水工混凝土結構耐久性研究

◎ 吳有寶 蘇州市水利建設監(jiān)理有限公司

1.混凝土結構耐久性概述

耐久性是混凝土結構中的一項關鍵指標，是指當混凝土結構處于特定的使用環(huán)境下時，結構本身對于物理、化學等各種不利因素的抵御能力。如果混凝土結構的耐久性較好，即使混凝土結構長期處于特定的使用環(huán)境下，依舊可以維持其良好的性能和使用質量。因此，在實際的設計施工過程中，工程人員要嚴格根據(jù)質量要求，來加強耐久性設計。混凝土結構耐久性要求如表1所示。

2.影響耐久性的主要因素

2.1 施工環(huán)境

水工建筑物施工建設的過程中，由于混凝土施工作業(yè)是在一定的施工環(huán)境下開展的，再加上混凝土施工中對于溫度、濕度等都有著嚴格的要求，這就使得施工環(huán)境會對混凝土的耐久性產生或多或少的影響。混凝土材料中含有大量毛細孔，空氣中的二氧化碳與混凝土內部的游離氫氧化鈉反應以后會生成碳酸鈣，混凝土的堿性有所降低，一旦碳化超過了混凝土保護層，混凝土疏松脫落將會引起鋼筋銹蝕，混凝土耐久性大大降低。水工混凝土結構較為特殊，所處地區(qū)氣候條件存在一定差異，干、濕、冷的交替，使得混凝土結構表面和內部所含水分的凍結和融合交替出現(xiàn)，混凝土裂縫產生以后也就難以維持其原有的耐久性。水工建筑物的環(huán)境條件復雜，侵蝕介質會直接作用于混凝土結構，引起一系列的化學反應，進而導致混凝土耐久性不足。

表1 混凝土結構耐久性要求

2.2 構造設計和結構

混凝土結構耐久性同樣會受到構造設計和結構的影響，在混凝土結構施工過程中，工程企業(yè)必須要對混凝土結構的形態(tài)尺寸、結構形式與構造等加以科學設計，通過這些設計來消除設計對混凝土耐久性指標的不利影響。在結構設計方面，關鍵是要結合混凝土結構的具體特征，來保障沉降縫、伸縮縫等設置的科學性，在這些細節(jié)設計方面，需要嚴格根據(jù)混凝土結構中的荷載分布情況來實現(xiàn)設計優(yōu)化，通過這一方式來提高結構耐久性。當然，在結構設計中也包含了鋼筋保護層厚度的設計等。

3.水工混凝土結構耐久性處理策略

3.1 對于混凝土結構所處環(huán)境進行科學劃分

在水工建筑物混凝土結構施工過程中，由于施工環(huán)境會對耐久性指標產生一定的影響，因此，要使得混凝土結構的耐久性指標能夠達到相應的標準與要求，就需要在施工過程中，科學進行現(xiàn)場環(huán)境條件的劃分。在詳細了解了水工混凝土結構所處的環(huán)境條件以后，再確定與環(huán)境相對應的耐久性需求，在后續(xù)的施工過程中，嚴格按照耐久性需求來開展相應的施工作業(yè)。比如，如果在水工混凝土結構施工過程中遇到了三類或者四類環(huán)境條件，就需要適當進行混凝土結構優(yōu)化，如果此時的鋼筋混凝土結構為多棱角結構，就會增加多角度進碳，進而使得混凝土結構的碳化問題嚴重，影響混凝土結構耐久性。

3.2 構造設計

在混凝土的構造設計方面，同樣需要嚴格考慮混凝土結構耐久性要求，專業(yè)設計人員需結合水工建筑物的結構承載力，來進行混凝土結構強度等級的確定，隨后，根據(jù)施工環(huán)境類別的劃分后所確定的結構耐久性強度等級需求，將兩個結構強度等級加以對比，選用較高等級作為結構設計的依據(jù)和標準。鋼筋保護層厚度的設計方面，同樣需要嚴格考慮混凝土結構的使用年限、構件尺寸、施工環(huán)境等多方面的因素，根據(jù)結構耐久性要求，有效控制鋼筋保護層的最小厚度。如果在結構設計中可以采用簡單的結構外形定力，就可以在荷載作用或者外加變形作用力下的應力集中、約束變形與約束應力等得到有效的控制。結構設計過程中，有關人員還需要科學進行變形縫、沉降縫與誘導縫的設計，通過這些方式來大大減少結構裂縫的出現(xiàn)。

3.3 合理選擇原材料

3.3.1 原材料的質量控制

在混凝土施工過程中，混凝土是多種材料的混合物，包含了水泥、粗細骨料等。在混凝土中，水泥是膠結材料，市場上的水泥種類非常多，不同型號的水泥下，其物質組成和特性也存在著非常大的區(qū)別，同樣會對水泥耐久性產生一定的影響。

3.3.2 摻用高效減水劑和引水劑

減水劑是一種表面活性物質，水泥作為混凝土中的主要材料，在加水拌和以后，顆粒間存在著明顯的分子作用，在此情況下，也就會產生大量的絮凝物質，形成一種新的凝聚結構，而在該結構中，同樣存在一部分的拌和水。在水泥混合物內添加一定量的減水劑以后，由于減水劑的特殊性，使得減水劑的表面活性劑會定向吸附在水泥顆粒的表面，在此情況下，水泥顆粒間也就存在著非常突出的靜電排斥力，有效避免了水泥顆粒間的相互作用，使得各個顆粒之間可以呈現(xiàn)分散狀態(tài)，此時，原有的凝聚結構被破壞，凝聚體包裹的水在此條件下被釋放處理，混合物的流動性大大提升。因此，在混凝土混合物中，減水劑的使用可以有效減少混合物中水的用量，使得水灰比有所減小，混凝土結構密實度大大提升，且混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和耐久性等各個性能都得以優(yōu)化。

3.3.3 采用高性能混凝土

水工混凝土結構施工過程中，混凝土結構耐久性會受到混凝土性能的影響，如果要提升該性能，就需要在施工過程中盡量采用高性能混凝土。通常情況下，普通混凝土中的水泥穩(wěn)定性不足，這是導致混凝土耐久性不足的關鍵原因。而高性能混凝土中則有所不同，是在普通混凝土中添加了一定的高效活性礦物摻料，此時，水泥石中的膠凝材料組成有所改變。比如，粉煤灰、礦粉和硅粉等是最為常用的高效活性礦物摻料，這些材料中含有大量的活性SiO2和活性AL2O3，這些物質可以與水泥水化過程中所產生的游離石灰、高堿水化硅酸鈣出現(xiàn)二次的化學反應，此反應發(fā)生以后的產物為低堿水化硅酸鈣，這一反應產物的強度更高、穩(wěn)定性更好，可以有效去除游離石灰。

4.結束語

水工混凝土結構施工時，為保障混凝土結構在使用周期內能夠保持最佳狀態(tài)，施工人員在施工建設時，就需要嚴格從耐久性的角度出發(fā)，進行混凝土結構的優(yōu)化設計，最大程度上避免耐久性不足所引起的工程質量與安全問題。