水閘結構耐久性影響因素及其控制措施

彭嘯宇

（黑龍江省綏化市北林區河道管理處，黑龍江 綏化 152000）

目前我國大部分水電站的水閘多為上世紀六七十年代興建的，這些水閘在曾對我國水利工作做出了巨大貢獻，然而隨著時間的推移，這些水閘老化病害情況已十分嚴重，如果這一問題不能得到及時解決，將會影響到水閘建筑物的使用壽命，影響預訂功能的發揮，問題嚴重的甚至會危及水閘建筑物的安全。要想解決老化病害的問題，就必須找準引起老化病害的根源所在。

1 水閘結構耐久性分析

水閘結構主要是由混凝土結構構成的，對水閘老化病的各種原因進行分析，歸根到底是由混凝土結構老化所導致的，一般可以這樣認為，水閘結構的耐久性問題其實就是混凝土結構的耐久性的問題。其中影響混凝土結構耐久性的宏觀因素主要有以下幾個方面。

受當時水閘建設部門對混凝土結構的設計與施工規范側重點不同的影響，當時的水閘建設的重點主要集中在對混凝土各種荷載作用下的結構強度要求上，而忽略了環境因素如：干濕、凍融等大氣侵蝕以及結構周圍水、土中有害化學介質侵蝕等原因對混凝土結構耐久性的影響。從目前影響混凝土結構耐久性的因素來看，由鋼筋銹蝕或混凝土腐蝕導致的結構安全事故對混凝土機構耐久性的嚴重程度已遠遠超過了結構構件承載力安全水準設置偏低所帶來的影響。為此，由環境問題對水閘結構耐久性的影響必須引起高度重視。

受時代因素的影響，現有水閘結構興建的都比較早較早，受到當時施工條件的限制，建筑材料中所使用的水泥標號低，性能不穩定，施工機械化程度低，混凝土密實性差，養護不好等，使混凝土存在先天缺陷，是造成混凝土提前老化的內在因素。

水閘建筑物所處的運行環境和運行條件，如凍融、滲漏引起鋼筋銹蝕，形成混凝土裂縫、甚至崩塌，環境水的腐蝕、水流沖刷、磨損、氣蝕、堿骨料反應引起混凝土膨脹破壞等，是加速混凝土老化的環境外因。與此同時，工程管理人員對混凝土老化的重視程度不夠，在對水閘進行檢查的過程中并沒有發現混凝土老化這一問題，對危險隱患未能及時采取有效的補救措施，也是造成混凝土工程損壞的一方面原因。

2 混凝土結構破壞機理分析

通過多年來的分析研究，已經掌握了一些影響混凝土機構耐久性的因素，這些因素主要有混凝土的凍融、混凝土的碳化、鋼筋的銹蝕和混凝土中的堿骨料反應等。

混凝土水化結硬以后，混凝土內部會出現很多孔隙，在這些孔隙中滯留許多非結晶水。在負溫度作用于混凝土時，會導致混凝土內部孔隙和毛細孔道的水結冰，此時混凝土整體結構體積膨脹和冷水遷移，導致混凝土結構內部損傷，混凝土表層出現開裂、剝落、結構疏松、強度降低等問題，從而使得混凝土結構受到凍融作用而發生破壞，導致混凝土的動容破壞。

混凝土的碳化影響混凝土的結構耐久性。所謂混凝土的碳化主要是指在適宜的溫度下混凝土的水泥石中的氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發生化學反應，生成碳酸鈣和水，是一個項復雜的多相物理化學過程?；炷恋奶蓟瘯觿』炷恋氖湛s，使混凝土表面產生拉應力而出現裂紋，降低混凝土抗拉抗折強度及抗滲能力。同時混凝土的碳化會使氫氧化鈣減少而堿度降低，使鋼筋處于中性環境，鋼筋表面鈍化膜遭到破壞而生銹，由鋼筋的銹蝕會引起混凝土保護層開裂，鋼筋與混凝土的粘結力破壞，結構耐久性降低等不良后果。

鋼筋的銹蝕。混凝土保護層的碳化和氯離子腐蝕介質的影響是鋼筋銹蝕的主要原因，當空氣中的二氧化碳、二氧化硫等氣體及其他酸性介質通過混凝土的孔隙進入到混凝土內部后，與混凝土孔隙溶液中的親氧化鈣發生化學反應，使溶液的堿度降低，鋼筋表面出現脫鈍現象。如果有足夠的氧和水，鋼筋就會腐蝕。鋼筋銹蝕嚴重時，體積膨脹導致沿鋼筋長度出現縱向裂縫，順筋裂縫的產生又加劇了鋼筋的銹蝕，形成惡性循環。如果混凝土的保護層厚度比較薄，最終會導致混凝土保護層剝落，鋼筋也可能銹蝕，導致截面承載力降低直到構件喪失承載力。

堿骨料反應。混凝土的堿骨料反應是指混凝土微孔中來自水泥、外加劑等可溶性堿溶液和集料中某些組分之間發生反應。發生堿骨料反應后，會在界面生成可吸水膨脹的凝膠或體積膨脹的結晶，使混凝土產生膨脹，嚴重時會發生開裂破壞。此外，堿溶液還會浸入集料裂縫發生反應，使集料受腫脹作用而發生破壞。

3 提高混凝土結構耐久性的控制措施

3.1 原材料的選擇及用量

水泥砂漿的凝結、硬化所形成對水泥類材料的強度與工程性能有決定性的影響，水泥石一旦受損，混凝土的耐久性就會被破壞，因此在對水泥進行標號選擇是一定要對水泥品種的具體性能進行綜合分析，結合施工的實際情況，選擇那些堿含量小，水化熱低，干縮性小，耐熱性、抗水性、抗腐蝕性、抗凍性能好的水泥。把握水泥的用量對提高混凝土結構耐久性也很關鍵，用量增加可提高混凝土密實度，從而可以提高混凝土的抗硫酸性能，水泥用量多少的選擇上要兼顧強度、耐久性、和易性、成本等幾方面因素。

3.2 集料與摻合料

集料的選擇應考慮其堿活性，防止堿集料反應造成的危害，集料的耐蝕性和吸水性，同時選擇合理的級配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密實度；經過大量研究與實踐發現摻粉煤灰，礦渣，硅粉等混合材料具有改善混凝土的性能的作用，改善混凝土內孔結構，填充內部空隙，提高密實度，高摻量混凝土還能抑制堿集料反應，摻混合材料是提高混凝土耐久性的有效措施。

3.3 設計應考慮耐久性的要求

在進行設計混凝土配合比時，既要滿足混凝土強度又應該盡量考慮減少水泥用量和用水量。從而使水化熱降低、收縮裂縫減少，最終提高密實度。減水劑和引氣劑可以對混凝土內部結構大大改善。在混凝土中使用混合料，將會使混凝土具有更好的耐久性能。結構構件應按其使用環境設計相應的混凝土保護層厚度，預防外界介質滲入內部腐蝕鋼筋。結構的節點構造設計也應考慮構件受局部損壞后的整體耐久能力。結構設計尚應控制混凝土的裂縫的開裂寬度。提高設計水平、改進施工工藝、加強施工管理、完善監管制度，確保工程質量，避免混凝土的先天缺陷。

3.4 防止混凝土的凍融破壞

混凝土在抵抗凍融破壞的能力，主要由飽水狀態下的配合比、養護條件和密度組成。提高引氣量可以是提高混凝土抗凍性。同時，加強排水，應該使用低吸水性的材料，從而降低混凝土結構被水飽和。引氣型高效減水劑可以使混凝土抗凍性大大提高，并且能夠保障混凝土的強度保持在較高的水平。

4 總結

水閘結構的耐久性受到環境、材料、設計、施工等多種因素的共同影響，要想解決水閘結構耐久性這一復雜的問題，需要對多方面的的因素加以考量工作。水閘結構耐久性應由正確的結構設計、材料選擇以及嚴格的施工質量來保證，同時應注意對其在使用階段實行必要的管理和維護。只有這樣，才能保證和提高水閘結構的耐久性。

[1]李金玉，曹建國.水工混凝土耐久性的研究和應用[M].北京:中國電力出版社，2004.

[2]陳仲慶.提高混凝土耐久性的措施[J].科技資訊，2007，14:52.