水工混凝土耐久性影响因素与提升措施

　　摘    要：　随着水工混凝土结构应用领域的发展，研究其结构耐用性凸显出重要意义。本文分析了水工混凝土结构耐久性的影响因素，提出了提高混凝土结构耐久性的措施。

　　关键词：　水工混凝土结构; 耐久性; 影响因素; 防治措施;

　　混凝土耐久性指的是混凝土抵抗环境介质作用并长期保持其良好的使用性能和外观完整性，从而维持混凝土结构的安全、正常使用的能力。混凝土结构耐久性是指在预定作用和预期的维护与使用条件下，结构及其部件能在预定的期限内维持其所需的最低性能要求的能力。由于认识不足，技术人员在建设过程中往往凭借工程经验，缺乏提高砼耐久性的理论研究和完善措施。因此，提高水工混凝土工程耐久性、增加其使用寿命成为了工程技术人员的研究重点，其直接影响项目的经济效益。

　　1、 混凝土结构耐久性对工程的重要意义

　　混凝土结构具有较好的整体性、耐久性、可塑性，在防洪度汛、工农业用水、水力发电、航运养殖、环保旅游等方面被广泛应用。但水利水电混凝土工程多位于江河之上、大山峡谷之中，混凝土构成材料在复杂的环境下出现了一系列的物理、化学现象，影响到其结构耐久性。此外，许多混凝土构造物由于各种原因达不到预定的使用年限，混凝土耐久性降低。因此，如何有效提高混凝土耐久性，延长其使用寿命，减少补强加固费用是建筑行业节约工程造价的关键。

　　2、 影响水工混凝土耐久性的因素

　　2.1、 设计因素

　　部分设计文件没有针对混凝土所处环境和混凝土设计年限提出相应的配合比要求，也没有进行相关配合比论证，没有对水泥标准稠度用量、骨料级配和粒型、外加剂和水泥适应性及材料质量均质性等提出具体要求。同时，一些水工混凝土构件细部构造及几何形状等优化不够，容易产生应力集中等不利影响。还有一些水工混凝土建筑物在设计时未充分考虑无荷载情况下混凝土体积收缩的情况，使混凝土结构出现不协调变形而产生多余内力的现象等。

　　2.2、 施工因素

　　施工水平的高低是影响混凝土耐久性的重要原因之一。在施工过程中，由于施工方案不当、施工人员操作不当、机械设备能力不足、原材料控制不严或环境突变应对不及时等原因，造成混凝土浇筑质量较差，强度不均匀，抗裂能力降低，进而影响其耐久性，如混凝土裂缝。很多水工混凝土均为大体积混凝土施工，在施工过程中如果没有做好温度控制，易出现裂缝。混凝土拌合不充分，运距较远，路面不平整，振捣过度等同样会使混凝土产生离析。此外，施工人员疲惫懈怠，平仓振捣不及时，也会导致混凝土均匀性、密实度不足。

　　2.3、 材料因素

　　混凝土级配不良，所使用砂石含泥量超标，水泥水化热较高，混凝土拌合用水氯离子、含碱量超标，水灰比过大等也是影响水工混凝土耐久性的重要因素。

　　2.4、 环境因素

　　水工混凝土经常或周期性的遭受环境水作用，且水利工程涉及地域范围较广，在高寒、高盐、高热潮湿等各类较为极端的气候水文地质条件地区均有分布。因此，环境因素对水工混凝土耐久性的影响极为重要。影响水工混凝土耐久性的因素表现在以下几个方面。

　　2.4.1、 混凝土碳化和钢筋锈蚀

　　混凝土本身含有大量的毛细孔，空气中二氧化碳与混凝土内部的游离氢氧化钠反应生成碳酸钙，混凝土碱性逐渐降低，当碳化超过混凝土保护层时，造成混凝土疏松脱落，导致钢筋失去保护层而产生锈蚀。前期是钢筋表面局部出现锈斑，中期是钢筋表面整个锈蚀，发生层裂，后期是钢筋锈蚀加剧，混凝土脱落，造成钢筋有效截面减小，结构承载力下降，严重时，使钢筋混凝土构件丧失基本承载能力。由此可见，混凝土的碳化对钢筋混凝土结构的耐久性有很大影响。

　　2.4.2、 冻融循环

　　水工混凝土结构在实际运行中，由于运行条件的改变，工程所在地域的气候环境变化，随着干、湿、冷、热的交替，结构表面和内部所含水分冻结和融合交替出现，造成混凝土结构产生裂缝，混凝土表面开始层层剥蚀，产生结构疏松等现象。

　　2.4.3、 化学（水质）侵蚀

　　水利工程在复杂的自然环境影响下，侵蚀介质经常作用于混凝土结构，侵蚀物和被侵蚀物之间发生一系列化学—物理反应，逐渐使混凝土受到侵蚀，造成混凝土结构强度降低直至破坏。常见化学侵蚀有淡水、一般酸性水、碳酸、硫酸盐、镁盐腐蚀等。

　　2.4.4、 碱骨料反应

　　它是引起混凝土耐久性下降的主要原因之一。硬化混凝土中的碱与骨料中的活性矿物发生化学反应，使混凝土结构强度降低，导致混凝土发生膨胀、开裂，甚至破坏。混凝土内部发生的反应，在混凝土工程中极易造成质量隐患，可以在施工中限制混凝土的碱含量、掺用外加剂（如粉煤灰、减水剂、引气剂等）及混合材料来提高混凝土的质量和耐久性能。

　　3、 提高混凝土耐久性的措施

　　混凝土强度与密实性是影响耐久性的重要因素，提高耐久性必须保证混凝土强度，提高混凝土密实度。混凝土配合比的设计是保证混凝土耐久性的关键环节，可以在混凝土中掺用外加剂、外掺料改善混凝土施工性能，减少水化热，改善混凝土内部结构，提高混凝土耐久性。因此，在设计、施工、选材上可以采取合理措施对水工混凝土结构的耐久性进行控制。

　　3.1、 合理设计

　　应注意结合工程所在环境特点进行有针对性的耐久性设计，提出混凝土耐久性设计的一系列重要指标和结构构造、施工措施、检查维护等要求。混凝土最低强度等级、抗碳化、抗冻、抗渗、抗氯离子渗透等耐久性能及钢筋保护层厚度应符合规范要求。构件细部构造应有利于防腐，构件截面几何形状应力求简单，减少应力集中，表面有利于排水。

　　3.2、 合理施工

　　施工时应做好完备的施工方案及措施，加强对施工人员的交底培训，合理安排人员、机械、材料的投入，避免浇筑过程临时中断，加强对施工过程的旁站监督管控，严格遵守混凝土浇捣制度，避免漏振、过振，做好原浆抹面压光，确保混凝土密实度。尤其应注意做好大体积水工混凝土浇筑过程中的温度控制，采用内降温外保温，提高混凝土抗裂能力，避免产生温度裂缝。做好混凝土保温、保湿养护工作，从养护时间、方法和材料等方面多下功夫。

　　3.3、 合理选用材料

　　选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥等水化热小的水泥。采用杂质少、粒径适中、级配好、坚固性好的粗骨料。为防止碱骨料反应对混凝土的破坏，除了对混凝土总碱量进行限制外，还应掺加粉煤灰等活性矿物掺合料。为增加混凝土的抗冻、抗渗性能，在混凝土中掺加适量的引气剂和高效减水剂。检验及控制混凝土拌合用水，避免氯离子、碱含量等超标。对水工钢筋混凝土采用混凝土表面涂抹隔离保护层或对钢筋进行涂层保护等预防措施防止钢筋锈蚀。

　　水工混凝土的耐久性涉及环境、设计、材料、施工等多个方面，在工程建设中应根据水工建筑物的等级、所处自然环境条件、施工运行管理条件、损坏的后果等，采取安全可靠、因地制宜、经济合理的措施，达到提高混凝土耐久性的目的。

　　4、 结语

　　由于水利水电工程建设受到自然环境的影响，导致其在实施过程中存在质量问题，从而影响使用年限。只有严格控制影响质量的不利因素，才能增加其经济效益和社会效益。

作者单位：甘肃省张掖市水利水电工程局原文出处：王春生.水工混凝土结构耐久性研究[J].农业科技与信息,2019(17):98-99.