝土结构的环境类别表1
环境类别 条件
一 室内干燥环境；无侵蚀性静水浸没环境
二a 室内潮湿环境；非严寒和非寒冷地区的露天环境；非严寒和非寒冷地区与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境；严寒和寒冷地区的冰冻线以下与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
二b 干湿交替环境；水位频繁变动环境；严寒和寒冷地区的露天环境；严寒和寒冷地区冰冻线以上与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境
三a 严寒和寒冷地区冬季水位变动区环境；受除冰盐影响环境；海风环境
三b 盐渍土环境；受除冰盐作用环境；海岸环境
四 海水环境
五 受人为或自然的侵蚀性物质影响的环境
3．对混凝土材料的要求（内因）
3.1混凝土性能劣化的机理
混凝土材料在结构中承受压力，故其质量对结构性能影响很大。此外，混凝土还起到了保护钢筋的重要作用。钢筋承受全部拉力并改善结构的延性，钢筋失效会引起传力中断、构件解体、结构倒塌的严重后果。因此钢筋生锈和腐蚀一直是混凝土结构之大忌。
混凝土中含有碱性的氢氧化钙，其形成碱性保护膜使钢筋免遭酸性介质的侵蚀（钝化）。但大气中的二氧化碳及酸性介质在水的参与下与其发生化学反应，形成中性的碳酸钙（碳化）。随着时间的推移，碳化逐渐深入到钢筋表面而将其暴露在侵蚀性的环境中（脱钝），从而就可能引起钢筋的腐蚀。因此，混凝土质量及保护层厚度在耐久性中起到极其重要的作用。
材料的耐久性要求
混凝土的耐久性质量要求包括密实度、抵抗介质作用的钝化性能以及有害介质的含量等，是影响其耐久性的内因。应通过对其材料的耐久性基本要求加以控制。内容有二类、四项，为混凝土的密实度（最大水胶比、最低强度等级）和有害成分的控制（最大氯离子含量、最大碱含量）。对于通常50年使用期的混凝土结构，其材料宜符合表2的规定。
结构混凝土材料的耐久性基本要求 表2
3.2混凝土密实度的要求
混凝土抵抗有害介质入侵的能力取决于其密实度，表现为对最大水胶比和最低强度等级的要求。降低水胶比则含水少孔隙小，对耐久性有利；强度等级高则孔隙率小，对耐久性也有利，表2中提出了相应的要求。应该强调的是近年建材方面多向水泥中加入不同的搀合料（矿渣、粉煤灰等），有效胶凝材料的成分、含量不确定性较大，故配合比设计中的水灰比难以反映有效成分的影响。本次修订改用胶凝材料总量作水胶比及各种含量的控制，原规范中的“水灰比”改成“水胶比”，并删去了对于“最小水泥用量”的限制。
最低强度等级的要求反映了密实度，故仍然提出限制的要求。对轻度不利的二类环境中的混凝土结构，当有可靠工程经验时，最低混凝土强度等级可适当降低一个等级。素混凝土构件因无钢筋锈蚀问题，要求的水胶比及最低强度等级也可适当放松。
4．增强耐久性的方法（措施）
规范还对一些不利的环境及构件补充提出了一些专门的耐久性技术措施。
4.1预应力构件
预应力筋的应力很高，直径很小，由于应力腐蚀及氢脆等现象而对耐久性腐蚀比较敏感。而且预应力筋一旦出现问题而导致传力中断，后果不堪设想，因此提出了较严的耐久性要求。首先，预应力构件混凝土中的最大氯离子含量限制为0.06%，其最低混凝土强度等级也宜按表2中的规定提高两个等级。此外，还宜采取加大保护厚度、表面防护处理和保证孔道灌浆密实等措施。同时锚固端外露金属部件必须采取有效措施严密封锚，加以保护。
4.2悬臂构件
悬臂构件根部有最大的弯矩、剪力而很难避免裂缝，且负弯矩裂缝的开口向上。当处在二、三类环境时，就难免钢筋腐蚀。由于没有冗余约束，一旦钢筋失效将发生坠落事故。故不宜采用悬臂板的结构形式而宜采用悬臂梁-板，且应在表面增设防护层或采取其他防护措施。
4.4混凝土结构的长期使用
调查分析表明，国内超过100年的混凝土结构不多，但室内正常环境条件下实际使用70~80年的房屋建筑混凝土结构大多基本完好。因此在采取适当措施的条件下，一类环境中混凝土结构的实际使用年限达到100年是有把握得到保证的。
由于没有足够的科研及工程经验，对非正常环境中使用年限为100年的混凝土结构，应采取专门的有效措施，由设计根据具体情况确定。而更长期的使用则目前尚无法考虑。
4.5百年使用期的技术措施
（1） 混凝土的强度等级：提高强度有利于结构耐久，故钢筋混凝土结构的最低强度等级为C30；预应力混凝土结构的最低强度等级为C40。
（2） 氯离子含量：按预应力构件要求，严格限制为0.06%。
（3） 碱含量：宜使用非碱活性骨料，当使用碱活性骨料时，最大碱含量限制为3.0kg/。
（4） 保护层厚度：考虑碳化速度的规律，混凝土保护层厚度应按正常条件下的1.4倍取用；当采取有效的表面防护措施时，保护层厚度可适当减小。
6．结语
混凝土结构的耐久性问题是近年才提出的新课题，也是世界建筑工程界普遍关心的话题。目前我国尚留存有大量未考虑耐久性设计的既有建筑，大规模基建高潮过去以后，耐久性问题也将提上日程，并可能形成新的产业。未来，对于混凝土耐久性设计的研究将会越来越多，越来越透彻。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。