关于水工混凝土工程耐久性设计分析

关于水工混凝土工程耐久性设计分析

发表时间：2019-07-16T09:04:31.337Z 来源：《工程管理前沿》2019年第08期作者：田路艳[导读] 由于水工混凝土自身的特点，常常会受到了许多外界不良因素的侵蚀，针对不同的影响因素，要采取不同方法的耐久性结构设计。秦皇岛市卢龙县引青灌区管理处摘要：随着经济的快速发展，我国对建筑工程质量的要求也在不断提升，其中水工混凝土扮演着重要的角色，而混凝土的耐久性必不可

少。由于水工混凝土自身的特点，常常会受到了许多外界不良因素的侵蚀，针对不同的影响因素，要采取不同方法的耐久性结构设计。关键词：水工混凝土工程；耐久性设计分析前言

混凝土的耐久性是指在建筑工程使用的过程中，在预定的年限内能够抵抗外界环境或是自身产生的副作用的能力。除此之外耐久性也包含三个方面：混凝土的质量高低、环境产生的侵蚀影响以及安全使用期限。对于混凝土的质量来讲，要想保持耐久性就要选择无缝隙、含水灰比较低以及具有充分的湿养护高质量的水工混凝土。对于环境因素的影响主要以物理反应以及化学反应为主，使环境中的空气或是水分进入到混凝土中引起碳化、离子反应等不良作用。而对于安全使用期限来讲，我国规定的水利建筑中混凝土的使用期限大致是在50年到80年之间。

一、水工混凝土工程耐久性的意义

对建筑行业来讲，要想获得更多的经济利益就必须保证建筑具有较长的使用期限，对于水利建筑工程也不例外，而水工混凝土耐久性直接决定着工程的使用周期。如果耐久性不足就会大大降低工程的质量，会在今后的使用过程中增加维修和护理的成本，所以给建筑行业带来巨大的经济损失。如果情况严重将威胁到社会的公共安全，例如：桥梁的坍塌、水坝的塌陷等威害到人们的身体及财产安全。因此提高水工混凝土耐久性是十分重要的工作，同时也具有着重大的意义。只有改善水工混凝土耐久性才可以从根本上降低投资的费用，减少因耐久性不足而引起的维修和重建等费用，为提高建筑的使用寿命以及安全系数做出了贡献。

二、影响混凝土耐久性的主要因素

影响混凝土耐久性的主要因素可以分为以下几个方面：一方面是在混凝土使用过程中常常为了达到施工要求，施工人员就会选择使用含水量较大、水灰比较高的混凝土，所以在混凝土表面出现大量的孔隙，这一现象大大增加了环境因素的影响，环境中的水蒸气、氧气、二氧化碳及其它有害杂质通过混凝土表面的孔隙进入到混凝土内部，一段时间后会在混凝土内部发生侵蚀反应。降低了混凝土的耐久性。另一方面水泥石中所含水化物的稳定性不足也会严重影响混凝土的耐久性，因为其中包含许多碱性较高的化合物，如高碱性的水化矽酸钙和水化硫铝酸钙等，与此同时又由于水泥中含有很多的游离态石灰，使混凝土的强度和稳定性严重下降。以上两个因素是引起混凝土耐久性降低的主要原因。

三、混凝土结构的耐久性要求及提高耐久性的措施

1、划分混凝土结构的环境类别

设计永久性建筑物时，应满足结构的耐久性要求。建筑物所处的环境条件可划分为四类，设计时可按结构所处的不同类别提出相应的耐久性要求。也可根据结构表层保护措施的实际情况及预期的施工质量控制水平，将环境类别适当提高或降低，但不应低于一类环境，也不应高于四类环境。临时性建筑物及大体积结构的内部混凝土可不提出耐久性要求。

2、原材料的选择与施工质量的控制

为保证结构具有良好的耐久性，首先应正确选用原材料，加强原材料质量检测。例如：环境对混凝土有硫酸盐侵蚀时，应优先采用抗硫酸盐水泥；有抗冻要求时应优先采用大坝水泥及硅酸盐水泥并掺用引气剂；位于水位变化区的混凝土宜避免采用火山灰硅酸盐水泥。对于骨料应控制杂质的含量，特别应避免含有蛋白石等有潜在活性会引起碱―骨料反应的颗粒。混凝土的密实性会严重影响结构的耐久性，因此混凝土的级配、拌和、运输、浇筑、振捣和养护应严格遵照施工规范的规定。

3、混凝土最低强度等级

对于有耐久性要求的结构，混凝土强度等级不宜过低，应按不同环境条件类别，采用不低于《规范》中所列的最低值。

4、混凝土最大水灰比

混凝土的水灰比对耐久性的影响很大。实验证明，当水灰比小于0.3时，钢筋就不会锈蚀。国外一些海工混凝土建筑的水灰比一般都控制在0.45以下。所以在设计时应严格控制混凝土的水灰比，使其不大于《规范》中所列数值。

5、混凝土最小水泥用量

水泥用量也是影响混凝土的密实性和碱性（抗碳化能力）的重要因素。为提高耐久性，混凝土的水泥用量不宜少于《规范》中所列数值。

6、混凝土抗渗性

混凝土越密实，水灰比越小，其抗渗性越好。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示，水工混凝土抗渗等级按 28d 龄期的标准试件测定，分为W2、W4、W6、W8、W10、W12 六级。设计中根据建筑物开始承受水压力的时间，也可以利用60天或90天龄期的试件测定。水工混凝工所需要的抗渗等级应根据所承受的水头、水力梯度以及下游排水条件、水质条件和渗水的危害程度等因素确定，并不得低于《规范》中所列数值。掺用加气剂、减水剂可以显著提高混凝土的抗渗性能。

7、混凝土的抗冻等级

混凝土处在冻融交替的环境，如果抗冻性不足，就会发生剥蚀破坏。调查指出，在严寒和寒冷的地区，水工混凝土的剥蚀是极为严重的，特别是处于长期潮湿条件下建筑物的阴面及水位变化部位，此问题更为突出。实践表明，即使在气候温和的地区，如果抗冻性不足，混凝土也会疏松以致剥蚀露筋。混凝土的抗冻性用抗冻等级来标志，按28d 龄期的试件用快冻试验方法测定，分为F400、F300、F200、F150、F100、F50六级。经论证，也可用 60d 或 90d 龄期的试件测定。

对于有抗冻要求的混凝土结构，应按《规范》根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和度、结构构件重要性和检修条件等选其水泥、掺合料、外加剂的品种和数量，水灰比、配比及含气量等应通过试验确定或按照《水工建筑物抗冻设计规范》选用。

8、钢筋的混凝土保护层

对钢筋混凝土结构构件来说，耐久性较大程度上取决于钢筋是否锈蚀。而钢筋锈蚀又与混凝土碳化达到钢筋表面的时间有关，大约正比于保护层厚度的平方。所以，对于钢筋混凝土结构，混凝土保护层的厚度及密实性是决定结构耐久性的关键。混凝土保护层不仅要有一定的厚度，还必须浇捣密实，且注意养护防裂。

9、结构配筋与型式

结构的型式应有利于排去局部积水，避免水气凝聚于区间。当环境条件类别为三、四类时、钢筋混凝土结构不宜采有用薄壁和薄腹型的多棱角结构型式，以免多方向掺入CO2，加快混凝土的碳化速度。传统的设计观点是尽可能采用细直径、密间距的配筋方式，使横向的受力裂缝能分散和变细，但对于普通钢筋混凝土，横向受力裂缝的危害并不十分严重，而在某些结构部位，构造钢筋及预埋件特别多，如果加上过密的配筋，反而会造成混凝土浇筑不易密实的缺陷。不密实的保护层将严重降低结构的耐久性。因此，配筋方式应全面研究而不宜片面强调密而细的方式。对遭受高速水流空蚀的部位，应改善结构型式与通气条件，提高混凝土密实度，严格保证结构表面的平整度或采用专门防护面层。有泥沙磨蚀的部位，应采用质地坚硬的骨料，降低水灰化，提高混凝土强度等级，改进施工方法，必要时可采用耐磨护面材料。同时结构构件在正常使用阶段的受力裂缝宽度也应控制在允许的范围内，特别对于配置高强钢丝预应力混凝土构件则必须严格抗裂。因为，高强钢丝稍有锈蚀，就易引发应力腐蚀而脆断。

四、结束语

总之，水工混凝土工程耐久性是一个复杂问题,解决耐久性问题必须结合环境设计施工选才管理等综合进行。面对应用日益广泛的大体积混凝土工程,我们须不断总结经验,完善技术措施,从而使大体积混凝土施工走上成熟和规范化的道路。

参考文献

[1]李金玉，曹建国。水工混凝土耐久性研究和应用【M】。北京：中国电力出版社，2010．

[2]金伟良，赵羽习。混凝土结构耐久性『M]。北京：科学出版社．2011．