电厂水工结构工程中耐久性设计的应用初探

佟彤彤

文章首先对电厂水工结构工程中耐久性的主要概念与意义进行分析，然后研究了电厂水工结构耐久性设计方面的工作现状，从混凝土结构角度入手，认为当前结构设计中还存在缺乏对裂缝与与耐久性对应关系，以及混凝土配合比强度指标与耐久性之间对应关系的考量的问题，并据此提出了混凝土结构耐久性设计的几点措施，望引起重视。

电厂水工结构工程耐久性的意义

工程结构的耐久性问题是指：在设计确定的环境作用以及维修、使用条件下，结构工程整体以及相关构件在预计使用年限内保证其安全性以及适用性水平的能力。在工程结构的使用过程当中，容易影响耐久性水平，造成耐久性破坏的主要因素包括混凝土碳化、混凝土冻融、钢筋锈蚀、以及化学侵蚀等多个方面，必须引起高度重视。

特别是针对水工结构工程而言，工程建设中有关结构耐久性的设计问题是非常重要的，若缺乏对耐久性设计的考量，则可能导致水工结构工程在未达到使用年限前就无法正常使用，由此所可能产生的后果是非常严重的。出现问题后，针对结构所进行的维修、加固、改造不但费时费力，也会给社会带来非常不良的影响。因此，结构设计中，除了需要关注对结构变形，结构强度的计算外，还需要体现耐久性设计的重要价值。

电厂水工结构耐久性的现状分析

从电厂水工结构的角度上来说，主要的工程建筑物包括净化水建筑物，冷却塔，取水建筑物（构筑物），输水管沟，水泵房，废污水处理建筑物（构筑物）等。这些建筑物结构基本为半地下或地下，一般与水体或地下水保持直接接触的关系。混凝土作为电厂水工结构中最为常见，同时价值作为突出的材料之一，虽然其自身耐久性水平较高，但由于工作环境条件非常恶劣，因此在腐蚀介质，水化学因素的影响下，结构构件可能长期处于干湿交替的环境下，耐久性性能劣化速度快。而混凝土性能的劣化会进一步导致水工结构中钢筋发生锈蚀或其他质量问题，破坏整体结构，大幅度降低混凝土强度，一方面对结构的安全性造成不良影响，另一方面也缩短了这些电厂水工结构建筑物的使用寿命。特别是对于处于腐蚀性液体中的水工结构而言，混凝土构件可能会受到周边环境中各种化学离子的侵蚀（包括硫酸盐离子、镁离子、以及氯离子等在内），对其性能产生巨大的破坏。

混凝土耐久性设计要点分析

正如前文中所提到的，混凝土作为构成电廠水工结构的主要原料，其耐久性水平将直接对整个水工结构的安全性与长效性产生影响。然而在当前有关电厂水工结构混凝土耐久性设计工作的开展过程当中，主要采取的是28d强度设计方案，同时根据所处环境特点，对混凝土的主要耐久性指标进行分析（包括混凝土的抗冻等级以及抗渗等级等在内），正确处理混凝土设计指标与原材料性能之间的对应关系，但缺乏对裂缝与与耐久性对应关系，以及混凝土配合比强度指标与耐久性之间对应关系的考量，因此造成电厂水工结构中混凝土强度普遍高于设计标准，胶凝材料使用量高的问题，频繁出现结构开裂现象，对结构耐久性有非常不良的影响。因此，从优化混凝土结构耐久性设计的角度上来说，需要关注以下几个方面的问题：

（1）从设计指标角度上来看，考虑到混凝土所使用于水工环境下的特殊性，可以根据所处地区的气候条件，承受荷载作用力的开始时间，以及水工建筑结构的具体形式等，通过60d或90d龄期对抗压强度进行优化。针对工程后期施工中容易出现的温度裂缝问题，可以通过改进混凝土强度龄期标准，提高粉煤灰掺入量，降低单位用水量、胶凝材料使用量、以及水泥材料使用量的方式，减少温度裂缝。

（2）从原材料的选择上来看，为了提高电厂水工结构中混凝土的性能水平，必须结合实际情况，适当掺入优质的外加剂与掺合料。对于水工结构混凝土而言，常用的掺合料为F#粉煤灰，通过掺入需水量比<100%粉煤灰的方式，能够在降低混凝土拌合阶段单位用水量的同时，起到降低混凝土早期干燥收缩的目的。同时，在拌合阶段所使用的引气剂中，除了需要考虑引气剂的含气量意外，还需要考虑气泡大小，气泡结构，以及气泡稳定性对混凝土性能的影响。即便是对于无特殊抗冻要求的水工结构混凝土而言，也可在拌合阶段通过加入引气剂的方式，达到提高混凝土可泵性与和易性水平的目的。

结束语

前文分析中已经证实的是：耐久性设计对于电厂水工结构工程的结构稳定、可靠有着非常重要的意义。当前，港口工程，公路工程，铁路工程等行业均将耐久性设计纳入结构设计的关键范畴当中，为电厂水工结构耐久性设计起到了很好的示范作用。我国经济体系中，电力行业的基础地位是非常稳定的，水工结构的可靠性以及使用寿命值得引起各方人员的高度重视。因此，在水工结构工程设计规范中，建议进一步突出耐久性设计的重要地位，尽可能的明确耐久性设计相关的问题，从而为电厂水工结构整体质量水平的完善提供保障。

（作者单位：锦州华地建设集团有限公司）