電廠水工結(jié)構(gòu)工程中耐久性設(shè)計的應(yīng)用初探

佟彤彤

文章首先對電廠水工結(jié)構(gòu)工程中耐久性的主要概念與意義進行分析，然后研究了電廠水工結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方面的工作現(xiàn)狀，從混凝土結(jié)構(gòu)角度入手，認為當(dāng)前結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在缺乏對裂縫與與耐久性對應(yīng)關(guān)系，以及混凝土配合比強度指標(biāo)與耐久性之間對應(yīng)關(guān)系的考量的問題，并據(jù)此提出了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的幾點措施，望引起重視。

電廠水工結(jié)構(gòu)工程耐久性的意義

工程結(jié)構(gòu)的耐久性問題是指：在設(shè)計確定的環(huán)境作用以及維修、使用條件下，結(jié)構(gòu)工程整體以及相關(guān)構(gòu)件在預(yù)計使用年限內(nèi)保證其安全性以及適用性水平的能力。在工程結(jié)構(gòu)的使用過程當(dāng)中，容易影響耐久性水平，造成耐久性破壞的主要因素包括混凝土碳化、混凝土凍融、鋼筋銹蝕、以及化學(xué)侵蝕等多個方面，必須引起高度重視。

特別是針對水工結(jié)構(gòu)工程而言，工程建設(shè)中有關(guān)結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計問題是非常重要的，若缺乏對耐久性設(shè)計的考量，則可能導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)工程在未達到使用年限前就無法正常使用，由此所可能產(chǎn)生的后果是非常嚴(yán)重的。出現(xiàn)問題后，針對結(jié)構(gòu)所進行的維修、加固、改造不但費時費力，也會給社會帶來非常不良的影響。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計中，除了需要關(guān)注對結(jié)構(gòu)變形，結(jié)構(gòu)強度的計算外，還需要體現(xiàn)耐久性設(shè)計的重要價值。

電廠水工結(jié)構(gòu)耐久性的現(xiàn)狀分析

從電廠水工結(jié)構(gòu)的角度上來說，主要的工程建筑物包括凈化水建筑物，冷卻塔，取水建筑物（構(gòu)筑物），輸水管溝，水泵房，廢污水處理建筑物（構(gòu)筑物）等。這些建筑物結(jié)構(gòu)基本為半地下或地下，一般與水體或地下水保持直接接觸的關(guān)系?；炷磷鳛殡姀S水工結(jié)構(gòu)中最為常見，同時價值作為突出的材料之一，雖然其自身耐久性水平較高，但由于工作環(huán)境條件非常惡劣，因此在腐蝕介質(zhì)，水化學(xué)因素的影響下，結(jié)構(gòu)構(gòu)件可能長期處于干濕交替的環(huán)境下，耐久性性能劣化速度快。而混凝土性能的劣化會進一步導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)中鋼筋發(fā)生銹蝕或其他質(zhì)量問題，破壞整體結(jié)構(gòu)，大幅度降低混凝土強度，一方面對結(jié)構(gòu)的安全性造成不良影響，另一方面也縮短了這些電廠水工結(jié)構(gòu)建筑物的使用壽命。特別是對于處于腐蝕性液體中的水工結(jié)構(gòu)而言，混凝土構(gòu)件可能會受到周邊環(huán)境中各種化學(xué)離子的侵蝕（包括硫酸鹽離子、鎂離子、以及氯離子等在內(nèi)），對其性能產(chǎn)生巨大的破壞。

混凝土耐久性設(shè)計要點分析

正如前文中所提到的，混凝土作為構(gòu)成電廠水工結(jié)構(gòu)的主要原料，其耐久性水平將直接對整個水工結(jié)構(gòu)的安全性與長效性產(chǎn)生影響。然而在當(dāng)前有關(guān)電廠水工結(jié)構(gòu)混凝土耐久性設(shè)計工作的開展過程當(dāng)中，主要采取的是28d強度設(shè)計方案，同時根據(jù)所處環(huán)境特點，對混凝土的主要耐久性指標(biāo)進行分析（包括混凝土的抗凍等級以及抗?jié)B等級等在內(nèi)），正確處理混凝土設(shè)計指標(biāo)與原材料性能之間的對應(yīng)關(guān)系，但缺乏對裂縫與與耐久性對應(yīng)關(guān)系，以及混凝土配合比強度指標(biāo)與耐久性之間對應(yīng)關(guān)系的考量，因此造成電廠水工結(jié)構(gòu)中混凝土強度普遍高于設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，膠凝材料使用量高的問題，頻繁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象，對結(jié)構(gòu)耐久性有非常不良的影響。因此，從優(yōu)化混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的角度上來說，需要關(guān)注以下幾個方面的問題：

（1）從設(shè)計指標(biāo)角度上來看，考慮到混凝土所使用于水工環(huán)境下的特殊性，可以根據(jù)所處地區(qū)的氣候條件，承受荷載作用力的開始時間，以及水工建筑結(jié)構(gòu)的具體形式等，通過60d或90d齡期對抗壓強度進行優(yōu)化。針對工程后期施工中容易出現(xiàn)的溫度裂縫問題，可以通過改進混凝土強度齡期標(biāo)準(zhǔn)，提高粉煤灰摻入量，降低單位用水量、膠凝材料使用量、以及水泥材料使用量的方式，減少溫度裂縫。

（2）從原材料的選擇上來看，為了提高電廠水工結(jié)構(gòu)中混凝土的性能水平，必須結(jié)合實際情況，適當(dāng)摻入優(yōu)質(zhì)的外加劑與摻合料。對于水工結(jié)構(gòu)混凝土而言，常用的摻合料為F#粉煤灰，通過摻入需水量比<100%粉煤灰的方式，能夠在降低混凝土拌合階段單位用水量的同時，起到降低混凝土早期干燥收縮的目的。同時，在拌合階段所使用的引氣劑中，除了需要考慮引氣劑的含氣量意外，還需要考慮氣泡大小，氣泡結(jié)構(gòu)，以及氣泡穩(wěn)定性對混凝土性能的影響。即便是對于無特殊抗凍要求的水工結(jié)構(gòu)混凝土而言，也可在拌合階段通過加入引氣劑的方式，達到提高混凝土可泵性與和易性水平的目的。

結(jié)束語

前文分析中已經(jīng)證實的是：耐久性設(shè)計對于電廠水工結(jié)構(gòu)工程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、可靠有著非常重要的意義。當(dāng)前，港口工程，公路工程，鐵路工程等行業(yè)均將耐久性設(shè)計納入結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵范疇當(dāng)中，為電廠水工結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計起到了很好的示范作用。我國經(jīng)濟體系中，電力行業(yè)的基礎(chǔ)地位是非常穩(wěn)定的，水工結(jié)構(gòu)的可靠性以及使用壽命值得引起各方人員的高度重視。因此，在水工結(jié)構(gòu)工程設(shè)計規(guī)范中，建議進一步突出耐久性設(shè)計的重要地位，盡可能的明確耐久性設(shè)計相關(guān)的問題，從而為電廠水工結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量水平的完善提供保障。

（作者單位：錦州華地建設(shè)集團有限公司）