水閘結(jié)構(gòu)耐久性影響因素及其控制措施

彭嘯宇

（黑龍江省綏化市北林區(qū)河道管理處，黑龍江 綏化 152000）

目前我國(guó)大部分水電站的水閘多為上世紀(jì)六七十年代興建的，這些水閘在曾對(duì)我國(guó)水利工作做出了巨大貢獻(xiàn)，然而隨著時(shí)間的推移，這些水閘老化病害情況已十分嚴(yán)重，如果這一問題不能得到及時(shí)解決，將會(huì)影響到水閘建筑物的使用壽命，影響預(yù)訂功能的發(fā)揮，問題嚴(yán)重的甚至?xí)＜八l建筑物的安全。要想解決老化病害的問題，就必須找準(zhǔn)引起老化病害的根源所在。

1 水閘結(jié)構(gòu)耐久性分析

水閘結(jié)構(gòu)主要是由混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，對(duì)水閘老化病的各種原因進(jìn)行分析，歸根到底是由混凝土結(jié)構(gòu)老化所導(dǎo)致的，一般可以這樣認(rèn)為，水閘結(jié)構(gòu)的耐久性問題其實(shí)就是混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性的問題。其中影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的宏觀因素主要有以下幾個(gè)方面。

受當(dāng)時(shí)水閘建設(shè)部門對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工規(guī)范側(cè)重點(diǎn)不同的影響，當(dāng)時(shí)的水閘建設(shè)的重點(diǎn)主要集中在對(duì)混凝土各種荷載作用下的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求上，而忽略了環(huán)境因素如：干濕、凍融等大氣侵蝕以及結(jié)構(gòu)周圍水、土中有害化學(xué)介質(zhì)侵蝕等原因?qū)炷两Y(jié)構(gòu)耐久性的影響。從目前影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素來看，由鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)安全事故對(duì)混凝土機(jī)構(gòu)耐久性的嚴(yán)重程度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力安全水準(zhǔn)設(shè)置偏低所帶來的影響。為此，由環(huán)境問題對(duì)水閘結(jié)構(gòu)耐久性的影響必須引起高度重視。

受時(shí)代因素的影響，現(xiàn)有水閘結(jié)構(gòu)興建的都比較早較早，受到當(dāng)時(shí)施工條件的限制，建筑材料中所使用的水泥標(biāo)號(hào)低，性能不穩(wěn)定，施工機(jī)械化程度低，混凝土密實(shí)性差，養(yǎng)護(hù)不好等，使混凝土存在先天缺陷，是造成混凝土提前老化的內(nèi)在因素。

水閘建筑物所處的運(yùn)行環(huán)境和運(yùn)行條件，如凍融、滲漏引起鋼筋銹蝕，形成混凝土裂縫、甚至崩塌，環(huán)境水的腐蝕、水流沖刷、磨損、氣蝕、堿骨料反應(yīng)引起混凝土膨脹破壞等，是加速混凝土老化的環(huán)境外因。與此同時(shí)，工程管理人員對(duì)混凝土老化的重視程度不夠，在對(duì)水閘進(jìn)行檢查的過程中并沒有發(fā)現(xiàn)混凝土老化這一問題，對(duì)危險(xiǎn)隱患未能及時(shí)采取有效的補(bǔ)救措施，也是造成混凝土工程損壞的一方面原因。

2 混凝土結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理分析

通過多年來的分析研究，已經(jīng)掌握了一些影響混凝土機(jī)構(gòu)耐久性的因素，這些因素主要有混凝土的凍融、混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕和混凝土中的堿骨料反應(yīng)等。

混凝土水化結(jié)硬以后，混凝土內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)很多孔隙，在這些孔隙中滯留許多非結(jié)晶水。在負(fù)溫度作用于混凝土?xí)r，會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部孔隙和毛細(xì)孔道的水結(jié)冰，此時(shí)混凝土整體結(jié)構(gòu)體積膨脹和冷水遷移，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷，混凝土表層出現(xiàn)開裂、剝落、結(jié)構(gòu)疏松、強(qiáng)度降低等問題，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)受到凍融作用而發(fā)生破壞，導(dǎo)致混凝土的動(dòng)容破壞。

混凝土的碳化影響混凝土的結(jié)構(gòu)耐久性。所謂混凝土的碳化主要是指在適宜的溫度下混凝土的水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣和水，是一個(gè)項(xiàng)復(fù)雜的多相物理化學(xué)過程?；炷恋奶蓟瘯?huì)加劇混凝土的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出現(xiàn)裂紋，降低混凝土抗拉抗折強(qiáng)度及抗?jié)B能力。同時(shí)混凝土的碳化會(huì)使氫氧化鈣減少而堿度降低，使鋼筋處于中性環(huán)境，鋼筋表面鈍化膜遭到破壞而生銹，由鋼筋的銹蝕會(huì)引起混凝土保護(hù)層開裂，鋼筋與混凝土的粘結(jié)力破壞，結(jié)構(gòu)耐久性降低等不良后果。

鋼筋的銹蝕。混凝土保護(hù)層的碳化和氯離子腐蝕介質(zhì)的影響是鋼筋銹蝕的主要原因，當(dāng)空氣中的二氧化碳、二氧化硫等氣體及其他酸性介質(zhì)通過混凝土的孔隙進(jìn)入到混凝土內(nèi)部后，與混凝土孔隙溶液中的親氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使溶液的堿度降低，鋼筋表面出現(xiàn)脫鈍現(xiàn)象。如果有足夠的氧和水，鋼筋就會(huì)腐蝕。鋼筋銹蝕嚴(yán)重時(shí)，體積膨脹導(dǎo)致沿鋼筋長(zhǎng)度出現(xiàn)縱向裂縫，順筋裂縫的產(chǎn)生又加劇了鋼筋的銹蝕，形成惡性循環(huán)。如果混凝土的保護(hù)層厚度比較薄，最終會(huì)導(dǎo)致混凝土保護(hù)層剝落，鋼筋也可能銹蝕，導(dǎo)致截面承載力降低直到構(gòu)件喪失承載力。

堿骨料反應(yīng)。混凝土的堿骨料反應(yīng)是指混凝土微孔中來自水泥、外加劑等可溶性堿溶液和集料中某些組分之間發(fā)生反應(yīng)。發(fā)生堿骨料反應(yīng)后，會(huì)在界面生成可吸水膨脹的凝膠或體積膨脹的結(jié)晶，使混凝土產(chǎn)生膨脹，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生開裂破壞。此外，堿溶液還會(huì)浸入集料裂縫發(fā)生反應(yīng)，使集料受腫脹作用而發(fā)生破壞。

3 提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的控制措施

3.1 原材料的選擇及用量

水泥砂漿的凝結(jié)、硬化所形成對(duì)水泥類材料的強(qiáng)度與工程性能有決定性的影響，水泥石一旦受損，混凝土的耐久性就會(huì)被破壞，因此在對(duì)水泥進(jìn)行標(biāo)號(hào)選擇是一定要對(duì)水泥品種的具體性能進(jìn)行綜合分析，結(jié)合施工的實(shí)際情況，選擇那些堿含量小，水化熱低，干縮性小，耐熱性、抗水性、抗腐蝕性、抗凍性能好的水泥。把握水泥的用量對(duì)提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性也很關(guān)鍵，用量增加可提高混凝土密實(shí)度，從而可以提高混凝土的抗硫酸性能，水泥用量多少的選擇上要兼顧強(qiáng)度、耐久性、和易性、成本等幾方面因素。

3.2 集料與摻合料

集料的選擇應(yīng)考慮其堿活性，防止堿集料反應(yīng)造成的危害，集料的耐蝕性和吸水性，同時(shí)選擇合理的級(jí)配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密實(shí)度；經(jīng)過大量研究與實(shí)踐發(fā)現(xiàn)摻粉煤灰，礦渣，硅粉等混合材料具有改善混凝土的性能的作用，改善混凝土內(nèi)孔結(jié)構(gòu)，填充內(nèi)部空隙，提高密實(shí)度，高摻量混凝土還能抑制堿集料反應(yīng)，摻混合材料是提高混凝土耐久性的有效措施。

3.3 設(shè)計(jì)應(yīng)考慮耐久性的要求

在進(jìn)行設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，既要滿足混凝土強(qiáng)度又應(yīng)該盡量考慮減少水泥用量和用水量。從而使水化熱降低、收縮裂縫減少，最終提高密實(shí)度。減水劑和引氣劑可以對(duì)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)大大改善。在混凝土中使用混合料，將會(huì)使混凝土具有更好的耐久性能。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)按其使用環(huán)境設(shè)計(jì)相應(yīng)的混凝土保護(hù)層厚度，預(yù)防外界介質(zhì)滲入內(nèi)部腐蝕鋼筋。結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮構(gòu)件受局部損壞后的整體耐久能力。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尚應(yīng)控制混凝土的裂縫的開裂寬度。提高設(shè)計(jì)水平、改進(jìn)施工工藝、加強(qiáng)施工管理、完善監(jiān)管制度，確保工程質(zhì)量，避免混凝土的先天缺陷。

3.4 防止混凝土的凍融破壞

混凝土在抵抗凍融破壞的能力，主要由飽水狀態(tài)下的配合比、養(yǎng)護(hù)條件和密度組成。提高引氣量可以是提高混凝土抗凍性。同時(shí)，加強(qiáng)排水，應(yīng)該使用低吸水性的材料，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)被水飽和。引氣型高效減水劑可以使混凝土抗凍性大大提高，并且能夠保障混凝土的強(qiáng)度保持在較高的水平。

4 總結(jié)

水閘結(jié)構(gòu)的耐久性受到環(huán)境、材料、設(shè)計(jì)、施工等多種因素的共同影響，要想解決水閘結(jié)構(gòu)耐久性這一復(fù)雜的問題，需要對(duì)多方面的的因素加以考量工作。水閘結(jié)構(gòu)耐久性應(yīng)由正確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇以及嚴(yán)格的施工質(zhì)量來保證，同時(shí)應(yīng)注意對(duì)其在使用階段實(shí)行必要的管理和維護(hù)。只有這樣，才能保證和提高水閘結(jié)構(gòu)的耐久性。

[1]李金玉，曹建國(guó).水工混凝土耐久性的研究和應(yīng)用[M].北京:中國(guó)電力出版社，2004.

[2]陳仲慶.提高混凝土耐久性的措施[J].科技資訊，2007，14:52.