水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響因素分析及控制

馮 卓

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院）

0 引言

建筑工程的施工質(zhì)量和使用過(guò)程中的穩(wěn)定性受到水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的直接影響，施工作業(yè)中對(duì)耐久性造成影響的因素得到了極大的關(guān)注，通過(guò)具體施工，對(duì)耐久性因素進(jìn)行有效控制，使水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和質(zhì)量提升，成為了目前建筑行業(yè)發(fā)展中需要解決的問(wèn)題之一。

1 影響耐久性的主要因素

不少建筑施工，往往較為重視的是水工混凝土結(jié)構(gòu)和其承受力及安全性，對(duì)于結(jié)構(gòu)耐久性予以忽視。不少水工混凝土結(jié)構(gòu)存在著耐久性能較差的問(wèn)題，使維修成本增加，對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)的正常使用功能造成影響，工程使用年限縮短，增加不必要的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。因此，針對(duì)影響水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的因素，應(yīng)先進(jìn)行分析和研究。

1.1 施工環(huán)境

在確定的環(huán)境作用和規(guī)定的使用和維修條件下，水工混凝土結(jié)構(gòu)保持其安全性和適用性的能力表現(xiàn)為其耐久性。造成影響的因素之一便是施工環(huán)境，主要包括混凝土碳化、滲透、化學(xué)侵蝕、凍融破壞等都屬于對(duì)耐久性能造成不利影響的環(huán)境作用。因此，水工混凝土結(jié)構(gòu)形式、原材料、構(gòu)造等方面必須嚴(yán)格根據(jù)施工環(huán)境的實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，對(duì)混凝土施工質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時(shí)保證必要的維護(hù)保養(yǎng)作業(yè)，使水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能得到保證和提高。

1.2 構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)

通過(guò)對(duì)形體尺寸、結(jié)構(gòu)形式以及構(gòu)造進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，可以使水工混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及結(jié)構(gòu)耐久性得到顯著提高。因此，應(yīng)對(duì)沉降縫、結(jié)構(gòu)伸縮縫等根據(jù)荷載分布特點(diǎn)以及基礎(chǔ)承載力情況進(jìn)行合理設(shè)置，結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)幾率得到有效控制和降低，才能使水工結(jié)構(gòu)混凝土耐久性能提高；鋼筋保護(hù)層厚度，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、結(jié)構(gòu)工作環(huán)境等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)耐久性能得到有效提升。

1.3 原材料

對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及耐久性的重要保障基礎(chǔ)為原材料質(zhì)量，采用質(zhì)量不合格或不適用的原材料，會(huì)使水工混凝土結(jié)構(gòu)抗碳化、抗裂、抗?jié)B透、抗凍等耐久性能受到不利影響。因此對(duì)膠凝材料、骨料、外加劑等原材料的質(zhì)量應(yīng)根據(jù)施工條件、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工環(huán)境等進(jìn)行合理選擇和嚴(yán)格控制。

1.4 施工質(zhì)量

水工混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量受施工質(zhì)量的影響，同時(shí)也對(duì)耐久性造成直接影響。對(duì)混凝土配合比、用水量、水灰比等缺乏嚴(yán)格控制，會(huì)造成混凝土密實(shí)度降低，出現(xiàn)干縮裂縫等問(wèn)題，使混凝土抗化學(xué)腐蝕、抗凍融破壞、抗混凝土碳化、抗?jié)B透等耐久性能降低，對(duì)工程安全和工程的順利進(jìn)行造成直接影響。

1.5 維護(hù)

工程完成后的維修保養(yǎng)也對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能產(chǎn)生影響。通過(guò)必要、合理的養(yǎng)護(hù)管理，能夠使水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能提高，如果保養(yǎng)護(hù)理不當(dāng)或是落實(shí)不到位，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性會(huì)造成不利影響。養(yǎng)護(hù)與混凝土強(qiáng)度之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 養(yǎng)護(hù)與強(qiáng)度關(guān)系圖

2 耐久性控制措施

根據(jù)水工混凝土結(jié)構(gòu)的施工環(huán)境，對(duì)構(gòu)造、結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，嚴(yán)格把控原材料質(zhì)量，對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理使用年限進(jìn)行確定，采用科學(xué)、合理的維護(hù)保養(yǎng)措施對(duì)施工質(zhì)量進(jìn)行有效保障，使水工混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能得以提高。

2.1 使用年限確定

根據(jù)相關(guān)的耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范和工程合理使用年限的規(guī)定，對(duì)永久性水工混凝土結(jié)構(gòu)的合理使用年限按照建筑物級(jí)別和工程等級(jí)進(jìn)行確定，按照最高的使用年限，對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和綜合利用。

2.2 環(huán)境類別確定

對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)施工環(huán)境的水文地質(zhì)、大氣等環(huán)境條件進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)查，環(huán)境類別的確定依照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，同時(shí)作為原材料選擇、構(gòu)造和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量控制以及后期維護(hù)保養(yǎng)的重要參考依據(jù)。

2.3 構(gòu)造設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)構(gòu)承載力對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級(jí)進(jìn)行確定，另外還需要根據(jù)施工環(huán)境類別對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)度等級(jí)提出相應(yīng)的要求和標(biāo)準(zhǔn)，并以兩者較高的強(qiáng)度等級(jí)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等極標(biāo)準(zhǔn)。

鋼筋保護(hù)層厚度需要根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的合理使用年限、構(gòu)建尺寸、施工環(huán)境等因素進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，按照結(jié)構(gòu)耐久性能的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)混凝土保護(hù)層最小厚度進(jìn)行控制和保證。

簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)外形定力，可使荷載作用，或外加變形下產(chǎn)生的應(yīng)力集中、約束變形、約束應(yīng)力等減輕。

對(duì)變形縫、沉降縫、誘導(dǎo)縫等進(jìn)行合理設(shè)置，可以使結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生得以有效預(yù)防和減少；另外，在施工環(huán)境中，永久縫應(yīng)避免設(shè)置在不利環(huán)境作用的位置上，使有害物質(zhì)滲入的情況得到有效預(yù)防，使結(jié)構(gòu)耐久性能得到提高。

2.4 原材料質(zhì)量

根據(jù)所處的施工環(huán)境以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理使用年限，對(duì)混凝土所用原材料進(jìn)行選擇，需要對(duì)強(qiáng)度、穩(wěn)定性、耐久性、變形等條件予以滿足。

水工混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)常受水沖刷，并位于水位變化區(qū)、溢流面，或者有抗凍要求時(shí)，則需要選擇中、低熱水泥，并具有較高強(qiáng)度；處于化學(xué)侵蝕或氯化物環(huán)境中或?qū)囟瓤刂朴兴髸r(shí)，則應(yīng)選擇礦渣硅酸鹽水泥。

骨料在水工混凝土結(jié)構(gòu)的總體積中約占80%左右，對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性、抗裂性有著重要的影響作用。因此，骨料選擇的標(biāo)準(zhǔn)就設(shè)定為級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔度高。細(xì)度模數(shù)2.4～2.8的人工砂或2.2～3.0 的天然河砂可作為細(xì)骨料的選材；連續(xù)級(jí)配料適用于粗骨料；對(duì)堿性活性骨料進(jìn)行使用時(shí)，需要先通過(guò)相應(yīng)抑制措施進(jìn)行處理，同時(shí)需要進(jìn)行專門論證。

根據(jù)環(huán)境條件以及工程技術(shù)要求，并通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)，對(duì)外加劑的品種和摻量進(jìn)行確定，外加劑與水泥及礦物摻合料，以及不同外加劑之間應(yīng)保持良好的相容性；引氣劑適用于有抗凍要求的混凝土結(jié)構(gòu)。另外，應(yīng)按規(guī)定和要求對(duì)所有原材料進(jìn)行復(fù)檢，在復(fù)檢合格后才能將其投入施工使用。

2.5 施工質(zhì)量

水工混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量嚴(yán)格按照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級(jí)和耐久性能等質(zhì)量要求得到有效保證和滿足。混凝土理論配合比，需要根據(jù)施工環(huán)境、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理使用年限、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、原材料狀況、結(jié)構(gòu)形式、耐久性能要求等，通過(guò)相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行合理經(jīng)濟(jì)的確定，其中主要包括最小水泥用量、最大水膠比等關(guān)鍵性技術(shù)指標(biāo)，需要對(duì)耐久性能方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和要求予以滿足；另外對(duì)混凝土坍落度，應(yīng)根據(jù)氣候條件、運(yùn)輸方式和距離、澆筑方式、鋼筋間距等進(jìn)行確定，混凝土坍落度較小常態(tài)混凝土較為適合用，如需采用泵送混凝土，因其坍落度較大，需加入高效減水劑等措施進(jìn)行處理，使混凝土因體積收縮而出現(xiàn)裂縫的情況減少。

2.6 維護(hù)運(yùn)行

對(duì)水工混凝土結(jié)構(gòu)運(yùn)行情況，按照相關(guān)規(guī)定和要求加強(qiáng)監(jiān)測(cè)、檢查和評(píng)估；對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)，按照規(guī)定定期進(jìn)行安全鑒定，對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性能和安全性能進(jìn)行全面評(píng)估，如發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碳化、裂縫，或保護(hù)層剝落等問(wèn)題，對(duì)工程耐久性能造成影響，應(yīng)及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理和解決。

3 結(jié)語(yǔ)

水利工程質(zhì)量受到水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性能的直接影響，并對(duì)工程的安全運(yùn)行、使用壽命起著重要的影響作用。因此，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性予以重視，通過(guò)對(duì)施工質(zhì)量、原材料質(zhì)量以及構(gòu)造和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制，使水工混凝土施工質(zhì)量和結(jié)構(gòu)耐久性能得到有效保障。