水工混凝土结构耐久性研究

【摘要】随着水工混凝土结构应用的不断推广，研究其结构耐用性凸显出重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了影响水工大体积混凝土耐久性的主要因素。在探讨混凝土的碳化及抗冻性的基础上，研究了水工混凝土结构耐久性对策。

【关键词】水工混凝土；结构；耐久性；研究

一、前言

作为一种实际应用效果良好的结构，水工混凝土结构在近期得到了长足的发展。研究其耐久性相关课题，能够更好地优化该项工作的实践，从而有效保证水工混凝土结构在实际运用中的耐久性。本文从概述相关内容着手本课题的研究。

二、概述

随着我国国民经济的快速发展，水利工程建筑数量日益增加，大体积混凝土作为一种常见的建筑材料，具有承载力高、适应性强、造价低和易浇筑成型等优点，目前在城市水利基础设施建设中得到广泛的应用及推广。但在混凝土建筑过程中，由于设计不合理、施工质量差、人员操作失误等，加上施工单位对混凝土耐久性的认识不够深入，导致水工混凝土在使用过程中出现损坏的情况，严重威胁到水利工程的质量安全和功能的发挥，甚至会造成生命财产的损失。同时水利工程具有特殊的使用环境，对混凝土结构的耐久性要求越相对较高。因此，如何有效地提高水工混凝土结构的耐久性就成为了工程技术人员当前亟待解决的难题之一。通过分析影响混凝土结构耐久性的因素，提出有效的处理措施，对提高混凝土耐久性有所帮助。

混凝土耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境和及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费巨大资金对其加固和处理以保证其安全、使用功能和外观要求的能力。它是混凝土的一个综合性指标，主要包括抗碳化性、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性、抗碱骨料反应等性能，它是混凝土结构的基本功能之一，也是混凝土安全性。适用性、耐久性三个环节中比较薄弱的一个环节，它的好坏将直接影响到工程的使用寿命。

三、影响水工大体积混凝土耐久性的主要因素

混凝土耐久性是混凝土抵抗气候变化、化学侵蚀、磨损或其它破坏过程的能力，主要包括：抗碳化能力、抗冻性、钢筋锈蚀、抗渗性。水工混凝土由于水的渗入、冲刷、冻融、侵蚀等因素使其工作环境比其它建筑物更为恶劣，不仅要承受正常的使用荷载，还要承受环境水的各种作用。因此，提高水工混凝土的耐久性，比保证强度更有意义。水工混凝土的耐久性提高需从使用材料、结构形式、环境条件、施工工艺、保护措施等方面综合考虑，其主要措施是原材料的优化选择。

1.裂缝

水工混凝土体积大，在硬化初期易产生大量水化热，形成温度应力，而此时混凝土抗拉能力弱导致产生裂缝；同时大体积混凝土还产生收缩裂缝，引起如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏和钢筋锈蚀等病害的发生，这些病害与裂缝形成恶性循环，对建筑物的耐久性产生极大危害。

2.冻融循环

冻融破坏是混凝土在浸水饱和或潮湿状态下，温度正负交替变化使其内部孔隙水冻结膨胀、融解收缩产生疲劳应力，导致混凝土由表及里逐渐削蚀的破坏现象。经调查，我国有22%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题。

3.碳化与钢筋锈蚀

空气中的CO2和水中的碳酸组分都可能与水泥水化物发生反应，使之碳化，产生裂缝，使CO2等进入混凝土内部，加速碳化。碳化使混凝土中性化，导致钢筋失去保护膜而产生锈蚀，使结构承载力逐渐丧失。

四、混凝土的碳化及抗冻性研究

1.混凝土的碳化

混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和FeO，称为钝化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。

2.混凝土的抗冻性

混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。对混凝土的抗冻性不能单纯理解为抵抗冻融的性质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发生表层削落，结构疏松等破坏现象。处在干燥条件的混凝土显然不存在冻融破坏的问题，所以饱水状态是混凝土发生冻融破坏的必要条件之一，另一必要条件是外界气温正负变化，使混凝土孔隙中的水反复发生冻融循环，这两个必要条件，决定了混凝土冻融破坏是从混凝土表面开始的层层剥蚀破坏。

五、水工混凝土结构耐久性对策探讨

由于混凝土结构所处的环境条件、结构形式、结构使用条件和结构表层保护措施、细部构造以及施工质量都影响着混凝土的耐久性。根据新编的《水工混凝土结构设计规范》（以下简称《规范》）的规定，水工混凝土耐久性设计主要会依据规范中的要求来对水工混凝土结构进行设计。

1.对于混凝土结构所处环境进行分类别划分

对于永久性建筑物应该重点关注耐久性。根据不同的建筑环境条件进行划分。不同环境划分级别不同，大体划分为四类。对于建筑物设置时，可以根据具体所处的环境级别和耐久性需求进行设计，并在施工过程中根据具体环境进行施工质量控制，将环境类别适当提高或降低，但不应高于四类环境标准，当然也不能低于一类环境标准。对于混凝土耐久性要求不太高的临时性的建筑物可以不太过于注意环境因素。

2.对于原材料的选择以及施工质量的控制

根据混凝土结构的耐久性需要，在选择正确的原材料的前提下，加强对于原材料质量的干预。当环境受外力侵蚀较厉害时，在选择原材料时应优先选择抗侵蚀的水泥；当对于有抗冻要求的混凝土结构时应考虑添加适量引气剂，同时采用大坝水泥，并掺入部分硅酸盐水泥。由于耐久性与混凝土结构的密实性有密切关系，所以对于混凝土的原料选择，施工过程以及养护有必须按照施工规定进行。

3.结构配筋与型式

合理的结构形式有助于混凝土结构耐久性的增加。结构形式的选择应该根据具体的环境类别而定，当遇到环境条件类别为

三、四类时，如果钢筋混凝土结构采用了多棱角结构形式，则会增加多角度进碳，而混凝土的碳化速度就会加快，从而致使混凝土的耐久性降低，当然采用薄腹型也会出现相同的现象。而传统观点对于增加耐久性主要是通过改变配筋来实现的，这只是对于普通的钢筋混凝土采用这些方式是可以的，对于横向受力裂缝的危害也不会太严重。遇到构造钢筋及其预埋件特别多时，这种构造就不能满足需要，会造成混凝土浇筑不够密实的缺陷，这必将会降低水工混凝土的耐久性。因此对于配筋形式的确定应该根据实际环境需要进行确定，以提高其耐久性。

六、结束语

通过对水工混凝土结构耐久性的相关研究，我们可以发现，影响水工混凝土结构耐久性的原因是多方面的，有关人员应该从其实际运用出发，在掌握现有自身优势的基础上，研究制定最为符合实际的提升水工混凝土耐久性的对策。