建筑构造对结构耐久性的影响

【摘 要】结构耐久性问题是土木工程的重要问题,而通过建筑构造来考虑和影响结构耐久性是解决结构耐久性问题的一个重要途径和思路.本文通过分析建筑构造对结构耐久性损伤的分析,揭示了建筑构造在建筑中的用药作用,明确了建筑构造对结构耐久性的影响.

【关 键 词】耐久性；建筑构造；损伤；功能

1结构耐久性定义

结构耐久性的定义为:结构在规定的使用年限内,在各种环境条件作用下,由于结构构件材料性能随时间劣化,但不需要额外的费用加固处理而保持其安全性、正常使用性和可接受的外观的能力.耐久性在实质上是研究在满足结构的安全性和适用性最低可靠度条件下,结构对气候作用、化学侵蚀、物理作用或其他破坏过程的抵抗能力,即材料老化及损伤的年限,该年限为建筑物在正常维护状态下的建筑物使用寿命.

2结构耐久性损伤类型

2.1　混凝土碳化

混凝土碳化是混凝土中的Ca（OH）2及其他水泥熟料与环境中的CO2在温度相宜时发生化学反应生成CaCO3和水的过程也称混凝土的中性化.一方面,碳化后的混凝土使混凝土的碱性降低,当混凝土的pH值降为8.5～9时,混凝土即已碳化,从而失去了对钢筋的保护作用,为混凝土中钢筋的锈蚀创造了前提条件.另一方面,混凝土碳化反应的结果是生成的CaCO3和其他固态物质堵塞在混凝土孔隙中,使混凝土的孔隙率下降,大孔减少从而减弱了后续的CO2扩散,使混凝土的密实度得到提高.

2.2　钢筋锈蚀

钢筋锈蚀是混凝土结构最常见和量最大的耐久性问题.新成型混凝土的孔隙溶液中含有氢氧化钙,pH值较高,呈碱性.在这种情况下,钢筋表面可形成钝化膜,钢筋处于钝化状态.钝化膜对钢筋起到保护作用,处于钝化状态的钢筋不会锈蚀.当钝化膜遭到破坏时,钢筋则具备锈蚀条件.混凝土碳化后,钢筋表面的钝化膜遭到破坏,在适当的条件下（如果有足够的氧和水）,钢筋产生锈蚀.锈蚀钢筋与混凝土的粘结作用下降,破坏它们共同工作的基础,从而严重影响混凝土结构的安全性和正常适用性.

2.3　碱骨料反应

碱骨料反应是指水泥水化过程中释放出来的碱与骨料中的碱活性成分发生化学反应,生成物重新排列和吸水膨胀所产生的应力诱发产生裂缝,最后造成混凝土结构的破坏.

2.4　化学侵蚀

化学物质的侵蚀是混凝土结构耐久性中最为复杂的问题复杂的原因是在于化学物质的种类多,随机性强,对混凝土的作用效应不易准确确定.但归纳起来,化学物质的侵蚀可分成酸侵蚀、碱侵蚀和硫酸盐侵蚀三大类.

2.5　混凝土表面磨损

有三种情况会引起混凝土表面磨损；机械磨耗、冲磨、空蚀磨损的结果是造成结构表面的混凝土剥落.

3建筑构造对结构耐久性的影响原因

造成结构耐久性损伤的影响因素除了混凝土和钢筋自身的条件,设计因素,施工质量外,那就是环境因素:相对的温湿度、覆盖层的厚度及材料性质、酸碱盐环境,有无裂缝通道等.而许多建筑构造的功能正是从考虑建筑物环境因素影响设置的.从已有的大量建筑工程事故和耐久性损伤例子来看,由于建筑构造原因造成结构耐久性损伤主要体现在以下几个方面:

3.1防水构造不良产生渗漏会加速结构耐久性损伤的发生

防水构造不良产生渗漏的结果造成建筑物的结构充分与水接触,而从前面结构耐久性损伤的成因来看,大多数混凝土结构的耐久性问题都与水有关.水是氯离子及其他有害化学物质进入混凝土内部的载体.侵蚀物质从外部环境到混凝土中能否与混凝土的组成起反应,取决于混凝土是否存在汽态或液态的水.在构件表面湿润时,溶于水中的有害化学物质随水进入构件表层.在干燥的周期,混凝土中的部分水分蒸发,有害物质却留在混凝土中.混凝土含水率较高时,有害化学物质从构件表面向内部扩散的速度加快；混凝土含水率低时,扩散速度较慢.如在干燥环境中,即使保护层混凝土完全碳化,钢筋也不会锈蚀.含有同样量氯离子的混凝土构件,在干燥的环境中,钢筋锈蚀速度较慢,在潮湿的环境中,钢筋锈蚀速度就比较快；干燥的环境中,混凝土冻融破坏和碱骨料反应的速度极慢,而在潮湿的环境中,混凝土冻融破坏和碱骨料反应的速度就加快.因此,防水构造的质量如何,对结构耐久性影响是很大的.

3.2防腐构造不良会提供化学侵蚀的机会

在常用的水玻璃类,沥青类和树脂类的防腐蚀工程中,往往会因为发防腐蚀层空鼓、裂缝,以防腐蚀材料硬化固结过快、过慢、强度不够、物理化学性能差,甚至在防腐层与基层之间没有设置必要的隔离层或连接层等原因致使防腐构造不良,从而为化学侵蚀提供了机会,尤其在酸碱盐腐蚀状态下,混凝土会发生化学侵蚀及钢筋锈蚀等耐久性损伤.特别是处于与土壤接触的地下部分结构,由于各类土壤中腐蚀性盐类的存在,防腐构造更显得重要.如在内陆盐土和滨海盐土中,大量氯化物和硫酸盐的存在会破坏钢筋的钝化膜,对混凝土产生膨胀性腐蚀破坏,混凝土表面水泥砂浆严重剥落、石子外露、最大剥离深度为18mm,并出现顺筋裂缝,裂缝宽度达5mm.从而使地下建筑必须采取防腐措施,要配置耐腐蚀高性能混凝土,混凝土结构要做防腐隔离层.

3.3装修构造缺陷对结构耐久性不利

主要指装饰层起鼓、脱落、污染裂缝、地面起灰等.根据覆层体系原理,建筑物本身的构造多层次覆层体系,是在长期使用中（有的上百年）,受大气中含二氧化碳或酸雨等污染源的侵蚀作用（或者偶然受外力的施加与碰撞）.首先,表面装饰层微裂,然后发展到断裂进而剥落,如果不及时维修,逐渐波及到维护结构层,依次是水泥砂浆粘结层、钢筋混凝土的保护层,进而使混凝土碳化,最后,导致钢筋锈蚀,钢筋锈蚀膨胀,保护层剥落,露出生锈的钢筋,危及建筑物的使用寿命.

4结语

根据上述分析,结合前面所谈到的提高结构耐久性的技术措施,我们可以将影响结构耐久性的建筑构造按照各自的功能作用做如下归类:1）避免水分侵袭的排水、防水、防潮工程、防结露构造,如排水坡度、天沟、雨水口、泛水、檐口、防水层、勒脚、防潮层隔气层、墙体装修层、腰线、滴水线、地漏、踢脚、散水、明沟、室内外高差台阶等；2）避免低温和高温的建筑构造,如保温层、隔热层、防火区、防火墙等；3）避免混凝土在腐蚀环境中工作的防腐工程,如在与地下土壤接触的地面与墙体处设置防腐蚀隔离层；4）避免混凝土磨损的建筑构造,如室内外墙体和室内楼地面的装修构造层、护角、勒脚；5）避免缝隙出现的变形缝及节点构造,如温度缝、沉降缝、防震缝、楼板与柱或墙体连接处等.因此,在设计和施工过程中,了解可以影响结构耐久性的建筑构造,做到有的放矢,即可最大程度地避免构造原因引起的建筑物结构损伤.