水闸结构耐久性影响因素及其控制措施

彭啸宇

（黑龙江省绥化市北林区河道管理处，黑龙江 绥化 152000）

目前我国大部分水电站的水闸多为上世纪六七十年代兴建的，这些水闸在曾对我国水利工作做出了巨大贡献，然而随着时间的推移，这些水闸老化病害情况已十分严重，如果这一问题不能得到及时解决，将会影响到水闸建筑物的使用寿命，影响预订功能的发挥，问题严重的甚至会危及水闸建筑物的安全。要想解决老化病害的问题，就必须找准引起老化病害的根源所在。

1 水闸结构耐久性分析

水闸结构主要是由混凝土结构构成的，对水闸老化病的各种原因进行分析，归根到底是由混凝土结构老化所导致的，一般可以这样认为，水闸结构的耐久性问题其实就是混凝土结构的耐久性的问题。其中影响混凝土结构耐久性的宏观因素主要有以下几个方面。

受当时水闸建设部门对混凝土结构的设计与施工规范侧重点不同的影响，当时的水闸建设的重点主要集中在对混凝土各种荷载作用下的结构强度要求上，而忽略了环境因素如：干湿、冻融等大气侵蚀以及结构周围水、土中有害化学介质侵蚀等原因对混凝土结构耐久性的影响。从目前影响混凝土结构耐久性的因素来看，由钢筋锈蚀或混凝土腐蚀导致的结构安全事故对混凝土机构耐久性的严重程度已远远超过了结构构件承载力安全水准设置偏低所带来的影响。为此，由环境问题对水闸结构耐久性的影响必须引起高度重视。

受时代因素的影响，现有水闸结构兴建的都比较早较早，受到当时施工条件的限制，建筑材料中所使用的水泥标号低，性能不稳定，施工机械化程度低，混凝土密实性差，养护不好等，使混凝土存在先天缺陷，是造成混凝土提前老化的内在因素。

水闸建筑物所处的运行环境和运行条件，如冻融、渗漏引起钢筋锈蚀，形成混凝土裂缝、甚至崩塌，环境水的腐蚀、水流冲刷、磨损、气蚀、碱骨料反应引起混凝土膨胀破坏等，是加速混凝土老化的环境外因。与此同时，工程管理人员对混凝土老化的重视程度不够，在对水闸进行检查的过程中并没有发现混凝土老化这一问题，对危险隐患未能及时采取有效的补救措施，也是造成混凝土工程损坏的一方面原因。

2 混凝土结构破坏机理分析

通过多年来的分析研究，已经掌握了一些影响混凝土机构耐久性的因素，这些因素主要有混凝土的冻融、混凝土的碳化、钢筋的锈蚀和混凝土中的碱骨料反应等。

混凝土水化结硬以后，混凝土内部会出现很多孔隙，在这些孔隙中滞留许多非结晶水。在负温度作用于混凝土时，会导致混凝土内部孔隙和毛细孔道的水结冰，此时混凝土整体结构体积膨胀和冷水迁移，导致混凝土结构内部损伤，混凝土表层出现开裂、剥落、结构疏松、强度降低等问题，从而使得混凝土结构受到冻融作用而发生破坏，导致混凝土的动容破坏。

混凝土的碳化影响混凝土的结构耐久性。所谓混凝土的碳化主要是指在适宜的温度下混凝土的水泥石中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生化学反应，生成碳酸钙和水，是一个项复杂的多相物理化学过程。混凝土的碳化会加剧混凝土的收缩，使混凝土表面产生拉应力而出现裂纹，降低混凝土抗拉抗折强度及抗渗能力。同时混凝土的碳化会使氢氧化钙减少而碱度降低，使钢筋处于中性环境，钢筋表面钝化膜遭到破坏而生锈，由钢筋的锈蚀会引起混凝土保护层开裂，钢筋与混凝土的粘结力破坏，结构耐久性降低等不良后果。

钢筋的锈蚀。混凝土保护层的碳化和氯离子腐蚀介质的影响是钢筋锈蚀的主要原因，当空气中的二氧化碳、二氧化硫等气体及其他酸性介质通过混凝土的孔隙进入到混凝土内部后，与混凝土孔隙溶液中的亲氧化钙发生化学反应，使溶液的碱度降低，钢筋表面出现脱钝现象。如果有足够的氧和水，钢筋就会腐蚀。钢筋锈蚀严重时，体积膨胀导致沿钢筋长度出现纵向裂缝，顺筋裂缝的产生又加剧了钢筋的锈蚀，形成恶性循环。如果混凝土的保护层厚度比较薄，最终会导致混凝土保护层剥落，钢筋也可能锈蚀，导致截面承载力降低直到构件丧失承载力。

碱骨料反应。混凝土的碱骨料反应是指混凝土微孔中来自水泥、外加剂等可溶性碱溶液和集料中某些组分之间发生反应。发生碱骨料反应后，会在界面生成可吸水膨胀的凝胶或体积膨胀的结晶，使混凝土产生膨胀，严重时会发生开裂破坏。此外，碱溶液还会浸入集料裂缝发生反应，使集料受肿胀作用而发生破坏。

3 提高混凝土结构耐久性的控制措施

3.1 原材料的选择及用量

水泥砂浆的凝结、硬化所形成对水泥类材料的强度与工程性能有决定性的影响，水泥石一旦受损，混凝土的耐久性就会被破坏，因此在对水泥进行标号选择是一定要对水泥品种的具体性能进行综合分析，结合施工的实际情况，选择那些碱含量小，水化热低，干缩性小，耐热性、抗水性、抗腐蚀性、抗冻性能好的水泥。把握水泥的用量对提高混凝土结构耐久性也很关键，用量增加可提高混凝土密实度，从而可以提高混凝土的抗硫酸性能，水泥用量多少的选择上要兼顾强度、耐久性、和易性、成本等几方面因素。

3.2 集料与掺合料

集料的选择应考虑其碱活性，防止碱集料反应造成的危害，集料的耐蚀性和吸水性，同时选择合理的级配，改善混凝土拌合物的和易性，提高混凝土密实度；经过大量研究与实践发现掺粉煤灰，矿渣，硅粉等混合材料具有改善混凝土的性能的作用，改善混凝土内孔结构，填充内部空隙，提高密实度，高掺量混凝土还能抑制碱集料反应，掺混合材料是提高混凝土耐久性的有效措施。

3.3 设计应考虑耐久性的要求

在进行设计混凝土配合比时，既要满足混凝土强度又应该尽量考虑减少水泥用量和用水量。从而使水化热降低、收缩裂缝减少，最终提高密实度。减水剂和引气剂可以对混凝土内部结构大大改善。在混凝土中使用混合料，将会使混凝土具有更好的耐久性能。结构构件应按其使用环境设计相应的混凝土保护层厚度，预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。结构的节点构造设计也应考虑构件受局部损坏后的整体耐久能力。结构设计尚应控制混凝土的裂缝的开裂宽度。提高设计水平、改进施工工艺、加强施工管理、完善监管制度，确保工程质量，避免混凝土的先天缺陷。

3.4 防止混凝土的冻融破坏

混凝土在抵抗冻融破坏的能力，主要由饱水状态下的配合比、养护条件和密度组成。提高引气量可以是提高混凝土抗冻性。同时，加强排水，应该使用低吸水性的材料，从而降低混凝土结构被水饱和。引气型高效减水剂可以使混凝土抗冻性大大提高，并且能够保障混凝土的强度保持在较高的水平。

4 总结

水闸结构的耐久性受到环境、材料、设计、施工等多种因素的共同影响，要想解决水闸结构耐久性这一复杂的问题，需要对多方面的的因素加以考量工作。水闸结构耐久性应由正确的结构设计、材料选择以及严格的施工质量来保证，同时应注意对其在使用阶段实行必要的管理和维护。只有这样，才能保证和提高水闸结构的耐久性。

[1]李金玉，曹建国.水工混凝土耐久性的研究和应用[M].北京:中国电力出版社，2004.

[2]陈仲庆.提高混凝土耐久性的措施[J].科技资讯，2007，14:52.