淺談水工混凝土耐久性

許立穩 侯利新

(天津市水利工程有限公司,天津 300222)

淺談水工混凝土耐久性

許立穩 侯利新

(天津市水利工程有限公司,天津 300222)

本文對水工混凝土耐久性進行了研究及探討,并提出了混凝土耐久性的影響因素及對策。

混凝土 耐久性

1 水工混凝土耐久性

水工混凝土耐久性是指水工建筑物在使用環境下,對物理的、化學的以及其他使結構材料性能惡化的各種侵蝕作用的抵抗能力。水工混凝土耐久性主要為抗腐蝕、抗凍、抗滲等幾個方面。

2 導致水工混凝耐久性失效的原因

導致水工混凝土耐久性失效的原因主要有以下幾個方面:混凝土的低強度風化;堿——骨料反應;滲漏溶蝕;凍融破壞;水質侵蝕;沖刷磨損和空蝕;混凝土的碳化與鋼筋銹蝕;由荷載、溫度、收縮等原因產生的裂縫以及止水失效等引起滲漏病害的加劇。實際問題中,往往存在多個因素的共同作用。

2.1 風化

水利工程中,大部分建筑物處于室外,由于風化作用使得強度明顯下降,以至于混凝土結構在經過一定時間后,強度不能滿足結構性能要求。

2.2 堿——骨料反應

混凝土堿——骨料反應是指混凝土微孔中來自水泥、外加劑等的可溶性堿溶液和骨料中某些活性組分之間的反應。

2.3 滲漏

水土混凝土結構在水壓力的條件下,出現裂縫、貫穿性通道等,破壞結構形式、降低了水利工程的使用壽命。

2.4 凍融

在寒冷地區,由于低溫時混凝土孔隙中水的反復凍結融化,使得混凝土內部破壞。在我國北方地區較常見。

2.5 水侵蝕

水工混凝土與各種水體接觸,其中受污染的水體中有破壞混凝土機構的有害物質,尤其是酸性水體破壞作用較大。

2.6 沖刷磨損

處于高速水流特別是挾沙水流作用下的混凝土結構和構件,會產生沖刷磨損,或者由于結構表面不平整,在混凝土表面形成真空,產生空蝕破壞,致使混凝土被剝落。

2.7 碳化

混凝土保護層的碳化導致混凝土表面強度降低、耐久性被破壞。

2.8 其它

因為混凝土的抗拉強度較低,在荷載的作用下,一般的受彎構件都是帶裂縫工作的;濕度的變化也會使混凝土產生裂縫,尤其是大體積混凝土;混凝土由于養護不當引起的收縮裂縫等都會導致混凝土結構的耐久性降低。

3 提高水工混凝土耐久性

水工混凝土結構的耐久性與結構所處環境條件、結構使用條件、結構形式和細部構造、結構表層保護措施以及施工質量等均有關系。新編的《水工混凝土結構設計規范》(以下簡稱《規范》)對混凝土結構的耐久性控制提出了要求。耐久性設計主要根據規范對耐久性的要求采取以下保證措施。

3.1 環境類別

設計永久性建筑物時,應滿足結構的耐久性要求。建筑物所處的環境條件可劃分為四類,設計時可按結構所處的不同類別提出相應的耐久性要求。

3.2 原材料與施工質量

為保證結構具有良好的耐久性,首先應正確選用原材料,加強原材料質量檢測。

3.3 最低強度等級

對于有耐久性要求的結構,混凝土強度等級不宜過低,應按不同環境條件類別,采用不低于《規范》中所列的最低值。

3.4 最大水灰比

混凝土的水灰比對耐久性的影響很大。實驗證明,當水灰比小于時,鋼筋就不會銹蝕。國外一些海工混凝土0.3建筑的水灰比一般都控制在以下。所以在設計時應嚴格0.45控制混凝土的水灰比,使其不大于《規范》中所列數值。

3.5 最小水泥用量

水泥用量也是影響混凝土的密實性和堿性(抗碳化能力)的重要因素。為提高耐久性,混凝土的水泥用量不宜少于《規范》中所列數值。

3.6 抗滲性

混凝土越密實,水灰比越小,其抗滲性越好。水工混凝工所需要的抗滲等級應根據所承受的水頭、水力梯度以及下游排水條件、水質條件和滲水的危害程度等因素確定,并不得低于《規范》中所列數值。摻用加氣劑、減水劑可以顯著提高混凝土的抗滲性能。

3.7 抗凍性

混凝土處在凍融交替的環境,如果抗凍性不足,就會發生剝蝕破壞。對于有抗凍要求的混凝土結構,應按《規范》根據氣候分區、凍融循環次數、表面局部小氣候條件、水分飽和度、結構構件重要性和檢修條件等選其水泥、摻合料、外加劑的品種和數量,水灰比、配比及含氣量等應通過試驗確定或按照《水工建筑物抗凍設計規范》選用。

3.8 混凝土保護層厚度

對鋼筋混凝土結構構件來說,耐久性較大程度上取決于鋼筋是否銹蝕。而鋼筋銹蝕又與混凝土碳化達到鋼筋表面的時間有關,大約正比于保護層厚度的平方。所以,對于鋼筋混凝土結構,混凝土保護層的厚度及密實性是決定結構耐久性的關鍵。混凝土保護層不僅要有一定的厚度,還必須澆搗密實,且注意養護防裂。