水工混凝土結構耐久性影響因素及控制措施研究

熊中杰

摘? ? 要：水工混凝土結構不穩定的原因在于裂隙控制不當，經過長時間的風化影響，混凝土結構表面產生了大量的裂隙。為了保證混凝體結構的穩定性和耐久性，提升建筑工程的質量，基層單位應當加強施工管理，積極控制影響混凝土耐久性的各項因素，全面提升其施工質量。

關鍵詞：水工混凝土;耐久性影響因素;控制措施研究

1? 前言

水工結構物施工環境特殊，在水下施工面臨的水滲透問題更嚴重，混凝土極易發生開裂，對整個建筑結構穩定性造成直接威脅。本文針對水工混凝土結構耐久性為研究對象，分析影響其耐久性和因素，提出了減少和控制水工混凝土施工問題的措施建議，希望能夠相關單位提供參考借鑒。

2? 分析影響水工混凝體耐久性的直接因素

水工混凝土結構穩定性影響分為兩個方面。首先是環境影響，水下環境施工難度大，水滲透問題嚴重，對混凝土構件穩定性造成直接威脅。其次，混凝土施工環境，如施工原材料、原材料運輸過程中受到影響、結構布設導致的應力分布不當造成的材料物理性能的變化。

3? 水工混凝土的特點以及影響其耐久性的因素

3.1? 水工混凝土結構的特點

水工混凝土結構指的是在靜水或者是流動水結構下，長期受到環境影響導致水工結構物發生開裂等問題。對比常見的混凝土結構，水工混凝土的結構有以下特點。

首先，水工混凝土的骨料顆粒粒徑較大，水工混凝土的最大骨料顆粒粒徑為150mm，混凝土大粒徑骨料（80～150）mm骨料占據了整個工程所有骨料的三分之一以上，而常規的混凝土骨料粒徑最大不超過40mm。其次，水工混凝土的強度等級不高，水工混凝土的強度等級不高，除開特殊部位其混凝土等級略高，基本上都小于常規的建筑混凝土等級。再者，水工混凝土施工環境長期處于水下，環境潮濕，混凝土多處于飽水狀態，也因為水工建筑的體積大，內部水分無法及時揮發，因為毛細管作用原理，水工混凝土會出現一個向上吸水的現象，這種和長期處于陸地建筑物有直接區別。最后，混凝土的凝膠材料用料不多，因為水下水化熱難以散開，因為水工混凝土的凝膠材料一般都小于200千克每立方米。但是常規的陸地混凝土施工的凝膠材料用量一般為水下混凝土的1.5倍，部分特殊建筑結構超過了400千克每立方米。

作為一個需要長期投產，工程規模大的水工建筑工程，水工混凝土的建筑結構、穩定性直接影響了該工程的耐久性，有且僅有施工單位加強水工混凝土監督管理，控制好外界環境對其施工質量的影響，最終延長整個建筑結構的壽命。

3.2? 影響水工混凝土耐久質量的主要因素

針對現有的施工經驗分析來看，影響我國混凝土耐久性的主要原因有反復交替的凍融作用，如硫酸鹽、堿等化學物質的影響。在水下施工環節中，施工機械磨損和水流沖刷、氣蝕因素直接影響了建筑工程的質量。與此同時，水工混凝土施工時候也會受到混凝土堿骨料反應和抗滲性能、抗凍融性影響。

堿骨料是影響混凝土結構耐久性的常見原因，混凝土原材料中的混合劑、水分中的氧化鉀、氧化鈉經過時間推移容易吸水膨脹進而產生大量的內部應力，嚴重時候可導致大體積膨脹，激發混凝土開裂。此外，混凝土開裂后會讓鋼筋材料和周圍環境接觸，如發生凍融破壞、碳化、侵蝕問題，多種化學、物理腐蝕共同作用下，直接削弱了混凝土的穩定性。招致混凝土發生堿骨料反應需要具備三個條件，首先是原材料中含堿性物質超標;其次是骨料中有大量的活性物質;最后是潮濕，富有水的環境。

外加劑對混凝土抗滲性有直接影響，直接威脅了混凝土結構的耐久性，混凝土的抗滲性能受到許多因素的影響，如水灰比、水泥品種、骨料級配、外加劑種類和摻量、施工質量、養護條件、暴露時間、環境溫濕度等。由于混凝土是一種水硬性材料，其水化過程需要經過很長時間才能完成，隨著混凝土的不斷水化，其內部結構越來越密實。通過實際檢測發現，混凝土的滲透性隨著齡期增長而越來越小，特別是開始的 l～3 年內滲透性下降最為明顯，只有在齡期較長時，混凝土的滲透性才基本趨于穩定。但對于普通混凝土來說，有研究表明它的滲透性基本上不隨時間變化。

4? 對于提升水工混凝土結構耐久性的措施建議

4.1? 提升結構的抗滲性和抗凍性要求

針對混凝土的抗滲性和抗凍特點，施工單位應當按照相應的規范制度做好施工環境。如對暴露在腐蝕介質中的介質結構采用科學的處理方式，可加入適當的抗侵蝕的水泥硅酸鹽水泥等，或采用水玻璃、環氧材料等提升混凝土的整體結構穩定性（如圖1所示）。

4.2? 提升混凝土結構的穩定性

施工單位要加強水工混凝體施工環境檢查和監督控制，積極改善和優化遭受高速水流氣蝕影響的部位，并科學、嚴格控制結構表面的平整度和防護層，以此來增加混凝土結構的抗氣蝕能力。對于泥沙腐蝕的部位，建議施工單位選用質地堅硬的骨料，以此來降低水灰比提升混凝土強度等，最終全面改進和提升整個混凝土的耐磨能力，必要時候還可以加強耐磨護面的材料。

4.3? 嚴格控制和保護混凝土保護層

混凝土的耐久性變化的理化性質變化表現為混凝土內部的鋼筋受到腐蝕碳化。增加水工混凝土的保護層厚度可以隔絕外界直接和鋼筋接觸，減少腐蝕。對此，施工單位應當嚴格控制保護層厚度，預防其小于原來的規定，并科學澆筑和提升混凝土養護質量，全面提升器密實性。

4.4? 控制混凝土體積收縮

水工混凝土結構中有一類頂部舍友拉桿的混凝土U型槽，該部分十分容易發生混凝土體積收縮。一方面槽殼結構本身就容易受到外部橫向應力的影響，混凝土收縮時候生成大量多預應力導致開裂。另一方面，設計荷載不當，導致結構的應力分布和傳輸方式發生變化，后期槽壁上部分的拉應力減少了，下部分拉應力變大，進而形成了不同的鋼筋結構體系。

5? 結語

綜上所述，由于水工混凝土結構的特殊性，其耐久性問題的研究涉及因素較多，是一項復雜的系統工程。本文對影響其耐久性的各類因素進行了分析，提出了優化施工的措施建議，希望能夠為相關單位提供參考借鑒。

參考文獻：

[1] 劉艷玲，劉作臣.水工混凝土結構耐久性的影響因素和研究內容[J].河南水利與南水北調，2009（10）：55～56.

[2] 宋愛紅.水工鋼筋混凝土結構耐久性問題分析[J].天津農學院學報，2014（4）：35～38.

[3] 王勝年，李克非，范志宏，蘇權科，熊建波.港珠澳大橋主體混凝土結構120a使用壽命耐久性對策[J].水運工程，2015（3）：78～84+92.

[4] 樊啟祥，李文偉，陳文夫，孫明倫，李果. 大型水電工程混凝土質量控制與管理關鍵技術[J].人民長江，2017（24）：91～100.

[5] 張偉，溫玉霞.復雜環境下水工混凝土耐久性評價研究[J].水利規劃與設計，2019（3）：49～51.