水工混凝土结构耐久性影响因素及控制措施

水工混凝土结构耐久性影响因素及控制措施

发表时间：2018-03-06T13:54:53.960Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第29期作者：蔺鹏

[导读] 部分水利工程设计、施工等单位的从业人员重点关注水工混凝土结构荷载承载力安全，而对结构耐久性能关注不够，导致部分水工混凝土结构耐久性能不良。

宁夏新建水利电力工程有限公司宁夏固原 756000

摘要：文章介绍了控制水工混凝土结构耐久性的意义，分析了影响水工混凝土结构耐久性的主要因素，并提出了控制水工混凝土结构耐久性措施。

关键词：水工混凝土；结构；耐久性；控制措施

引言：

目前，部分水利工程设计、施工等单位的从业人员重点关注水工混凝土结构荷载承载力安全，而对结构耐久性能关注不够，导致部分水工混凝土结构耐久性能不良。

一、影响水工混凝土结构耐久性的主要因素

1工作环境

工作环境是影响水工混凝土结构耐久性的重要因素之一。化学侵蚀、混凝土碳化、冻融破坏、渗透等环境作用会降低水工混凝土结构的耐久性能。

2结构和构造设计

不合理的结构型式、形体尺寸及构造设计，可以显著降低水工混凝土结构质量，尤其是结构耐久性能。

3原材料质量

原材料质量是保证水工混凝土结构质量、尤其是耐久性能的重要基础。原材料选择不合理或质量不合格，会显著降低水工混凝土结构抗裂、抗碳化、抗冻、抗渗等耐久性能。

4施工质量

施工质量是影响水工混凝土结构质量、尤其是耐久性的关键因素之一。如果不严格控制混凝土配合比，水灰比过大、用水量过多，会导致混凝土硬化后密实程度差，甚至出现干缩裂缝，从而降低结构抗化学侵蚀、混凝土碳化、冻融破坏、渗透等耐久性能。

5维护保养合理、必要的管理和养护可提升水工混凝土结构的耐久性能，反之，则会影响结构的耐久性能和安全运行。

二、水工混凝土结构耐久性主要控制措施

确定结构设计合理使用年限，并根据水工混凝土结构工作环境等因素，合理设计结构和构造、严把原材料质量关、严格控制施工质量及进行必要的维护保养，从而保证和提高水工混凝土结构耐久性能。

1确定合理使用年限

根据SL654-2014《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》，依据水工建筑物工程等别和建筑物级别确定永久性水工混凝土结构合理使用年限。对于综合利用的水工混凝土结构，其设计合理使用年限按其中最高的年限确定。

2确定环境类别

重点调查和监测水工混凝土结构工作所处的大气、水文地质等环境条件，依据有关技术标准确定环境类别，为结构和构造设计、原材料选用、施工质量控制及维护保养等提供依据。

3结构和构造设计

3.1强度等级设计

水工混凝土结构不仅仅根据结构承载力确定强度等级，同时应根据工作环境类别确定结构耐久性对强度等级的要求。并按二者所确定的较高的强度等级作为结构的设计强度等级。

3.2钢筋保护层厚度设计

应根据水工混凝土结构设计合理使用年限、工作环境、构件尺寸等因素，合理设计钢筋保护层厚度。构件混凝土保护层最小厚度应满足有关技术标准对结构耐久性能的要求。

3.3结构外形设计

结构外形应力力求简单，并有利于减轻荷载作用或约束变形、外加变形下产生的应力集中和约束应力。

3.4永久缝设计

通过合理设置沉降缝、变形缝、诱导缝等可有效防治和减少结构产生裂缝；同时永久缝的设置宜避开局部环境作用不利的部位，防止有害物质的渗入，从而提高结构的耐久性能。

4原材料质量控制

水工结构混凝土所用材料应根据结构设计合理使用年限和所处的环境条件进行质量控制，以满足稳定、强度、变形及耐久性等要求。

4.1胶凝材料水位变化区、溢流面及经常受水冲刷、有抗冻要求的水工混凝土结构，宜选用较高强度等级的中、低热水泥；有温度控制要求或处于氯化物环境及化学侵蚀环境中的水工混凝土结构，宜使用矿渣硅酸盐水泥。

4.2骨料对于水工混凝土结构而言，骨料大约占总体积80%的左右，骨料对混凝土的耐久性及抗裂性能有很大的影响。所以应选用清洁、质地坚硬、级配良好的骨料。细骨料宜选用细度模数2.2~3.0天然河砂或细度模数2.4~2.8的人工砂；粗骨料宜采用连续级配；使用碱活性骨料时，应采取抑制措施并进行专门论证。

4.3外加剂

外加剂的品种、掺量应根据工程技术要求、环境条件通过试验确定。不同外加剂之间、外加剂与水泥及矿物掺合料之间应具有良好的相容性；有抗冻要求的混凝土结构，宜掺用引气剂。

5施工质量控制

施工质量是保证混凝土耐久性的极为关键因素。只有按照有关技术标准严格控制水工混凝土结构施工质量，才能保证水工混凝土结构满足设计强度等级和耐久性能等质量要求。

5.1混凝土配合比控制

（1）混凝土理论配合比控制

配合比是影响混凝土耐久性能的关键因素之一。应根据结构设计合理使用年限、工作环境、结构型式、设计强度等级、耐久性能要求及原材料状况等，通过试验试配确定经济合理的混凝土理论配合比，尤其是最大水胶比、最小水泥用量等关键性技术指标应满足有关技术标准对耐久性能方面的要求。

（2）混凝土施工配合比控制采用现场拌和混凝土时，应严格控制原材料质量及称量偏差，尤其应根据骨料级配、细度模数及含水率的变化及时调整施工配合比，确保混凝土施工配合比与理论配合比一致；采用预拌混凝土时，供应商应提供质量保证资料，包括配合比及原材料质量检验证明材料。

5.2混凝土保护层厚度控制

（1）钢筋工序钢筋保护层厚度控制

厚度控制重点是设置足够的混凝土保护层垫块，且垫块的强度和耐久性能不应低于结构本体，垫块的尺寸和形状应满足保护层厚度和定位要求。混凝土浇筑开仓前，施工单位及监理单位应对保护层厚度、垫块布设和固定情况及模板系统进行检查，发现问题及时进行处理。

（2）拆模后结构实体钢筋保护层厚度控制

采取无损检测方式或其他手段抽检混凝土结构实体保护层厚度控制质量。对于混凝土结构实体保护层厚度不满足设计和规范要求的部位，应进行必要的分析或计算，采取合适的附加措施进行处理。

5.3混凝土浇筑质量控制混凝土浇筑前应按规定对基础面或施工缝进行凿毛处理，浇筑前，水平缝应铺厚10~20mm的同配合比水泥砂浆，垂直缝应随浇筑层刷素水泥浆或界面剂；混凝土和易性较差时，严禁在仓面加水，应采取加强振捣等措施改善混凝土和易性；浇筑过程中仓面有积水时应及时排除，排除积水时不能带走灰浆；按规定频次对混凝土坍落度等指标进行检测，确保混凝土拌和物质量合格；浇筑过程因故中断而混凝土发生初凝的，应按施工缝进行处理。

5.4混凝土裂缝控制和处理

（1）混凝土浇筑温度控制。在高温季节浇筑混凝土时，应严格控制混凝土入仓温度，并采取措施减小混凝土内外部温差，防止和减少由于内外温差大而产生温度裂缝。在低温季节浇筑混凝土，应采取添加外加剂、保温等措施防止混凝土冻伤。（2）减小基础约束。尽可能缩短新老混凝土浇筑时间间隔，防止和减少由于基础约束导致混凝土开裂。（3）混凝土的养护和保护。拆模后应采取塑料薄膜包裹、喷涂养护剂、喷淋洒水等保湿养护措施，并根据混凝土掺合料的种类确定养护时间，养护时间应满足有关规定要求。

（4）裂缝处理。对于干缩产生的缝宽未超标的表面裂缝，经论证后采用灌浆等方法进行封闭处理；对于应力产生的裂缝及缝宽超标的表面裂缝，应制定专项处理方案进行处理。

6运行维护

应根据有关规定加强对水工混凝土结构运行情况的检查、监测及评估。重点监测水工混凝土结构工作环境、混凝土病害发生发展情况等；按规定定期对水工混凝土结构进行安全鉴定，全面评估结构的安全性能和耐久性能。

结语

水工混凝土结构耐久性能是影响水利工程质量的重要因素之一，直接关系到工程的使用寿命、安全运行，水利行业从业人员应高度重视。本文重点从结构和构造设计、原材料质量、施工质量等环节介绍了控制水工混凝土结构耐久性能措施。

参考文献

[1]张晓，汪潇，郭勇志.影响钢筋混凝土耐久性的因素及改善措施[J].建筑技术，2015，46（S2）：290-291.

[2]李慧.混凝土耐久性的影响因素及控制措施[J].江西建材，2014，（15）：73.