平潭某工程基础地下室的混凝土耐久性设计

平潭某工程基础地下室的混凝土耐久性设计
一、工程概况
本工程建筑场地位于平潭综合实验区金井弯片区，靠近海边。

建筑物一幢12层的主楼和3层的附属楼，建筑高度57米，设置地下室一层。

结构设计使用年限为50年。

上部结构采用框架=剪力墙结构，下部基础采用冲钻孔灌注桩。

建筑+0.000的黄海标高为5.85m,地下室顶板标高-0.60m，底板标高为-6.0m。

二、地质情况
场地地貌单元主要为冲淤积平原地貌，工程地质分区为淤积，冲积区。

按地下水的赋存条件及水力特征主要为浅部填土（石）层中的上层滞水及场地下部的岩层空隙-裂隙承压水。

勘查期间测得的地下水位为上层滞水水位，水位受地表水，大气降水及临时施工排水的影响较大。

勘查期间测得的地下水位埋深0.3-2.6米。

3-5年水位变化幅度约为3米。

场区地下（表）水对混凝土结构具有中等腐蚀性，按地层渗透性对混凝土结构具有微腐蚀性，在长期浸水条件下对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱等腐蚀性，在干湿交替条件下对钢筋混凝土中的钢筋具有中腐蚀性。

具体分析结果详见下表：
三、地下环境对混凝土耐久性的影响
影响混凝土结构耐久性的因素主要有混凝土结构的内在因素和外部环境因素两方面。

内在因素主要为混凝土结构的保护层厚度、水灰比、密实度、水泥品种、标号和用量、外加剂类型，结构构件的构造、混凝土和钢筋的应力大小、裂缝等。

外部环境因素主要为气候、潮湿、高温、氯离子腐蚀、化学介质（酸、盐、海水碱类等）腐蚀，还有冻融、磨损破坏等，环境不同影响程度不同。

3.1有害物质对混凝土的腐蚀
①硫酸盐对混凝土的腐蚀
硫酸盐腐蚀主要是因为能够与混凝土中水泥水化产物发生化学反应,生成体积膨胀性侵蚀产物,如钙矾石结晶，石膏结晶，结晶体引起混凝土体积膨胀，导致混凝土开裂,破坏混凝土与钢筋的粘结,甚至使混凝土表层脱落,失去对钢筋的保护作用。

②镁盐对混凝土的腐蚀
水泥石主要胶凝物质是硅酸钙和铝酸钙，均需要相应的稳定碱度，如果介质中的碱度不断的下降，则所有水硬性胶凝物质将会分解为毫无胶凝作用的硅胶和铝胶，从而使混凝土溃散。

镁离子还能置换混凝土中水泥水化产物中的钙，形成可溶性或软体物，使混凝土丧失强度，构成所谓的分解性腐蚀。

③氯盐对混凝土的腐蚀
氯离子也会与水泥水化产物反应，生成CaCl2，将降低混凝土的碱度,CaCl2将被溶出，也是引起混凝土溃散的原因之一。

3.2有害盐对混凝土中钢筋的腐蚀
水泥在水化过程中，可产生一定量的氢氧化钙，使混凝土保持高碱度。

水泥水化的高碱度，使钢筋表面生成一层氧化物保护膜，或称“钝化膜”，从而使钢筋免受腐蚀。

钢筋锈蚀首先是钢筋表面氧化物保护膜的破坏，目前的研究认为钢筋“钝化膜”的破坏主要是两个方面：一是氯离子的侵入，二是混凝土保护层的碳化。

氯离子引起锈蚀的破坏机理是氯离子扩散，渗透到钢筋表面，当它吸附于局部“钝化膜”时，可使该处的PH值迅速降低，于是该处的“钝化膜”就被破坏了。

混凝
土的碳化是大气中CO2，水，和混凝土的氢氧化钙化学反应，使PH值降低，此时，钢筋锈蚀就是不可避免的。

一般来说，由碳化引起的钢筋锈蚀进程比较缓慢，而由氯离子侵入引起的钢筋锈蚀进程很快。

四、本工程基础地下室的混凝土耐久性设计
本工程地下结构的耐久性设计主要考虑水中硫酸根离子和氯离子对混凝土及钢筋的腐蚀。

本工程耐久性防腐设计主要依据《工业建筑防腐设计规范》（GB 50046-2008），同时参考《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008）进行。

根据《混凝土结构耐久性设计规范》本工程地下室及基础受到Ⅳ（除冰盐等其他氯化物环境---氯盐引起钢筋锈蚀）和Ⅴ（化学腐蚀环境----硫酸盐等化学物质对混凝土的腐蚀）环境类别共同作用。

环境作用等级分别为Ⅳ-D(严重）和Ⅴ-C(中度）。

因此本工程从结构构造和裂缝控制、混凝土材料、混凝土施工等方面进行耐久性设计。

4.1结构构造设计和裂缝控制
①直线型构件最小截面的最小边长不小于保护层厚度的6倍；曲线形构件最小截面最小曲率半径不小于保护层厚度的3倍。

②结构的构造应有利于减小结构变形而引起的约束应力，结构的变形缝，施工缝位置应尽量避开可能遭受最不利局部腐蚀性环境作用的部分。

③目前研究认为，保护层厚度是影响混凝土结构耐久性最主要因素之一，增大保护层厚度可以推迟钢筋钝化膜破坏的时间，同时增加混凝土抵抗钢筋锈蚀造成的胀裂的能力。

混凝土保护层厚度越大，氯离子扩散到钢筋表面的时间就越长，钢筋开始锈蚀的时间就越长，同时，钢筋锈蚀所需要的水，氧气等物质进入钢筋表面的时间也越长。

由此可以看出混凝土保护层对钢筋的保护作用是其他保护措施所无法取代的，进而对整个钢筋混凝土结构的耐久性也是至关重要的。

本工程桩基设计充分体现了这一原则。

本工程桩基采用冲钻孔灌注桩。

规范规定混凝土强度等级不小于C35，混凝土保护层厚度不小于55mm，考虑到日后桩基所处的工作环境及对整个结构的重要性，桩基采用抗渗S10，C40混凝土，桩基混凝土保护层厚度要求不小于85mm。

底板及外墙保护层厚度不小于50mm。

④严格控制钢筋混凝土表面裂缝宽度。

外墙、底板，暴露面上的分布钢筋配筋率（单位长度内一侧分布钢筋面积mm2/mm与0.5h之比，其中h为构件厚度，当h大于500mm时按500mm计算）不宜低于0.6（用Ⅰ钢筋时）、0.5%(H及钢筋)和0.4%（Ⅱ级钢筋），分布钢筋间距不宜大于150mm。

同时严格控制理论计算混凝土表面裂缝宽度不大于0.2mm。

4.2混凝土材料的设计
《混凝土结构耐久性性设计与施工指南》推荐使用大掺量矿物掺合料高性能混凝土，本文认为在条件都允许的条件下应优先采用大掺量矿物掺合料高性能混凝土，但由于多种原因施工方未能提供，混凝土材料设计主要依据《工业建筑防腐设计规范》，同时参考《混凝土耐久性设计规范》。

考虑到本工程氯离子和硫酸根离子含量较高，设计中按强腐蚀等级对照《工业建筑防腐设计规范》执行防腐措施。

①本工程承台底板及外墙采用抗渗等级为S10,C40混凝土。

要求混凝土最大水灰比0.4，最小水泥用
量340kg/M3,水泥中的最大氯离子含量小于8%。

同时要求水泥C3A的含量不宜大于8%。

另《工业建筑防腐设计规范》对混凝土做了基本规定外，还对基础、地梁的涂抹防腐措施做了明确的规定。

由于本工程为带地下室的一般民用工
程，承台地梁施工较一般工业建筑的独立基础+地梁的形式要复杂，无法实现规范中所规定的涂抹保护措施，因此本工程桩基、底板混凝土采用了适量添加防腐剂和掺阻锈剂的方法，以满足防腐蚀要求。

外墙混凝土表面涂刷环氧沥青防腐蚀涂料,涂层厚度不小于1mm。

②骨料应选用质地坚固耐久，具有良好集配的天然河砂，碎石或卵石；细骨料不应采用海砂；粗骨料的最大粒径不宜超过25mm。

粗骨料的压碎指标不大于7%，吸水率不大于2%，针，片状颗粒不宜超过5%，粗细骨料的含泥量应分别不低于0.7%和1%。

③外加剂中氯离子含量不得大于水泥质量的0.02%，减水剂中的硫酸钠含量不宜大于减水剂干重的10%
④拌合用水宜采用城市供水系统的饮用水，不得采用海水；钢筋混凝土拌和用水的氯离子含量不宜大200mg/L.
4.3施工设计要求
①耐久性混凝土工程在正式施工前，应针对工程的特点和施工环境与施工条件，会同设计、施工、监理及商品混凝土供料单位各方，共同制定施工全过程和各个施工环节的治疗控制和质量保证措施。

结构表面混凝土的密实性、均匀性与良好的养护，混凝土保护层厚度的准确性，裂缝控制应是耐久混凝土施工质量保证的重点。

②混凝土结构的施工顺序应仔细规划，以尽量减少新浇筑混凝土硬化收缩过程中的约束拉应力与开裂。

如墙、板分段分块的间隔浇筑顺序和设置后浇带等。

③为保证混凝土抗渗性能，在浇筑过程中应严格控制混凝土的均匀性和密实性。

特别对构件棱角处，应采取有效措施，使接缝严密，防止在混凝土振捣过程中出现漏浆。

在浇筑及静置过程中，应采取措施防止裂缝，对混凝土的层降级塑性干缩产生的表面裂缝，应及时予以处理。

④结构表层混凝土的耐久性质量很大程度上取决于施工养护过程中的湿度和温度控制。

在浇筑底板等大面积构件应尽量减少暴露的工作面，浇筑完后立即抹平，并用塑料薄膜紧密覆盖（与混凝土表面之间不得留与空隙）防止表面水分蒸发。

待混凝土初凝前后，卷起塑料薄膜用抹子搓压表面至少两遍，使之平整后再次覆盖，至终凝后拆除塑料薄膜进行水养护。

混凝土潮湿养护的期限不应小于7天，且养护结束时混凝土达到的最低强度（根据工地现场养护的小试件测得，其养护条件与现场混凝土相同）与28天强度的比值应不低于70%。

在整个潮湿养护过程中，应根据混凝土温度与气温的差别及变化，及时采取和调整措施，控制混凝土的升温和降温速率。

五、结语
目前民用建筑混凝土耐久性防腐设计主要依据《工业建筑防腐设计规范》和《混凝土耐久性设计规范》。

两本规范各又特点，《工业建筑防腐设计规范》除了对混凝土的基本规范外，主要体现在对构件的外防护上。

而《混凝土耐久性设计规范》主要体现在通过使用大掺量矿物掺合料高性能混凝土，提高混凝土自身的密实度，来达到耐久性设计的要求。

混凝土耐久性防腐设计是一项比较复杂的系统性设计，需要从材料性能，防护、构造措施，施工条件，以及工程造价等多方综合考虑。

参考文献
[1]GB 50021-2001 岩土工程勘查规范
[2]GB 50046-2008 工业建筑防腐设计规范
[3]GB/T 50476-2008 混凝土耐久性设计规范
[4]CCES 01-2004(2005年修订版) 混凝土结构耐久性性设计与施工指南
[5]洪乃丰混凝土中钢筋腐蚀与结构的耐久性第五届全国混凝土耐久性学术交流会论文集。