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【摘 要】 耐久性是检验建筑结构安全性与使用寿命的重要指标，同时也是保证建筑结构在规定的使用年限内充分发挥其基本功能的关键。在现代建筑结构中混凝土以其优良的性能得到了广泛的应用，而混凝土的施工质量又是影响建筑结构耐久性的重要因素。因此，在建筑工程施工中做好混凝土施工质量的控制是增强建筑结构耐久性的重要途径。本文中结合多年来的工作实践对如何提高混凝土结构的耐久性进行了探讨，旨在促进我国建筑工程施工水平的提高。
【关键词】 建筑结构；混凝土；耐久性；保护；控制；设计
建筑结构的耐久性是运用科学合理的设计以及施工质量的控制来实现的，是保证建筑工程在使用年限内能够维持建筑结构功能的重要手段。在工程实践中影响结构耐久性的因素有很多方面，比如混凝土裂缝的产生、混凝土结构中钢筋的锈蚀等。因此，本文中主要结合在混凝土结构设计过程中应考虑的相关因素，完善建筑混凝土结构的耐久性设计理念。
1、混凝土结构耐久性的定义
在《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）中明确规定，混凝土结构设计采用极限状态设计方法，并指出“整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规范的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态”。由于结构耐久性作为影响结构可靠度的一项指标，同样也存在极限状态这个概念。现行的设计规范有两种极限状态含义：一是承载能力极限状态；二是正常使用极限状态。由此我们可以将结构的耐久性能，划分到“正常使用极限状态”中考虑。
2、混凝土结构中材料选择与配合比设计
建筑混凝土结构设计过程中，最先考虑的是混凝土材料的选择和配制问题，如混凝土配制的原材料选择不合适，就满足不了建筑的高质量设计标准的要求，再加上在配制过程中没有合理控制水灰比例，由于水泥中的水化物稳定性相对较差，会导致混凝土的孔隙率很高。而一些侵蚀介质如CO2、O2及其他的有害物质通过空隙侵入混凝土的内部结构，从而产生建筑混凝土结构的耐久性问题。在建筑结构中混凝土的设计时，选择的高质量的混凝土应具备高强度、高耐久性、高紧实性及高稳定性等特点，才能满足建筑混凝土结构设计的耐久性要求，高质量的混凝土的材料选择和配制都是非常关键的问题。
为满足高质量的混凝土要求，应在确保混凝土的所需的流动性的基础上，尽可能的减小水与灰的比例，使水泥的强度控制在42.5Mpa的水平之上；骨料的选择应选取高强度的石料，如花岗岩、大理石等，选取大小直径为2～3cm的石粒，同时抗压强度在89～92Mpa范围内；活性粉的选择，其颗粒直径应小于5um，活性二氧化硅含量应高达90%以上；减水剂的选择应选择减水率在20%以上的。在以往建筑混凝土结构设计中发现C70高性能混凝土能够满足条件，能有效增加大面积使用混凝土的建筑的强度，提高耐久性，其具体的配合比见表1。
3、混凝土结构中总含碱量控制设计
建筑大面积的使用混凝土结构，由于混凝土自身化学因素与周围环境因素的影响，会造成混凝土结构建筑的严重破坏，如混凝土集料的碱反应、混凝土自身的化学干缩反应造成混凝土的开裂及水化热性过高造成的温度开裂等。因此，提高混凝土建筑的耐久性，需严格控制混凝土的总含碱量，减少其引起的对混凝土结构的化学破坏，同时在建筑的设计过程中尽可能的隔绝长时间的水与潮湿空气影响，提高建筑混凝土结构的耐久性。
一般水泥中Na2和K2O的主要生产原料是粘土，粘土的含碱量高达2.6%左右，但使用碱含量为0.2%左右的砂岩，则会影响到水泥的生产工艺，因此，水泥的碱含量一般难以降低，这时通过采取有效措施降低混凝土掺料中的碱含量，从而降低混凝土的总含碱量。如在混凝土中掺入一些活性混合材料（符合GB/T203-2008粒化的高炉矿渣等），将建筑混凝土结构的总碱含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上缓解混凝土的碱集料反应。此外还要注意隔绝水等潮湿空气来源的环境影响，缓和混凝土的碱集料反应对建筑工程造成的损害，提高其耐久性。
4、混凝土结构中防冻融保护设计
冻融害是造成建筑的混凝土结构破坏的一个重要影响因素，特别是高纬度的寒冷地区。由于建筑的混凝土结构设计过程中，应充分考虑到会有一些游离水会滞留在混凝土中，从而形成相连通的细孔结构。当混凝土中的水处于饱和状态时，混凝土中游离水遇冷则可能会冻结成冰，使混凝土结构的体积膨胀，由于细孔壁要同时承受着膨胀压和渗透压，这两种压力超过了混凝土抗拉的最大强度时，建筑中的混凝土结构就会发生开裂，而交替反复的冻融侵害，会进一步加大混凝土结构的裂缝，从而大面积破坏混凝土结构。因此，应该采取有效措施控制冻融侵害，提高建筑混凝土的耐久性。
首先在水泥的品种的选取时，应考虑到提高混凝土的抗冻融性要求，合理调配在0℃左右的低温环境下适用的混凝土，如早强硅酸盐水泥，该品种的水泥的化热性较大，且在早期的化热强度最大。在混凝土的配制过程中，还可通过适当降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，从而增加混凝土的化热量。同时通过掺入适量的引气剂，也可增加混凝土的抗冻融性，但由于市场上品种繁多的引气剂，在其的选择上应慎重。此外还可通过蓄热法和外部的加热法等，增加建筑混凝土结构的抗冻融性，提高混凝土建筑的耐久性。
5、混凝土结构中钢筋锈蚀防护设计
混凝土结构建筑中，钢筋锈蚀会导致膨胀现象，从而导致混凝土结构开裂，而开裂会使环境中的有害物质进入到混凝土结构内部，进而加剧钢筋的锈蚀，形成后果严重的恶性循环。在我国普遍存在着氯盐环境，当混凝土结构中钢筋表面的氯离子达到浓度的临界值时，会严重破坏钝化膜，使钢筋产生锈蚀现象，铁锈膨胀会造成混凝土结构的开裂，影响混凝土与钢筋的粘结力，此外混凝土的炭化也会造成钢筋的锈蚀。因此，需采取有效措施提高混凝土的抗腐蚀性，防止产生钢筋锈蚀，提高混凝土建筑的耐久性。
采取措施提高混凝土的抗腐蚀性，因混凝土中的卤素离子如氯离子会严重破坏钢筋的氧化保护膜，可以通过适当的降低水胶比，加强混凝土结构的紧实性，保护钢筋。同时由于NaNO2能够在钢筋的表面生成一层氧化膜，从而达到抑制混凝土中钢筋锈蚀反应，可将CaCl2和NaNO2一起加入混凝土中使用。通过科学合理选择混凝土原材料，加强混凝土的保护层的厚度，提高混凝土的紧实性，防止环境中的有害气体的侵入，减少锈蚀。但应注意的是一味的增大保护层也会给混凝土结构表面造成开裂，同时也相应的提高了建筑工程的造价，因此，在建筑混凝土结构设计中应综合考虑保护层厚度与耐久性使用的关系比例问题，保护层厚度、水胶比与使用年限关系，如图1。
6、结语
综上所述，混凝土结构的耐久性设计，应综合考虑原料、锈蚀及环境等因素，通过选取高质量的原料及掺料，控制混凝土的总含碱量，做好混凝土的防冻融工作，同时提高混凝土的抗腐蚀性，能够有效提高建筑的混凝土结构的耐久性。此外，在混凝土建筑结构设计过程中，应严格按照国家标准规范进行设计操作，加强质量的管理及维护，保证建筑的耐久性，促进我国建筑事业的健康发展。
参考文献：
[1]马冀.混凝土在建筑结构设计中的应用[J].中华民居，2011（04）.
[2]朱小平.超高性能混凝土泵送技術[J].城市建设理论研究，2013（2）.
[3]李党义，李曦，缪瑞波.C70高性能混凝土在超建筑中的实践探析[J].商品混凝土，2013（06）.
[4]吴迪，祁建华.浅谈建筑工程施工阶段的安全监理[A].建设工程安全理论与应用——首届中国中西部地区土木建筑学术年会论文集[C]. 2011.
【关键词】 建筑结构；混凝土；耐久性；保护；控制；设计
建筑结构的耐久性是运用科学合理的设计以及施工质量的控制来实现的，是保证建筑工程在使用年限内能够维持建筑结构功能的重要手段。在工程实践中影响结构耐久性的因素有很多方面，比如混凝土裂缝的产生、混凝土结构中钢筋的锈蚀等。因此，本文中主要结合在混凝土结构设计过程中应考虑的相关因素，完善建筑混凝土结构的耐久性设计理念。
1、混凝土结构耐久性的定义
在《混凝土结构设计规范》（GB50010—2002）中明确规定，混凝土结构设计采用极限状态设计方法，并指出“整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规范的某一功能要求，此特定状态称为该功能的极限状态”。由于结构耐久性作为影响结构可靠度的一项指标，同样也存在极限状态这个概念。现行的设计规范有两种极限状态含义：一是承载能力极限状态；二是正常使用极限状态。由此我们可以将结构的耐久性能，划分到“正常使用极限状态”中考虑。
2、混凝土结构中材料选择与配合比设计
建筑混凝土结构设计过程中，最先考虑的是混凝土材料的选择和配制问题，如混凝土配制的原材料选择不合适，就满足不了建筑的高质量设计标准的要求，再加上在配制过程中没有合理控制水灰比例，由于水泥中的水化物稳定性相对较差，会导致混凝土的孔隙率很高。而一些侵蚀介质如CO2、O2及其他的有害物质通过空隙侵入混凝土的内部结构，从而产生建筑混凝土结构的耐久性问题。在建筑结构中混凝土的设计时，选择的高质量的混凝土应具备高强度、高耐久性、高紧实性及高稳定性等特点，才能满足建筑混凝土结构设计的耐久性要求，高质量的混凝土的材料选择和配制都是非常关键的问题。
为满足高质量的混凝土要求，应在确保混凝土的所需的流动性的基础上，尽可能的减小水与灰的比例，使水泥的强度控制在42.5Mpa的水平之上；骨料的选择应选取高强度的石料，如花岗岩、大理石等，选取大小直径为2～3cm的石粒，同时抗压强度在89～92Mpa范围内；活性粉的选择，其颗粒直径应小于5um，活性二氧化硅含量应高达90%以上；减水剂的选择应选择减水率在20%以上的。在以往建筑混凝土结构设计中发现C70高性能混凝土能够满足条件，能有效增加大面积使用混凝土的建筑的强度，提高耐久性，其具体的配合比见表1。
3、混凝土结构中总含碱量控制设计
建筑大面积的使用混凝土结构，由于混凝土自身化学因素与周围环境因素的影响，会造成混凝土结构建筑的严重破坏，如混凝土集料的碱反应、混凝土自身的化学干缩反应造成混凝土的开裂及水化热性过高造成的温度开裂等。因此，提高混凝土建筑的耐久性，需严格控制混凝土的总含碱量，减少其引起的对混凝土结构的化学破坏，同时在建筑的设计过程中尽可能的隔绝长时间的水与潮湿空气影响，提高建筑混凝土结构的耐久性。
一般水泥中Na2和K2O的主要生产原料是粘土，粘土的含碱量高达2.6%左右，但使用碱含量为0.2%左右的砂岩，则会影响到水泥的生产工艺，因此，水泥的碱含量一般难以降低，这时通过采取有效措施降低混凝土掺料中的碱含量，从而降低混凝土的总含碱量。如在混凝土中掺入一些活性混合材料（符合GB/T203-2008粒化的高炉矿渣等），将建筑混凝土结构的总碱含量控制在3.0kg/m3以下，可一定程度上缓解混凝土的碱集料反应。此外还要注意隔绝水等潮湿空气来源的环境影响，缓和混凝土的碱集料反应对建筑工程造成的损害，提高其耐久性。
4、混凝土结构中防冻融保护设计
冻融害是造成建筑的混凝土结构破坏的一个重要影响因素，特别是高纬度的寒冷地区。由于建筑的混凝土结构设计过程中，应充分考虑到会有一些游离水会滞留在混凝土中，从而形成相连通的细孔结构。当混凝土中的水处于饱和状态时，混凝土中游离水遇冷则可能会冻结成冰，使混凝土结构的体积膨胀，由于细孔壁要同时承受着膨胀压和渗透压，这两种压力超过了混凝土抗拉的最大强度时，建筑中的混凝土结构就会发生开裂，而交替反复的冻融侵害，会进一步加大混凝土结构的裂缝，从而大面积破坏混凝土结构。因此，应该采取有效措施控制冻融侵害，提高建筑混凝土的耐久性。
首先在水泥的品种的选取时，应考虑到提高混凝土的抗冻融性要求，合理调配在0℃左右的低温环境下适用的混凝土，如早强硅酸盐水泥，该品种的水泥的化热性较大，且在早期的化热强度最大。在混凝土的配制过程中，还可通过适当降低水泥的水灰比，稍微增加水泥的比重，从而增加混凝土的化热量。同时通过掺入适量的引气剂，也可增加混凝土的抗冻融性，但由于市场上品种繁多的引气剂，在其的选择上应慎重。此外还可通过蓄热法和外部的加热法等，增加建筑混凝土结构的抗冻融性，提高混凝土建筑的耐久性。
5、混凝土结构中钢筋锈蚀防护设计
混凝土结构建筑中，钢筋锈蚀会导致膨胀现象，从而导致混凝土结构开裂，而开裂会使环境中的有害物质进入到混凝土结构内部，进而加剧钢筋的锈蚀，形成后果严重的恶性循环。在我国普遍存在着氯盐环境，当混凝土结构中钢筋表面的氯离子达到浓度的临界值时，会严重破坏钝化膜，使钢筋产生锈蚀现象，铁锈膨胀会造成混凝土结构的开裂，影响混凝土与钢筋的粘结力，此外混凝土的炭化也会造成钢筋的锈蚀。因此，需采取有效措施提高混凝土的抗腐蚀性，防止产生钢筋锈蚀，提高混凝土建筑的耐久性。
采取措施提高混凝土的抗腐蚀性，因混凝土中的卤素离子如氯离子会严重破坏钢筋的氧化保护膜，可以通过适当的降低水胶比，加强混凝土结构的紧实性，保护钢筋。同时由于NaNO2能够在钢筋的表面生成一层氧化膜，从而达到抑制混凝土中钢筋锈蚀反应，可将CaCl2和NaNO2一起加入混凝土中使用。通过科学合理选择混凝土原材料，加强混凝土的保护层的厚度，提高混凝土的紧实性，防止环境中的有害气体的侵入，减少锈蚀。但应注意的是一味的增大保护层也会给混凝土结构表面造成开裂，同时也相应的提高了建筑工程的造价，因此，在建筑混凝土结构设计中应综合考虑保护层厚度与耐久性使用的关系比例问题，保护层厚度、水胶比与使用年限关系，如图1。
6、结语
综上所述，混凝土结构的耐久性设计，应综合考虑原料、锈蚀及环境等因素，通过选取高质量的原料及掺料，控制混凝土的总含碱量，做好混凝土的防冻融工作，同时提高混凝土的抗腐蚀性，能够有效提高建筑的混凝土结构的耐久性。此外，在混凝土建筑结构设计过程中，应严格按照国家标准规范进行设计操作，加强质量的管理及维护，保证建筑的耐久性，促进我国建筑事业的健康发展。
参考文献：
[1]马冀.混凝土在建筑结构设计中的应用[J].中华民居，2011（04）.
[2]朱小平.超高性能混凝土泵送技術[J].城市建设理论研究，2013（2）.
[3]李党义，李曦，缪瑞波.C70高性能混凝土在超建筑中的实践探析[J].商品混凝土，2013（06）.
[4]吴迪，祁建华.浅谈建筑工程施工阶段的安全监理[A].建设工程安全理论与应用——首届中国中西部地区土木建筑学术年会论文集[C]. 2011.