水工混凝土常見(jiàn)病害與對(duì)策探討

翟立宏 許志敏

（1.東臺(tái)市防汛防旱指揮部辦公室，江蘇 東臺(tái) 224200）（2.江蘇省水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所，江蘇 揚(yáng)州 225000）

水工混凝土常見(jiàn)病害與對(duì)策探討

翟立宏1許志敏2

（1.東臺(tái)市防汛防旱指揮部辦公室，江蘇 東臺(tái) 224200）（2.江蘇省水利科學(xué)研究院材料結(jié)構(gòu)研究所，江蘇 揚(yáng)州 225000）

介紹并分析了水工混凝土經(jīng)常受到的裂縫、凍脹、沖磨、空蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化、溶蝕和侵蝕等病害的威脅，提出了水工混凝土常見(jiàn)病害的預(yù)防對(duì)策。為確保混凝土質(zhì)量，減少病害隱患及威脅，提高水工混凝土耐久性提供了參考。

水工混凝土；常見(jiàn)病害；預(yù)防對(duì)策

1 引言

水工混凝土經(jīng)常受到裂縫、凍脹、沖磨、空蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化、溶蝕和侵蝕等病害的威脅，影響工程的耐久性，增加了建筑物使用過(guò)程中的修理與加固費(fèi)用，影響或限制了結(jié)構(gòu)的正常使用功能，縮短結(jié)構(gòu)的使用年限，影響效益和安全，不僅造成經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重浪費(fèi)資源，引發(fā)社會(huì)問(wèn)題。

2 常見(jiàn)病害分析

水工混凝土是水利工程建設(shè)中很重要的材料，使用種類(lèi)繁多，也需要在各種各樣復(fù)雜的環(huán)境條件下發(fā)揮作用，確保工程正常運(yùn)行。根據(jù)水工混凝土建筑物的結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)和所處工作環(huán)境的不同，常見(jiàn)病害主要有裂縫、凍脹、沖磨空蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化、溶蝕和侵蝕七大類(lèi)，其中前三類(lèi)屬于物理性病害，后四類(lèi)屬于化學(xué)性病害。由于工程自身因素和工作條件的差異，這幾類(lèi)病害對(duì)混凝土的危害程度也互不相同。

2.1 裂縫

裂縫是混凝土建筑物最常見(jiàn)的病害之一，是材料的不連續(xù)現(xiàn)象，屬于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影響因素。裂縫的出現(xiàn)，多數(shù)在施工期就存在，有的雖然在施工期以后，也多在運(yùn)行初期5～10a以內(nèi)，不是由于運(yùn)行期長(zhǎng)、工程老化問(wèn)題，而是早期的問(wèn)題。裂縫的存在直接導(dǎo)致混凝土抗拉性能的降低，也會(huì)引導(dǎo)有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，造成鋼筋銹蝕，甚至混凝土結(jié)構(gòu)破壞。對(duì)于水庫(kù)蓄水和灌溉來(lái)說(shuō)，擋水混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫會(huì)直接引起滲漏，如果滲漏量達(dá)到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力。

2.2 凍脹

一般認(rèn)為，在溫度正負(fù)交替過(guò)程中，混凝土微孔中的水結(jié)冰或成為過(guò)冷的水，體積膨脹產(chǎn)生凍脹壓力，過(guò)冷的水遷移產(chǎn)生滲透壓力，當(dāng)兩者的附加作用力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就遭受破壞。因此，凍脹破壞是一種物理性破壞，在我國(guó)的北方地區(qū)，水工混凝土受到這種破壞的情況比較嚴(yán)重。受凍融作用的影響，混凝土?xí)兊盟炙伞⒐陌㈤_(kāi)裂，甚至層狀剝落，使建筑物失去作用，進(jìn)而對(duì)建筑物整體穩(wěn)定造成影響。

2.3 沖磨和空蝕

沖磨主要是水流中的泥沙作用和高速水流一起運(yùn)動(dòng)時(shí)磨蝕直接接觸或臨近的混凝土。空蝕是水工泄水建筑物工作中的水流的一種特有現(xiàn)象，混凝土局部受到不規(guī)則的擠壓變形而產(chǎn)生破壞。所以沖磨和空蝕都屬于物理性病害。一般地，沖磨和空蝕是交替而又相互促進(jìn)的，造成混凝土表面粗骨料裸露，混凝土表面凸凹不平，產(chǎn)生坑洞，進(jìn)而造成鋼筋外露和鋼筋銹蝕。

2.4 堿骨料反應(yīng)

骨料中含有的氧化硅等物質(zhì)容易和水泥或混凝土中的堿（Na2O、K2O）起反應(yīng)，即堿骨料反應(yīng)，這是一種化學(xué)病害。該反應(yīng)生成吸水膨脹的凝膠，使混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂。

2.5 碳化

混凝土的碳化（中性化）是空氣中的二氧化碳?xì)怏w不斷地透過(guò)混凝土中未完全充水的粗毛細(xì)孔，擴(kuò)散到混凝土內(nèi)部充水的毛細(xì)孔中，與其中的空隙液所溶解的氫氧化鈣進(jìn)行中和反應(yīng)，生成碳酸鹽或其他物質(zhì)，使混凝土孔溶液的PH＜10，鋼筋的鈍化膜被破壞，鋼筋發(fā)生銹蝕。鋼筋生銹后體積膨脹，引起混凝土開(kāi)裂，與鋼筋的粘結(jié)力降低，混凝土保護(hù)層脫落，鋼筋斷面面積發(fā)生損缺，嚴(yán)重影響混凝土的耐久性。

2.6 溶蝕

混凝土溶蝕是一種化學(xué)性病害。混凝土中的CaO被水溶解變成Ca(OH)2，然后遇到空氣中的CO2反應(yīng)生成CaCO3沉淀物，標(biāo)志著混凝土已經(jīng)病變，將因此損失掉膠凝性而逐漸失去強(qiáng)度，抗?jié)B能力也不斷降低。當(dāng)CaO被溶出約33%時(shí)，混凝土將變得酥松而失去強(qiáng)度。

3 預(yù)防對(duì)策

隨著運(yùn)行期的增長(zhǎng)，水工混凝土的老化是客觀現(xiàn)象，及時(shí)地維護(hù)和修補(bǔ)也是必要的，但是很多相關(guān)混凝土的病害卻不是一般的老化問(wèn)題，更多地與設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理有密切關(guān)系，因此，要減少或預(yù)防混凝土病害，就要從以下幾方面采取預(yù)防措施。

3.1 工程設(shè)計(jì)

3.1 .1 水工混凝土建筑物的設(shè)計(jì)要從按強(qiáng)度設(shè)計(jì)的模式中解脫出來(lái)，更多地考慮建筑物長(zhǎng)期使用過(guò)程中由于環(huán)境作用引起結(jié)構(gòu)材料性能劣化，腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)安全性與適用性的影響，盡可能延長(zhǎng)工程壽命，避免資源浪費(fèi)。

3.1 .2 水工混凝土建筑物的設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照國(guó)家現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，嚴(yán)格考慮建筑物正常使用過(guò)程中構(gòu)件的預(yù)定檢測(cè)和維護(hù)，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)為此項(xiàng)工作提供可能性和工作面。

3.1 .3 水工混凝土遭受病害是不可避免的，只是程度輕重可以控制。所以，混凝土構(gòu)件在考慮了環(huán)境的侵蝕性和材料性能的老化過(guò)程后，要仍然可以保證結(jié)構(gòu)應(yīng)有的安全性和穩(wěn)定性。

3.1 .4 同一建筑物中的不同構(gòu)件所處的工作環(huán)境可能存在差異，其遭受病害的可能性和程度也會(huì)不一樣，因此其耐久性就不同，所以對(duì)于局部可能遭受病害嚴(yán)重，同時(shí)可以更換的構(gòu)件可以設(shè)計(jì)成拆裝和可更換型的，從而延長(zhǎng)建筑物使用壽命。

3.2 工程原材料

合理選擇水泥品種和標(biāo)號(hào)，盡可能選用水化熱小的水泥，適量摻加粉煤灰或礦渣等摻和料；嚴(yán)格對(duì)混凝土拌和用水進(jìn)行檢驗(yàn)，避免氯離子含量超標(biāo)；盡可能采用較小的水灰比，減少混凝土的孔隙率；采用雜質(zhì)少、粒徑適中、級(jí)配好、堅(jiān)固性好的砂石骨料；合理使用和摻加減水劑和引氣劑等外加劑。

3.3 施工工藝

建筑物的施工要符合工程設(shè)計(jì)和國(guó)家現(xiàn)行的施工規(guī)范、質(zhì)量評(píng)定與驗(yàn)收規(guī)范的要求；嚴(yán)格執(zhí)行工程施工監(jiān)理和竣工驗(yàn)收制度，并進(jìn)行耐久性專(zhuān)項(xiàng)質(zhì)量檢驗(yàn)；大體積混凝土要事先制定完備的溫控措施計(jì)劃，并在施工中嚴(yán)格執(zhí)行；改進(jìn)施工機(jī)械，改善施工操作方法，確保混凝土均勻密實(shí)；混凝土澆筑過(guò)程中嚴(yán)格控制鋼筋保護(hù)層不受影響和破壞；混凝土臨空面要從模板和澆筑過(guò)程中的振搗等方面進(jìn)行控制，避免蜂窩、麻面的出現(xiàn)，對(duì)于已經(jīng)造成的混凝土缺陷，要及時(shí)科學(xué)地進(jìn)行修補(bǔ)和處理；加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)，要從養(yǎng)護(hù)方法、時(shí)間和材料等方面下工夫。

3.4 運(yùn)行管理

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)預(yù)定的工況進(jìn)行運(yùn)行，不應(yīng)有超出設(shè)計(jì)范圍的工況，對(duì)于設(shè)計(jì)預(yù)定的但是不常用的工況，運(yùn)行期間要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和控制；建立嚴(yán)格的運(yùn)行管理規(guī)章制度并在運(yùn)行中嚴(yán)格執(zhí)行；設(shè)計(jì)人員要向建設(shè)單位或運(yùn)行單位的相關(guān)人員提出建筑物使用過(guò)程中日常維護(hù)措施、設(shè)計(jì)預(yù)定的定期維修、部件更換、監(jiān)測(cè)要求和定期安全鑒定計(jì)劃的內(nèi)容，做好運(yùn)行安全技術(shù)交底；對(duì)于建筑物的特殊部位要經(jīng)常性檢測(cè)，特別是處于嚴(yán)重腐蝕性環(huán)境作用下的構(gòu)件和部位，定期進(jìn)行安全鑒定，對(duì)于檢測(cè)和安全鑒定中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，要及時(shí)進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的處理。

4 結(jié)語(yǔ)

由于病害的影響，很多水工混凝土建筑物的耐久性受到威脅和挑戰(zhàn)，很多以前建成的混凝土建筑物也不同程度地遭受了破壞，因此很有必要對(duì)這些病害進(jìn)行分析和研究論證，探討可行的有效的處理措施和預(yù)控方案，并且在工程建設(shè)過(guò)程中做好宣傳教育和引導(dǎo)，混凝土的耐久性問(wèn)題不是設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行管理單位任何一家的問(wèn)題，而是大家面臨的共同問(wèn)題。

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1007–6344（2015）01–0007–01