水工混凝土结构耐久性研究

◎ 吴有宝 苏州市水利建设监理有限公司

1.混凝土结构耐久性概述

耐久性是混凝土结构中的一项关键指标，是指当混凝土结构处于特定的使用环境下时，结构本身对于物理、化学等各种不利因素的抵御能力。如果混凝土结构的耐久性较好，即使混凝土结构长期处于特定的使用环境下，依旧可以维持其良好的性能和使用质量。因此，在实际的设计施工过程中，工程人员要严格根据质量要求，来加强耐久性设计。混凝土结构耐久性要求如表1所示。

2.影响耐久性的主要因素

2.1 施工环境

水工建筑物施工建设的过程中，由于混凝土施工作业是在一定的施工环境下开展的，再加上混凝土施工中对于温度、湿度等都有着严格的要求，这就使得施工环境会对混凝土的耐久性产生或多或少的影响。混凝土材料中含有大量毛细孔，空气中的二氧化碳与混凝土内部的游离氢氧化钠反应以后会生成碳酸钙，混凝土的碱性有所降低，一旦碳化超过了混凝土保护层，混凝土疏松脱落将会引起钢筋锈蚀，混凝土耐久性大大降低。水工混凝土结构较为特殊，所处地区气候条件存在一定差异，干、湿、冷的交替，使得混凝土结构表面和内部所含水分的冻结和融合交替出现，混凝土裂缝产生以后也就难以维持其原有的耐久性。水工建筑物的环境条件复杂，侵蚀介质会直接作用于混凝土结构，引起一系列的化学反应，进而导致混凝土耐久性不足。

表1 混凝土结构耐久性要求

2.2 构造设计和结构

混凝土结构耐久性同样会受到构造设计和结构的影响，在混凝土结构施工过程中，工程企业必须要对混凝土结构的形态尺寸、结构形式与构造等加以科学设计，通过这些设计来消除设计对混凝土耐久性指标的不利影响。在结构设计方面，关键是要结合混凝土结构的具体特征，来保障沉降缝、伸缩缝等设置的科学性，在这些细节设计方面，需要严格根据混凝土结构中的荷载分布情况来实现设计优化，通过这一方式来提高结构耐久性。当然，在结构设计中也包含了钢筋保护层厚度的设计等。

3.水工混凝土结构耐久性处理策略

3.1 对于混凝土结构所处环境进行科学划分

在水工建筑物混凝土结构施工过程中，由于施工环境会对耐久性指标产生一定的影响，因此，要使得混凝土结构的耐久性指标能够达到相应的标准与要求，就需要在施工过程中，科学进行现场环境条件的划分。在详细了解了水工混凝土结构所处的环境条件以后，再确定与环境相对应的耐久性需求，在后续的施工过程中，严格按照耐久性需求来开展相应的施工作业。比如，如果在水工混凝土结构施工过程中遇到了三类或者四类环境条件，就需要适当进行混凝土结构优化，如果此时的钢筋混凝土结构为多棱角结构，就会增加多角度进碳，进而使得混凝土结构的碳化问题严重，影响混凝土结构耐久性。

3.2 构造设计

在混凝土的构造设计方面，同样需要严格考虑混凝土结构耐久性要求，专业设计人员需结合水工建筑物的结构承载力，来进行混凝土结构强度等级的确定，随后，根据施工环境类别的划分后所确定的结构耐久性强度等级需求，将两个结构强度等级加以对比，选用较高等级作为结构设计的依据和标准。钢筋保护层厚度的设计方面，同样需要严格考虑混凝土结构的使用年限、构件尺寸、施工环境等多方面的因素，根据结构耐久性要求，有效控制钢筋保护层的最小厚度。如果在结构设计中可以采用简单的结构外形定力，就可以在荷载作用或者外加变形作用力下的应力集中、约束变形与约束应力等得到有效的控制。结构设计过程中，有关人员还需要科学进行变形缝、沉降缝与诱导缝的设计，通过这些方式来大大减少结构裂缝的出现。

3.3 合理选择原材料

3.3.1 原材料的质量控制

在混凝土施工过程中，混凝土是多种材料的混合物，包含了水泥、粗细骨料等。在混凝土中，水泥是胶结材料，市场上的水泥种类非常多，不同型号的水泥下，其物质组成和特性也存在着非常大的区别，同样会对水泥耐久性产生一定的影响。

3.3.2 掺用高效减水剂和引水剂

减水剂是一种表面活性物质，水泥作为混凝土中的主要材料，在加水拌和以后，颗粒间存在着明显的分子作用，在此情况下，也就会产生大量的絮凝物质，形成一种新的凝聚结构，而在该结构中，同样存在一部分的拌和水。在水泥混合物内添加一定量的减水剂以后，由于减水剂的特殊性，使得减水剂的表面活性剂会定向吸附在水泥颗粒的表面，在此情况下，水泥颗粒间也就存在着非常突出的静电排斥力，有效避免了水泥颗粒间的相互作用，使得各个颗粒之间可以呈现分散状态，此时，原有的凝聚结构被破坏，凝聚体包裹的水在此条件下被释放处理，混合物的流动性大大提升。因此，在混凝土混合物中，减水剂的使用可以有效减少混合物中水的用量，使得水灰比有所减小，混凝土结构密实度大大提升，且混凝土的抗渗性、抗冻性和耐久性等各个性能都得以优化。

3.3.3 采用高性能混凝土

水工混凝土结构施工过程中，混凝土结构耐久性会受到混凝土性能的影响，如果要提升该性能，就需要在施工过程中尽量采用高性能混凝土。通常情况下，普通混凝土中的水泥稳定性不足，这是导致混凝土耐久性不足的关键原因。而高性能混凝土中则有所不同，是在普通混凝土中添加了一定的高效活性矿物掺料，此时，水泥石中的胶凝材料组成有所改变。比如，粉煤灰、矿粉和硅粉等是最为常用的高效活性矿物掺料，这些材料中含有大量的活性SiO2和活性AL2O3，这些物质可以与水泥水化过程中所产生的游离石灰、高碱水化硅酸钙出现二次的化学反应，此反应发生以后的产物为低碱水化硅酸钙，这一反应产物的强度更高、稳定性更好，可以有效去除游离石灰。

4.结束语

水工混凝土结构施工时，为保障混凝土结构在使用周期内能够保持最佳状态，施工人员在施工建设时，就需要严格从耐久性的角度出发，进行混凝土结构的优化设计，最大程度上避免耐久性不足所引起的工程质量与安全问题。