水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響因素及控制措施研究

熊中杰

摘? ? 要：水工混凝土結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的原因在于裂隙控制不當(dāng)，經(jīng)過長時間的風(fēng)化影響，混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生了大量的裂隙。為了保證混凝體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性，提升建筑工程的質(zhì)量，基層單位應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)施工管理，積極控制影響混凝土耐久性的各項(xiàng)因素，全面提升其施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：水工混凝土;耐久性影響因素;控制措施研究

1? 前言

水工結(jié)構(gòu)物施工環(huán)境特殊，在水下施工面臨的水滲透問題更嚴(yán)重，混凝土極易發(fā)生開裂，對整個建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成直接威脅。本文針對水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性為研究對象，分析影響其耐久性和因素，提出了減少和控制水工混凝土施工問題的措施建議，希望能夠相關(guān)單位提供參考借鑒。

2? 分析影響水工混凝體耐久性的直接因素

水工混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響分為兩個方面。首先是環(huán)境影響，水下環(huán)境施工難度大，水滲透問題嚴(yán)重，對混凝土構(gòu)件穩(wěn)定性造成直接威脅。其次，混凝土施工環(huán)境，如施工原材料、原材料運(yùn)輸過程中受到影響、結(jié)構(gòu)布設(shè)導(dǎo)致的應(yīng)力分布不當(dāng)造成的材料物理性能的變化。

3? 水工混凝土的特點(diǎn)以及影響其耐久性的因素

3.1? 水工混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

水工混凝土結(jié)構(gòu)指的是在靜水或者是流動水結(jié)構(gòu)下，長期受到環(huán)境影響導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)物發(fā)生開裂等問題。對比常見的混凝土結(jié)構(gòu)，水工混凝土的結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)。

首先，水工混凝土的骨料顆粒粒徑較大，水工混凝土的最大骨料顆粒粒徑為150mm，混凝土大粒徑骨料（80～150）mm骨料占據(jù)了整個工程所有骨料的三分之一以上，而常規(guī)的混凝土骨料粒徑最大不超過40mm。其次，水工混凝土的強(qiáng)度等級不高，水工混凝土的強(qiáng)度等級不高，除開特殊部位其混凝土等級略高，基本上都小于常規(guī)的建筑混凝土等級。再者，水工混凝土施工環(huán)境長期處于水下，環(huán)境潮濕，混凝土多處于飽水狀態(tài)，也因?yàn)樗そㄖ捏w積大，內(nèi)部水分無法及時揮發(fā)，因?yàn)槊?xì)管作用原理，水工混凝土?xí)霈F(xiàn)一個向上吸水的現(xiàn)象，這種和長期處于陸地建筑物有直接區(qū)別。最后，混凝土的凝膠材料用料不多，因?yàn)樗滤療犭y以散開，因?yàn)樗せ炷恋哪z材料一般都小于200千克每立方米。但是常規(guī)的陸地混凝土施工的凝膠材料用量一般為水下混凝土的1.5倍，部分特殊建筑結(jié)構(gòu)超過了400千克每立方米。

作為一個需要長期投產(chǎn)，工程規(guī)模大的水工建筑工程，水工混凝土的建筑結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性直接影響了該工程的耐久性，有且僅有施工單位加強(qiáng)水工混凝土監(jiān)督管理，控制好外界環(huán)境對其施工質(zhì)量的影響，最終延長整個建筑結(jié)構(gòu)的壽命。

3.2? 影響水工混凝土耐久質(zhì)量的主要因素

針對現(xiàn)有的施工經(jīng)驗(yàn)分析來看，影響我國混凝土耐久性的主要原因有反復(fù)交替的凍融作用，如硫酸鹽、堿等化學(xué)物質(zhì)的影響。在水下施工環(huán)節(jié)中，施工機(jī)械磨損和水流沖刷、氣蝕因素直接影響了建筑工程的質(zhì)量。與此同時，水工混凝土施工時候也會受到混凝土堿骨料反應(yīng)和抗?jié)B性能、抗凍融性影響。

堿骨料是影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的常見原因，混凝土原材料中的混合劑、水分中的氧化鉀、氧化鈉經(jīng)過時間推移容易吸水膨脹進(jìn)而產(chǎn)生大量的內(nèi)部應(yīng)力，嚴(yán)重時候可導(dǎo)致大體積膨脹，激發(fā)混凝土開裂。此外，混凝土開裂后會讓鋼筋材料和周圍環(huán)境接觸，如發(fā)生凍融破壞、碳化、侵蝕問題，多種化學(xué)、物理腐蝕共同作用下，直接削弱了混凝土的穩(wěn)定性。招致混凝土發(fā)生堿骨料反應(yīng)需要具備三個條件，首先是原材料中含堿性物質(zhì)超標(biāo);其次是骨料中有大量的活性物質(zhì);最后是潮濕，富有水的環(huán)境。

外加劑對混凝土抗?jié)B性有直接影響，直接威脅了混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，混凝土的抗?jié)B性能受到許多因素的影響，如水灰比、水泥品種、骨料級配、外加劑種類和摻量、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件、暴露時間、環(huán)境溫濕度等。由于混凝土是一種水硬性材料，其水化過程需要經(jīng)過很長時間才能完成，隨著混凝土的不斷水化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越密實(shí)。通過實(shí)際檢測發(fā)現(xiàn)，混凝土的滲透性隨著齡期增長而越來越小，特別是開始的 l～3 年內(nèi)滲透性下降最為明顯，只有在齡期較長時，混凝土的滲透性才基本趨于穩(wěn)定。但對于普通混凝土來說，有研究表明它的滲透性基本上不隨時間變化。

4? 對于提升水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施建議

4.1? 提升結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和抗凍性要求

針對混凝土的抗?jié)B性和抗凍特點(diǎn)，施工單位應(yīng)當(dāng)按照相應(yīng)的規(guī)范制度做好施工環(huán)境。如對暴露在腐蝕介質(zhì)中的介質(zhì)結(jié)構(gòu)采用科學(xué)的處理方式，可加入適當(dāng)?shù)目骨治g的水泥硅酸鹽水泥等，或采用水玻璃、環(huán)氧材料等提升混凝土的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性（如圖1所示）。

4.2? 提升混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

施工單位要加強(qiáng)水工混凝體施工環(huán)境檢查和監(jiān)督控制，積極改善和優(yōu)化遭受高速水流氣蝕影響的部位，并科學(xué)、嚴(yán)格控制結(jié)構(gòu)表面的平整度和防護(hù)層，以此來增加混凝土結(jié)構(gòu)的抗氣蝕能力。對于泥沙腐蝕的部位，建議施工單位選用質(zhì)地堅(jiān)硬的骨料，以此來降低水灰比提升混凝土強(qiáng)度等，最終全面改進(jìn)和提升整個混凝土的耐磨能力，必要時候還可以加強(qiáng)耐磨護(hù)面的材料。

4.3? 嚴(yán)格控制和保護(hù)混凝土保護(hù)層

混凝土的耐久性變化的理化性質(zhì)變化表現(xiàn)為混凝土內(nèi)部的鋼筋受到腐蝕碳化。增加水工混凝土的保護(hù)層厚度可以隔絕外界直接和鋼筋接觸，減少腐蝕。對此，施工單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度，預(yù)防其小于原來的規(guī)定，并科學(xué)澆筑和提升混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量，全面提升器密實(shí)性。

4.4? 控制混凝土體積收縮

水工混凝土結(jié)構(gòu)中有一類頂部舍友拉桿的混凝土U型槽，該部分十分容易發(fā)生混凝土體積收縮。一方面槽殼結(jié)構(gòu)本身就容易受到外部橫向應(yīng)力的影響，混凝土收縮時候生成大量多預(yù)應(yīng)力導(dǎo)致開裂。另一方面，設(shè)計荷載不當(dāng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和傳輸方式發(fā)生變化，后期槽壁上部分的拉應(yīng)力減少了，下部分拉應(yīng)力變大，進(jìn)而形成了不同的鋼筋結(jié)構(gòu)體系。

5? 結(jié)語

綜上所述，由于水工混凝土結(jié)構(gòu)的特殊性，其耐久性問題的研究涉及因素較多，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。本文對影響其耐久性的各類因素進(jìn)行了分析，提出了優(yōu)化施工的措施建議，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)單位提供參考借鑒。

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