浅谈水工混凝土耐久性

许立稳 侯利新

(天津市水利工程有限公司,天津 300222)

浅谈水工混凝土耐久性

许立稳 侯利新

(天津市水利工程有限公司,天津 300222)

本文对水工混凝土耐久性进行了研究及探讨,并提出了混凝土耐久性的影响因素及对策。

混凝土 耐久性

1 水工混凝土耐久性

水工混凝土耐久性是指水工建筑物在使用环境下,对物理的、化学的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀作用的抵抗能力。水工混凝土耐久性主要为抗腐蚀、抗冻、抗渗等几个方面。

2 导致水工混凝耐久性失效的原因

导致水工混凝土耐久性失效的原因主要有以下几个方面:混凝土的低强度风化;碱——骨料反应;渗漏溶蚀;冻融破坏;水质侵蚀;冲刷磨损和空蚀;混凝土的碳化与钢筋锈蚀;由荷载、温度、收缩等原因产生的裂缝以及止水失效等引起渗漏病害的加剧。实际问题中,往往存在多个因素的共同作用。

2.1 风化

水利工程中,大部分建筑物处于室外,由于风化作用使得强度明显下降,以至于混凝土结构在经过一定时间后,强度不能满足结构性能要求。

2.2 碱——骨料反应

混凝土碱——骨料反应是指混凝土微孔中来自水泥、外加剂等的可溶性碱溶液和骨料中某些活性组分之间的反应。

2.3 渗漏

水土混凝土结构在水压力的条件下,出现裂缝、贯穿性通道等,破坏结构形式、降低了水利工程的使用寿命。

2.4 冻融

在寒冷地区,由于低温时混凝土孔隙中水的反复冻结融化,使得混凝土内部破坏。在我国北方地区较常见。

2.5 水侵蚀

水工混凝土与各种水体接触,其中受污染的水体中有破坏混凝土机构的有害物质,尤其是酸性水体破坏作用较大。

2.6 冲刷磨损

处于高速水流特别是挟沙水流作用下的混凝土结构和构件,会产生冲刷磨损,或者由于结构表面不平整,在混凝土表面形成真空,产生空蚀破坏,致使混凝土被剥落。

2.7 碳化

混凝土保护层的碳化导致混凝土表面强度降低、耐久性被破坏。

2.8 其它

因为混凝土的抗拉强度较低,在荷载的作用下,一般的受弯构件都是带裂缝工作的;湿度的变化也会使混凝土产生裂缝,尤其是大体积混凝土;混凝土由于养护不当引起的收缩裂缝等都会导致混凝土结构的耐久性降低。

3 提高水工混凝土耐久性

水工混凝土结构的耐久性与结构所处环境条件、结构使用条件、结构形式和细部构造、结构表层保护措施以及施工质量等均有关系。新编的《水工混凝土结构设计规范》(以下简称《规范》)对混凝土结构的耐久性控制提出了要求。耐久性设计主要根据规范对耐久性的要求采取以下保证措施。

3.1 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。

3.2 原材料与施工质量

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。

3.3 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。

3.4 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,当水灰比小于时,钢筋就不会锈蚀。国外一些海工混凝土0.3建筑的水灰比一般都控制在以下。所以在设计时应严格0.45控制混凝土的水灰比,使其不大于《规范》中所列数值。

3.5 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。

3.6 抗渗性

混凝土越密实,水灰比越小,其抗渗性越好。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。

3.7 抗冻性

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。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。

3.8 混凝土保护层厚度

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。