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混凝土结构的耐久性设计方法混凝土结构的耐久性设计是确保结构在设计使用年限内能够承受环境作用并保持功能的重要环节。其设计方法主要包括以下几个方面：
1.环境分类与作用分析：根据结构所处的环境条件（如大气暴露、水下、海洋环境、化学腐蚀等），将环境分为不同类别，并分析可能对混凝土产生的不利影响，如碳化、冻融循环、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等。
2.材料选择与配比优化：选用合适的水泥品种（如普通硅酸盐水泥或抗硫酸盐水泥）、掺合料（如粉煤灰、矿渣粉）以及外加剂，以提高混凝土的密实性和抗渗性。同时，合理控制水胶比和骨料级配，增强混凝土的耐久性能。
3.保护层厚度设计：通过设置足够的混凝土保护层厚度，延缓碳化和氯离子渗透对钢筋的影响，从而防止钢筋过早锈蚀。保护层厚度应根据环境类别和设计使用年限确定。
4.裂缝控制措施：通过合理设计结构尺寸、配筋率及施工工艺，控制混凝土裂缝宽度，减少外界有害物质通过裂缝侵入结构内部的可能性。
5.表面防护技术：采用涂层、密封剂或其他防护措施，增强混凝土表面的抗侵蚀能力，进一步延长结构使用寿命。
6.耐久性指标设定与检测：根据规范要求，设定抗渗等级、抗冻等级和抗氯离子渗透性等指标，并通过试验验证混凝土的耐久性能是否满足设计要求。
总之，混凝土结构的耐久性设计需要综合考虑环境因素、材料性能、构造措施和施工质量，确保结构在全生命周期内的安全性与可靠性。
混凝土的耐久性是其抵抗大气影响、化学侵蚀和 其他劣化过程而长期维持其性能的能力。在结构设计 中，耐久性被看成是结构所需的一种功能而不是其固 有的内在性能，所以耐久性又被定义为结构及其部件 在各种可能导致材料性能劣化的外加因素作用下、并 在预期的使用年限内维持其所需功能的能力。而结构 及其部件的使用年限（或工作寿命则是建造完工或生 产制成以后，在预定的使用和维修条件下，所有功能均 满足预定要求的期限。 长期以来，我国各种土建工程在其设计中对于结 构的耐久性和使用年限未能给予足够的重视，其中虽 有计划经济年代物资匮乏、经济短缺而无力作更多长 远考虑的一面，而对混凝土材料耐久性的认识不足可 能更为主要。从世界范围看混凝土结构虽然已有百年 历史但大量地应用于各类工程则不过50年。混凝土 材料在不少环境条件下远不如当初设想的那样耐久 问题不断暴露后一直到20世纪70年代才逐渐引起发 达国家的高度重视。随着可持续发展观念的日益觉醒 以及土建工程规模不断扩大并向海洋等更加恶劣的环
现行规范中的耐久性设计方法与问题
混凝土结构的耐久性设计方法
种方法从一开始就低估了冻融、干湿交替和盐类环境对 钢筋与混凝土的腐蚀作用此外，自从混凝土得到大量 应用以来因水泥工业提供的产品早期强度和细度不断 提高工程施工建设速度不断加快、环境条件不断恶化 又都对混凝土耐久性带来伤害。今天的低强度混凝土 由于水灰比因水泥强度提高得以增大等原因其耐久性 比几十年前同样强度的混凝土低得多。 随着耐久性问题的凸现，国际上一些混凝土结构 设计规范均不断修改混凝土的最低强度等级、最高水 胶比和最小保护层厚度的限制并增添新的要求。早在 1960年前后，各国规范中已普遍要求冻融环境下的混 凝土应该引气。配筋混凝土的最低强度等级也逐渐有 所提高，即使在一般环境下英国规范规定的最低强度 等级为C30（如同时满足水胶比等限制，可为C25）美 国ACI规范规定的最低强度等级在考虑到强度验收条 件后也已接近我国的C25，日本规范规定的还要更高 而在20世纪50年代初期，国际上的混凝土强度等级 多相当于C15到C20左右。对于冻融和盐冻环境下的 混凝土美国ACI规范规定的最大水胶比从过去（963 年）的0.53降低到0.4~0.5（983年）针对除冰盐的使 用，美国AASHTO公路桥梁设计规范规定混凝土水胶 比不高于0.45，而北欧则规定不高于0.40，并且强制要 求必须掺加粉煤灰或硅灰掺和料。表1是加拿大安大 略省从上世纪50年代到80年代30年间对公路桥梁 混凝土桥面板防盐冻要求的变化，反映了对耐久性的 日益重视，也是现实教训所迫使的结果其中除保护层 最小厚度从2.5cm增到7cm、混凝土最低强度等级从 C25提高到C40外还增添了防水、钢筋涂膜等特殊防腐 措施响。美国的情况与此类似，自1974年起AASHTO 规定盐冻环境下公路混凝土桥面板顶层钢筋的保护层 厚度如无其他防锈蚀措施时应不小于6.5cm。 我国的湿凝土结构设计规范在耐久性设计上同样
衣 加拿大安大略省公路桥梁混凝土桥面 板耐久性设计要求的变迁
采取了这种传统的设计方法，除港工混凝土结构防腐 蚀规范外要求的水准普遍偏低国内20世纪80年代
结构耐久性设计的极限状态与使用年限
结构设计需要考虑的外加作用主要有三类除了一 般作用（恒载、活载、风载及强制变形等）以外还有地 震、爆炸等偶然作用和环境作用。这三类作用下的结构 设计都要考虑结构安全性与适用性的功能要求，但在
侧重点上显然有区别所对应的极限状态和相关的安全 系数或可靠指标也不可能完全等同。对于一般荷载作用 下的结构设计而言与安全性相应的承载力极限状态最 为主要通常对构件的尺寸和配筋起到控制作用，而与 适用性如不被允许的外观、裂宽和挠度等相应的正常 使用极限状态则多处于从属的地位。对于偶然作用下的 结构设计，由于作用的出现频率甚低且作用值过于强 大通常只能考虑承载力极限状态的需要。 对于环境作用下的结构设计或结构耐久性设计 多数情况下应该是使用极限状态（适用性）最为主要 其情况恰与一般荷载作用下相反。材料性能劣化是长 期发展的结果，在钢筋不断锈蚀或混凝土不断腐蚀最 终导致截面承载力失效的极限状态以前，要经历裂缝 扩展、保护层胀裂等现象，此时的构件已经进入了适用 性失效的正常使用极限状态。适用性失效出现在先安 全性失效在后。既然不能正常使用就应修复或废弃。 不过混凝土结构也有一些隐蔽部位如埋设于地下的基 础，在正常使用过程中不易从外观上发现胀裂、锈迹或 剥离等现象更有预应力高强钢筋（索那样的部件， 旦发生应力腐蚀，会较快形成坑蚀并脆断事先并不造 成混凝土保护层的外观损伤。对这些情况就要注意发 生承载力极限状态的可能性，并需有较大的安全贮备 或可靠指标相适应但从耐久性设计的角度，依然可以 认定远在承载力因材料腐蚀失效前的某个劣化状态作 为能够接受的适用性状态来确定结构的使用年限。本 文所说的耐久性设计专指环境作用下的设计，至于疲 劳荷载作用下的设计虽然也属耐久性设计，但多归属 于荷载作用下的强度设计范畴。 除安全性与适用性外，结构的功能还要有可修复 性的要求。在亚洲混凝土结构模式规范中则将安全 性、适用性、可修复性三者并列，作为结构设计需要满 足的三大功能。可修复性在结构的耐久性设计中显然 不可或缺。如果允许进行修复且费用较低又不复杂则 在耐久性设计的要求上不妨取用较低的水准；如果修 复费用很高或甚至缺乏可行性就要设置较高的水准。 如果结构的寿命要求非常长环境作用又非常严酷，目 前的技术水平实在不能解决时，在设计中也可仅在满 足可修复性的前提下留待后人去处理，相信在科技更 快发展的明天定能有适当的方法加以解决。 所以环境作用下的结构耐久性设计应该主要按 适用性和可修复性的要求来确定结构的极限状态。为 了寻求耐久性设计的主要方向，明确这样的认识也许 是重要的。即使是耐久性的承载力极限状态计算，也应 与一般荷载下的强度计算有别。作为设计的一般原则
混凝土结构的耐久性设计方法
我们不大可能在耐久性设计中去逐一分析不同位置上 的钢筋从开始锈蚀到截面不断削弱变细直至配筋构件 承载力小于荷载效应值的极限状态。这样的分析或许 有价值0043.混凝土内墙、顶抹灰施工交底记录，但在工程设计中缺乏可操作性，而且方法本身 也存在疑点。
当环境作用导致结构性能劣化到不再满足原定的 适用性或安全性要求时，就达到了耐久性设计的极限 状态和相应的使用年限。但结构的使用年限可以通过 修复延长，所以结构使用年限的定义应是结构建成以 后，在设计预定的使用、保养、修理和更换部件的条件 下所有性能均可满足原定要求的年限。结构大修与结 构部件的更换会严重影响正常使用并耗费甚大，对一 般环境下的结构来说，在预定的使用年限内应能满足 不需大修的要求，其使用年限应是仅在一般保养维护 条件下的年限。仅当技术条件不能保证严酷环境条件 下的耐久性需要或在经济考虑上非常不利时，才可在 设计使用年限内规定对结构进行程度不同的大修、翻 建或部件更换。为此我们应该对结构的设计耐久性按 其使用年限内需要修理或更换部件的程度划分成不同 的等级。结构的腐蚀程度越深，修复的费用和难度越 大，所以修复的时间应该设定在材料性能尚未明显劣 化的状态。 耐久性设计的极限状态和相应的时间：可有很大 的变化范围以钢筋锈蚀为例按照材料劣化过程依次 可以选择不同的劣化状态作为极限状态如一一混凝 土碳化到钢筋表面或钢筋表面的氯离子浓度达到临界 值即钢筋开始锈蚀一一钢筋不断锈蚀导致保护层开 始胀裂%一一保护层顺筋胀裂的宽度达到某一设定的 限值；进一步的状态还可以有保护层剥落下坠时的t4 和因钢筋与混凝土之间的粘着力丧失或钢筋截面不断 削弱使构件承载力低于外加的荷载效应而最终达到承 载力失效时的t等。t到都可选为与适用性失效相应 的耐久性极限状态，而t以后的不同状态则与安全性 有关。在氯离子侵蚀的干湿交替和潮湿大气环境下钢 筋一旦锈蚀后发展速度很快所以常以t为耐久性极 限状态。对预应力混凝土则应以t为极限状态。 一般来说，按照规范的强度设计方法在一般荷载 作用下所确定的截面尺寸，是不容许钢筋和混凝土截 面有任何腐蚀损失的，因为这样就满足不了规范原先 为强度设计所设定的可靠指标。因此对耐久性设计来 说除非在结构设计时额外加上被腐蚀的尺寸，或者认 定结构到了后期的安全水准可以降低，否则像tt这 样的极限状态就不可能成立。
2.3结构的设计使用寿命
参考国外一些资料2101112的研究结果，耐久性设 计时对应于适用性极限状态的寿命安全系数一般在 1.8左右若后果影响大，修理费用很高时取大于2）而 对应于承载力极限状态约为3。这就是说如设计使用 年限t为50年则设计时按均值考虑的使用寿命应至 少达到90年(相应于适用性失效或接近大修的年限 和150年（相应于安全性失效的年限）
dC =Ddc dt dx²