水工混凝土结构耐久性研究

赵瑞丽 杜申元

葛洲坝集团试验检测有限公司 湖北 宜昌 443000

水工混凝土应用价值较高，其正成为建筑行业广泛应用的一项技术。由于水工混凝土结构耐久性直接关系到工程质量，对于建筑工程安全产生了直接影响，所以研究其耐久性非常重要，通过研究有助于发现水工混凝土结构缺陷，进而将其结构缺陷改进，保障建筑工程质量[1]。因此有必要深入探析水工混凝土结构问题，进而使其结构耐久性提升。

1 水工混凝土结构耐久性缺陷的影响因素

不论是何种混凝土都有特定的耐久性，耐久性主要反映了混凝土在遇到温度变化、环境变化、外部冲击以及磨损腐蚀时的抗性等级，同时也是衡量建筑结构强度的一项指标[2]。而水工混凝土长期处于水环境下，水体的流动、水中物体撞击、水中物质腐蚀等都在时刻影响其结构稳定性，提升水工混凝土耐久性，能够延长建筑结构寿命。而研究水工混凝土结构耐久性缺陷的影响因素有助于优化其结构，提升其耐久性。

1.1 结构裂缝

相对而言，水工混凝土拥有更大的体积结构，初期在接触到水后会释放出大量热量，这些热量是导致混凝土温度应力产生的主要因素，由于混凝土凝结初期抗拉能力弱，所以在温度应力作用下混凝土容易出现不同程度的裂缝，在水体继续冲击下混凝土结构耐久性持续降低[3]；此外，在混凝土收缩阶段也容易出现缩裂缝，如果裂缝程度较大则可能出现水侵蚀、溶蚀、锈蚀等结构问题，在水体长期作用下，这些结构问题将会演变为更严重的结构问题，进而导致建筑耐久性降低，增加了建筑安全隐患。

1.2 热胀冷缩

由于混凝土长期处于浸水饱和环境下，特别是在温差较大的区域，可能出现温度变化较大的问题，温度的变化使得混凝土结构中的孔隙出现水冻结膨胀问题以及融解收缩问题，在热胀冷缩的作用下，混凝土呈现出由外向里削蚀，导致其耐久性降低[4]。在我国很多中小型水工建筑都遇到过这类问题，特别是温差较大的区域，这类问题出现的频次更高，这类问题在施工初期不常见，一般出现在应用一段时间后才会出现，特别是地区出现极端天气频次增加，非常容易出现这类问题。热胀冷缩是影响建筑混凝土结构强度的重要因素，特别是一些温度变化十分明显的区域，温度的急剧变化导致混凝土结构变化变得十分不稳定，因此导致混凝土结构发生变化，混凝土在遇热后内部结构出现膨胀，遇冷后发生收缩，如果膨胀与收缩的程度超过了特定范围，那么混凝土可能出现裂缝，进而降低了混凝土的承载能力，容易发生安全事故。

1.3 碳化锈蚀

由于空气广布着大量的CO2，而水体中存在着的酸性成分，这些成分与水泥发生缓慢的水化反应，最终导致混凝土出现结构碳化现象，从而引发裂缝问题，而空气中的CO2能够自由进入裂缝，在裂缝中继续与相关成分进行碳化反映，碳化的结果是混凝土结构不断改变，这个过程会使得钢筋保护膜脱落，而保护膜脱落后的钢筋会与水和空气发生锈蚀反应，造成钢筋强度降低，建筑的承载力下降，在受到过大外力作用下出现倒塌，进而影响人们安全[5]。碳化锈蚀带来的影响相对较大，而且这种不良影响很难被控制，空气中二氧化碳的含量是影响碳化程度的主要因素，加之混凝土结构可能出现不同程度的裂纹，这些裂纹的程度越大，二氧化碳进入到裂纹中的数量就越多，对于混凝土结构的影响就越大，所以混凝土结构的强度不稳定性大大提升，在这样的背景下建筑的安全性降低。

2 水工混凝土碳化及抗冻性

通常情况下，水工混凝土碳化问题是导致其耐久性变低的主要因素，只要深入探析碳化的具体成因以及过程，才有助于人们解决碳化问题，或者降低碳化带来的不良影响。而水工混凝土抗冻性的研究能够帮助人们解决温差过大带来的结构耐久性降低问题，进而将水工混凝土应用范围拓展，使其作用得到更好的发挥。

2.1 水工混凝土碳化

实际上，碳化现象属于一种化学反应，是混凝土结构缺陷中常见的现象。由于混凝土所处环境中CO2能够与混凝土中的相关成分发生化学反应，特别是与碱性物质反应后能够形成碳酸盐，这个反应过程导致混凝土碱度下降，所以其结构耐久性发生了变化，该过程也被称为混凝土中性化。水泥成分中存在着能够与水反应的物质，在接触到水后形成氢氧化钙物质，这些物质属于碱性物质，在混凝土内部以饱和溶液的形式存在，而这些物质能够为钢筋提供“保护层反应”，在碱性环境下钢筋表面形成FeO和Fe203，能够将其他物质隔绝在保护层外部，进而保护钢筋结构[6]。但是在发生碳化反应后，混凝土结构中的碱度下降，随着碳化反应进行，这些保护层可能被暴露在空气中，并继续发生碳化反应，所以钢筋保护膜在反应过程中消失，反应的继续导致钢筋出现锈蚀，钢筋结构强度降低。

2.2 水工混凝土抗冻性

抗冻性属于混凝土结构物理性能方面的内容，抗冻性主要反映了混凝土在较低温度环境下结构的稳定性。在研究混凝土抗冻性时，应该正确认识到衡量混凝土抵抗冻融能力的指标，除了要满足严寒地区低温冻融带来的影响，同时也要考虑到温热地区温度变化大、温差变化大的影响，而温度与温差的变化是导致混凝土耐久性变低的重要因素，这种变化会使得混凝土结构变得十分疏松，进而逐渐出现剥落现象。一般而言，混凝土无法在干燥环境下出现冻融现象，而饱水环境则非常容易出现混凝土冻融问题，温度降低导致水体出现凝结，而混凝土孔隙中存在很多毛细水，这些水体在凝结时体积增大，进而对混凝土内部产生应力，当产生的应力超过混凝土抗应力标准后，将引发混凝土裂缝，然后出现一系列不良的结构缺陷。

3 提升水工混凝土结构耐久性的策略

不同于其他类型的混凝土结构，水工混凝土结构处于十分复杂的环境，环境的变化非常容易导致其结构耐久性降低，特别是水环境的不稳定性，容易加剧结构问题，导致更多结构问题出现[7]。所以在设计水工混凝土结构时，需要结合建筑所处水环境特点以及气候变化特点，进而降低环境与气候变化带来的不良影响，提升其结构耐久性。

3.1 分析混凝土所处环境

在设计建筑结构时，需要充分考虑到建筑所处的水环境，分析水环境的特点。只有详细了解建筑环境条件，才能有针对性地去设计混凝土结构。首先，需要对当地的气候条件进行监测，调取最近十几年的气候数据，分析极端气候产生的频次，确定混凝土耐久性的上限；其次，分析建筑的水环境，分析水体的成分，结合水体成分设计混凝土结构，减少水体流动、冲击、腐蚀带来的影响；第三，掌握环境的干湿度，湿度也是影响混凝土耐久性的主要因素，长期暴露在高湿度环境下，混凝土的寿命会减少，这也是其耐久性降低的一个因素。只有分析混凝土所处环境特点，才能保住施工单位更好地设计混凝土结构，进而提升混凝土耐久性。

3.2 科学控制施工原材料

想要提升水工混凝土耐久性，处理要控制好外部因素影响，也要从混凝土结构入手。施工企业在掌握混凝土结构耐久性标准后，需要选择符合其耐久性要求的原材料，保障原材料质量才能确保混凝土耐久性达到设计要求。在选择材料时，如果建筑所处环境需要长时间承受较大受外力作用，那么需要考虑到混凝土的结构强度，增强其强度能够提升其耐久性；如果建筑所处区域温差较大，并且低温天气时间较差，则需要选择抗冻性高的混凝土，可以将引气剂加入到混凝土之中，能够有限地增强混凝土抗冻性。此外，混凝土的耐久性也受到其密实性影响，因此在施工时，要保障施工的合理性，进而提升其密实性，增强其耐久性。

3.3 合理设计混凝土结构

采用合理的结构能够降低不利条件对混凝土结构耐久性造成的不良影响。在选择混凝土结构类型时应该结合建筑具体环境进行科学地制定，如果建筑环境为三、四类环境类型，应该避免采用多棱角结构形式，这种结构会使得碳化反应面积增加，混凝土碳化速度高于其他类型的结构，混凝土耐寿命将会大大所见，与此同时，也应该避免使用薄腹型结构，这种结构会发生同样的问题。一般而言，想要提升混凝土耐久性，可以改变配筋，这也是常见的一种方法，但是只能用于普通钢筋混凝土结构，如果建筑类型为横向受力，有着一定的优势，但是在构造钢筋较多的环境下，采用该构造无法获得预期效果，会造成混凝土浇筑不够密实的缺陷，这必将会降低水工混凝土的耐久性。因此科学地设计配筋形式能够使得水工混凝土耐久性提升。

4 结束语

总而言之，水工混凝土结构耐久性关系到建筑结构的稳定性，通过研究可以发现，导致水工混凝土结构耐久性降低的影响因素较多，所以施工企业需要结合具体影响因素优化水工混凝土设计方式，在发挥现有优势的基础上，不断优化水工混凝土结构，进一步保障其耐久性的稳定。