提高水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性措施探究

王婧

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是鋼筋和混凝土的結(jié)合.這種結(jié)構(gòu)可以將兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。它既具有鋼筋抗拉性能，又能利用混凝土的抗壓性能。此外，由于繪制混凝土材料容易，可以降低工程成本。因此，混凝土已成為建筑設(shè)計(jì)的首選。雖然鋼筋混凝土有許多優(yōu)點(diǎn)，但近年來，對(duì)大量實(shí)際工程進(jìn)行了調(diào)查。人們發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有不同程度的耐久性問題。有許多鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往無法修復(fù)和加固以達(dá)到設(shè)計(jì)時(shí)代。其中最重要的因素是它的耐用性。鋼筋混凝土建筑的耐久性在國(guó)內(nèi)外都有出現(xiàn)，這使得各國(guó)研究者對(duì)其耐久性進(jìn)行了分析和研究。

關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；防護(hù)措施；耐久性；鋼筋銹蝕

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于同時(shí)具有抗壓和抗拉的雙重作用且受力性能較好，而廣泛應(yīng)用于不同結(jié)構(gòu)工程。但目前該結(jié)構(gòu)的耐久性越來越引起相關(guān)學(xué)者的研究。

1鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性

將結(jié)構(gòu)在使用環(huán)境、自然環(huán)境及內(nèi)部因素作用下，自身工作能力的性能成為混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。按照環(huán)境的不同，可以分為工業(yè)環(huán)境、土壤環(huán)境、海洋環(huán)境及大氣環(huán)境。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部作用指化學(xué)作用與物理作用。因?yàn)殇摻罨炷恋哪途眯詥栴}而出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)性的變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力下降，影響結(jié)構(gòu)的安全。由于我國(guó)混凝土的質(zhì)量檢驗(yàn)中，習(xí)慣將單一的強(qiáng)度指標(biāo)作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行衡量，這就使得水泥在生產(chǎn)中只追求強(qiáng)度的變化，而導(dǎo)致細(xì)度增加，不利于混凝土的耐久性。水泥質(zhì)量檢驗(yàn)中，在強(qiáng)度要求上不低于最低許可值，這與國(guó)外是不同的，國(guó)外要求不高于規(guī)定的最高值，強(qiáng)度超標(biāo)也認(rèn)為是不合格的。主要目的是為了保證建筑結(jié)構(gòu)的耐久性。當(dāng)前國(guó)內(nèi)一些施工單位，受資金的影響或政府干預(yù)，在施工進(jìn)度上要求加快，也對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生影響。而鋼筋混凝土耐久性失效的主要原因是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工以及維護(hù)中存在問題，如在設(shè)計(jì)中只注重強(qiáng)度設(shè)計(jì)，忽視耐久性設(shè)計(jì)；在結(jié)構(gòu)使用中，維護(hù)不當(dāng)造成耐久性下降等。對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)而言，加強(qiáng)其耐久性應(yīng)該從改善混凝土自身性能及防治鋼筋銹蝕兩個(gè)方面入手，以提高結(jié)構(gòu)的耐久性。

2水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效的原因

2.1外力荷載引起的裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下，很多情況下在截面上會(huì)產(chǎn)生彎矩、剪力、軸向拉力以及扭矩等內(nèi)力，而混凝土屬于抗拉能力較弱而抗壓能力較強(qiáng)的材料，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要考慮鋼筋抗拉而混凝土抗壓，所以，在截面上受拉一側(cè)的混凝土拉應(yīng)變一般都大于混凝土的極限拉應(yīng)變，因此構(gòu)件通常是帶裂縫工作的。結(jié)構(gòu)在一些特殊工作狀態(tài)和施工狀態(tài)下還可能產(chǎn)生次應(yīng)力裂縫。次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：①常規(guī)計(jì)算同實(shí)際工作狀態(tài)有出入或常規(guī)計(jì)算未考慮，從而在某些部位引起次應(yīng)力導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。②結(jié)構(gòu)中經(jīng)常需要開挖洞室、設(shè)置牛腿等，常規(guī)設(shè)計(jì)中一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置受力鋼筋。有研究表明，受力構(gòu)件挖孔后，應(yīng)力流將產(chǎn)生繞射現(xiàn)象，在孔洞附近密集，產(chǎn)生巨大的應(yīng)力集中，若處理不當(dāng)，在這些結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)角處或構(gòu)件形狀突變處、受力鋼筋截?cái)嗵幦菀壮霈F(xiàn)裂縫。

2.2混凝土材料性質(zhì)和強(qiáng)度過低導(dǎo)致的風(fēng)化、沖刷磨損、空蝕、凍融等病害

水利工程中，大部分混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期處于室外環(huán)境，混凝土由于風(fēng)化作用導(dǎo)致強(qiáng)度明顯降低，致使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在使用后期滿足不了強(qiáng)度要求。處于高速水流特別是挾沙水流作用下的混凝土結(jié)構(gòu)和構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生沖刷磨損，或者由于結(jié)構(gòu)表面不平整，在混凝土表面形成真空，產(chǎn)生空蝕破壞，致使混凝土被剝落?；炷了Y(jié)硬后，內(nèi)部有很多孔隙，非結(jié)晶水滯留在這些孔隙中。在寒冷地區(qū)，由于低溫時(shí)混凝土孔隙中的水凍結(jié)成冰后產(chǎn)生體積膨脹，引起混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷。在多次凍融循環(huán)作用下，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷逐漸積累達(dá)到一定程度后引起宏觀的破壞，破壞前期表現(xiàn)為混凝土強(qiáng)度和彈性模量降低，接著是混凝土由表及里地剝落。我國(guó)部分地區(qū)特別是北方地區(qū)的水工混凝土結(jié)構(gòu)凍融破壞相當(dāng)嚴(yán)重。當(dāng)混凝土孔隙溶液中含有一定量的氯離子時(shí)，混凝土的凍融破壞會(huì)加劇。

3水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性主要控制措施

3.1確定合理使用年限

根據(jù)SL654-2014《水利水電工程合理使用年限及耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》，依據(jù)水工建筑物工程等別和建筑物級(jí)別確定永久性水工混凝土結(jié)構(gòu)合理使用年限。對(duì)于綜合利用的水工混凝土結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)合理使用年限按其中最高的年限確定。

3.2外加劑

外加劑的品種、摻量應(yīng)根據(jù)工程技術(shù)要求、環(huán)境條件通過試驗(yàn)確定。不同外加劑之間、外加劑與水泥及礦物摻合料之間應(yīng)具有良好的相容性；有抗凍要求的混凝土結(jié)構(gòu)，宜摻用引氣劑。原材料使用前應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行復(fù)檢，復(fù)檢合格后方可使用。

3.3耐銹蝕復(fù)合鋼筋

在當(dāng)前的建筑市場(chǎng)上，常用的耐銹蝕復(fù)合鋼筋有熱浸鋅鋼筋、不銹鋼包覆鋼筋和MMFX鋼筋等，其均能不同程度地提高鋼筋的耐銹蝕能力，進(jìn)而提高水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。熱浸鋅鋼筋表面的熱浸鋅覆蓋層，能夠?qū)摻钆c腐蝕性環(huán)境隔離開，使鋼筋免受銹蝕，并能夠?yàn)殇摻畹奶妓劁撲撔咎峁?qiáng)有力的陰極保護(hù)作用，該項(xiàng)作用與其表面的熱浸鋅覆蓋層的厚度與完整性成正比例關(guān)系。熱浸鋅鋼筋的耐銹蝕時(shí)間長(zhǎng)，且其造價(jià)也不高。美國(guó)Michigan橋和Wyoming橋在建造過程中使用了大量的熱浸鋅鋼筋，效果良好。不銹鋼包覆鋼筋的表面包覆有一層不銹鋼，通常通過兩種工藝軋制，一種是先把碳素鋼顆粒高壓填充到不銹鋼鋼管中，再把鋼管軋制成鋼筋；另一種是先在碳素鋼鋼棒表面噴涂一層一定厚度不銹鋼，再把其軋制成鋼筋。此種包覆鋼筋耐銹蝕性能良好，并且使用壽命較長(zhǎng)。美國(guó)維吉尼亞大橋的橋面板鋼筋混凝土中使用了不銹鋼包覆鋼筋，效果良好。

4結(jié)語

由于目前對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件耐久性的研究多集中在設(shè)計(jì)上，而忽略既有建筑的耐久性分析。此外，盡管鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在較多的因素會(huì)影響到其耐久性，但是影響其耐久性的重要因素是鋼筋的銹蝕。結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)對(duì)保護(hù)層的厚度以及斷面形式進(jìn)行合理的設(shè)置，結(jié)構(gòu)在施工時(shí)必須對(duì)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以提高混凝土抗?jié)B透力以及其密實(shí)度，從而使鋼筋實(shí)現(xiàn)減緩銹蝕的目的，這也是改善鋼筋混凝土耐久性的關(guān)鍵且基本的措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘志鵬.影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性因素分析與控制措施探討[J].福建建材，2015（07）：15-17.

[2]茍林峰.影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素和處置措施[J].國(guó)防交通工程與技術(shù)，2013（S1）：85-87.

（作者單位：河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）