混凝土结构的耐久性分析与设计

混凝土结构的耐久性分析与设计

马妍

马妍

（深圳供电规划设计院有限公司）

1．前言

在2018年，南方电网公司深圳供电局对运行中的110kV、220kV变电站构支架的普查中，发现有10个110kV变电站的110kV设备（母线刀闸）支架平台混凝土剥落，钢筋（箍筋和纵筋）外露比较严重；3个220kV变电站的220kV、110kV构架梁、柱的混凝土剥落，钢筋（箍筋和纵筋）外露严重。变电站混凝土结构的设计使用年限为50年，而这些变电站的运行年限多的约20年，少的仅10年左右。

混凝土剥落、受力钢筋外露，直接影响到混凝土结构的安全，也给变电站的安全生产带来隐患，如果一旦构架、支架因安全性降低而引起倒塌，不但会造成很大的经济损失，严重的还会造成人员伤亡。深圳是一个滨海城市，空气中的含盐量普遍高于内陆城市；靠近海边的区域，土壤对混凝土和钢结构的腐蚀性也比较高，这种由于混凝土耐久性的降低而造成的混凝土结构“寿命”缩短的现象，也比内陆城市明显。

2．混凝土结构的耐久性

混凝土的耐久性是指组成混凝土的材料在长期的自然环境中较少腐蚀、经久耐用的性能，主要指抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化等。符合耐久性要求即指，在设计人员进行了耐久性设计，施工单位也采取了相应的提高混凝土耐久性的措施的情况下，一个混凝土结构能够在设计使用年限内，不出现影响结构安全性的破坏，不需要花费较多费用进行维修，加固。

随着时间的推移，人们发现，已经建设使用的混凝土结构并不是耐久的，先于设计使用年限破坏，低于设计寿命的事例时有发生。在我国，有一些机场，原来准备用30年的飞机跑道，不到10年就出现二三十厘米长的裂缝，给飞行安全带来隐患，而一些公路、桥梁工程，类似的混凝土结构“早衰”现象也屡见不鲜。

3.影响混凝土耐久性的主要因素

混凝土的密实度是影响混凝土耐久性的重要因素。众所周知，混凝土是由水泥、石子、砂子、水经过原材料的选择和按照一定的科学的配比，经过搅拌，产生一系列的物理、化学反应，硬化后形成的一种建筑材料。目前，在工业与民用建筑工程中，广泛使用的是商品混凝土。混凝土由搅拌站生产出来，装入运输车，运送至施工现场。由于商品混凝土的转运，时间的延长，为了保证混凝土的易拌和，易浇捣，避免出现蜂窝、麻面及空鼓现象，所以混凝土的水灰比较大。水灰比增加后，混凝土表面的吸水率和渗透率也增大，使混凝土的抗渗能力下降。过多的水导致混凝土内部的孔隙率很高，特别是毛细孔占相当高的比例，而毛细孔是水分、氧气、二氧化碳、各种腐蚀性介质等有害物质进入混凝土内部的通道，这些有害物质通过腐蚀混凝土、钢筋，久而久之，混凝土结构的耐久性大大降低。

混凝土施工中最常见的质量事故如蜂窝、麻面、孔洞、露筋、埋件和转角处多孔疏松，拆模时脱棱掉角、表面泛浆和多孔，都使混凝土的密实性降低，从而降低了混凝土耐久性。

混凝土结构的养护工作做的好坏，也是影响其耐久性的因素之一。混凝土是一种疏松多孔的混合物，新拌制的混凝土中存在着大量均匀分布的毛细孔，其中充满水，使水泥进一步进行水化作用。如果环境湿度大或继续放在水中，则可通过毛细管向内补给水化用水，混凝土性能就能不断提高。在干旱多风天气，毛细孔水迅速蒸发，水泥不仅因缺水而停止水化作用，还会因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩。此时混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力很快使混凝土开裂，破坏混凝土结构，造成质量事故。

4.提高混凝土耐久性的措施

从混凝土结构设计角度，建筑业内专家早就对混凝土工程寿命问题给予了足够的重视。在对《混凝土结构设计规范》进行修订过程中，进行了研究并最终在2002版新《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）中增加了3.4节：“耐久性规定”，明确混凝土结构的耐久性应根据混凝土结构的环境类别和设计使用年限进行设计，并给出了不同环境中，各种设计使用年限的混凝土结构的耐久性要求。

在拌制混凝土过程中，可以根据工程设计以及施工要求选择混凝土外加剂。例如普通减水剂是在混凝土塌落度基本相同的情况下，能减少拌和用水量的外加剂。引气剂（或引气减水剂）的加入，经搅拌能在混凝土拌和物中引入大量分布均匀的微小气泡，以改善其和易性，并在硬化后仍能保留微小气泡以改善混凝土的抗冻融耐久性。

在混凝土浇注、振捣施工中，对于有预留孔洞、预埋件和钢筋密集的部位，应预先制定好相应的技术措施，确保顺利布料和振捣密实。水平结构的混凝土表面，应适时用木抹子抹平搓毛两遍以上，必要时，还应先用铁滚筒压两遍以上，防止产生收缩裂缝。在施工前期准备以及施工过程中，施工单位应采取措施，保证混凝土的保护层厚度、振捣密实以及给予充分的养护等。

目前，建筑工程普遍实行招标制度。业主方希望价格越低越好，在招标过程中会尽量地压低造价，而施工单位间竞争激烈，即使保持低利润也希望中标，也将投标价格压的比较低。而真正中标后，也不愿意再为提高混凝土的耐久性付出更多的成本。如果在合同中加入有关工程耐久性的要求和规定，中标方就会重视工程的长期寿命，采取措施提高建筑工程寿命。

5．结语

近年来，随着经济的快速发展，用电负荷大幅度增长。在深圳每年新建的110kV以上输变电工程几十项。因此从业主、设计、施工、监理各个方面都应该重视混凝土结构的耐久性问题，过早“衰老“的工程不仅会带来安全隐患，还需要耗费数额巨大的工程维修和重建费用，造成不必要的浪费，而将这些人力、物力用于新的建设和开发，会带来更多的经济效益和社会效益。