混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)也簡稱混凝土耐久性設(shè)計(jì),是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要組成部分。耐久性設(shè)計(jì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言是一個(gè)嶄新的概念,在國內(nèi)僅僅是*近幾年才得到重視。
混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)涉及到結(jié)構(gòu)的使用環(huán)境、結(jié)構(gòu)型式、材料選擇、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件、管理和維護(hù)維修等多個(gè)方面。
傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很少考慮使用環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的長期影響,主要考慮荷載對(duì)結(jié)構(gòu)承載力的安全性以及約束變形(主要指混凝土裂縫、撓度等)對(duì)結(jié)構(gòu)使用性能的影響。事實(shí)上,不同的使用環(huán)境對(duì)混凝土材料性能退化和結(jié)構(gòu)功能劣化的影響很大,影響機(jī)理也不盡相同,有些使用環(huán)境對(duì)材料長期性能的影響不明顯,而有的使用環(huán)境作用很突出,輕者影響使用功能,重者則危及結(jié)構(gòu)的安全性能和使用壽命。如果在設(shè)計(jì)時(shí)不考慮混凝土耐久性要求,有可能使結(jié)構(gòu)的使用壽命達(dá)不到預(yù)期的設(shè)計(jì)壽命,也可能在項(xiàng)目的運(yùn)營期間的維修費(fèi)用過大,嚴(yán)重超出正常維修的允許范圍。
當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)使用環(huán)境可能明顯地導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料性能隨使用時(shí)間延長而劣化時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)應(yīng)作為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。首先應(yīng)明確該結(jié)第7章混凝土耐久性設(shè)計(jì)和建筑工程項(xiàng)目全壽命經(jīng)濟(jì)分析構(gòu)的耐久性目標(biāo),即預(yù)期的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命(也稱設(shè)計(jì)使用年限):其次是要明確耐久性失效的標(biāo)準(zhǔn)或準(zhǔn)則。
耐久性設(shè)計(jì)就是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)劣化規(guī)律來計(jì)算或驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)使用壽命期內(nèi),抵抗環(huán)境作用的能力是否大于環(huán)境對(duì)結(jié)構(gòu)的作用。耐久性設(shè)計(jì)需要分析結(jié)構(gòu)抗力與荷載隨時(shí)間的變化規(guī)律,使設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)有明確的目標(biāo)使用期,并充分考慮以后的維修甚至改擴(kuò)建的需要,使建筑工程項(xiàng)目達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的建設(shè)目的。
如前所述,由于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的類型很多,且界定混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的問題復(fù)雜,不僅與結(jié)構(gòu)的失效狀態(tài)有關(guān),還與結(jié)構(gòu)的重要性以及社會(huì)政治、經(jīng)濟(jì)等若干因素有關(guān),所以,混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)問題至今沒有很好地解決。
設(shè)計(jì)使用壽命也稱設(shè)計(jì)使用年限 (designworkinghfe),是設(shè)計(jì)規(guī)定的一個(gè)時(shí)期,在這一規(guī)定的時(shí)期內(nèi),只需進(jìn)行正常的維護(hù)而不需進(jìn)行大修就能按預(yù)期目的使用、完成預(yù)定功能,即在正常設(shè)計(jì)、正常施工、正常使用和維護(hù)下所應(yīng)達(dá)到的使用年限。所謂“正常維護(hù)”包括必要的檢測、維護(hù)及維修。
混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命與其所處的工作環(huán)境密切有關(guān)。對(duì)重要性等級(jí)不同的建筑工程提出不同的設(shè)計(jì)使用壽命,在設(shè)計(jì)時(shí)就不得不考慮擬建的建筑工程所處的工作環(huán)境。在一般的工作環(huán)境下,結(jié)構(gòu)材料隨時(shí)間的延長其性能退化不明顯,比較容易達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命。但在惡劣的工作環(huán)境下就有針對(duì)性地采取技術(shù)措施和相應(yīng)的管理措施,才能滿足設(shè)計(jì)使用壽命的要求。為進(jìn)行合理的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì),應(yīng)該對(duì)結(jié)構(gòu)的工作環(huán)境根據(jù)其影響程度和對(duì)結(jié)構(gòu)材料退化的嚴(yán)重性予以區(qū)分,以利于混凝土耐久性設(shè)計(jì)時(shí)區(qū)別對(duì)待并分別采取不同的對(duì)策措施。
混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境可以分為一般大氣環(huán)境、工業(yè)建筑環(huán)境和海洋環(huán)境。前兩種環(huán)境又分為室內(nèi)環(huán)境和室外環(huán)境。一般來講,室外的混凝土構(gòu)件比室內(nèi)構(gòu)件的耐久性低。在工業(yè)環(huán)境下,空氣中的二氧化碳和有害氣體一般比其他環(huán)境下高,而且許多工業(yè)建筑室內(nèi)構(gòu)件可能處于高溫、高濕和有腐蝕介質(zhì)的環(huán)境中,因此會(huì)比民用建筑有著更嚴(yán)重的混凝土耐久性問題。處于海洋環(huán)境中的混凝土結(jié)構(gòu),由于受到混凝土碳化、氯離子侵蝕、干濕交替和波浪沖擊等復(fù)雜作用,其耐久性問題較內(nèi)陸地區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)更為嚴(yán)重。在海洋環(huán)境中,混凝土構(gòu)件腐蝕*嚴(yán)重的區(qū)域是潮汐區(qū),其次是海平面以上的大氣區(qū)及近海區(qū)域,而浸沒在海水中的混凝土構(gòu)件的耐久性問題卻較相對(duì)較輕。
在四類環(huán)境中,主要指海港工程混凝土結(jié)構(gòu)。因經(jīng)常與海水接觸并處于潮濕環(huán)境中,氯離子滲入引起鋼筋銹蝕,導(dǎo)致近海工程的一般混凝土結(jié)構(gòu)年就發(fā)生嚴(yán)重失效,使用壽命受威脅!混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)使用壽命和環(huán)境類別,采取相應(yīng)的技術(shù)方法和管理措施。隨著時(shí)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,需要建造各種大型的建筑工程。這些工程又以混凝土結(jié)構(gòu)為主,其規(guī)模巨大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能眾多,國際上稱之為“**工程’,。其特點(diǎn)是:投資巨大、技術(shù)復(fù)雜、環(huán)境影響嚴(yán)重,維修、養(yǎng)護(hù)或加固難度大等。因而,過去只限于在設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量的單一層面上去尋找結(jié)構(gòu)的安全性就不夠了。除加強(qiáng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建造時(shí)期的安全性和耐久性以外,還應(yīng)特別關(guān)注結(jié)構(gòu)在使用期間的檢測、維修和加固。