基于水工混凝土耐久性问题分析与探讨

摘要：在混凝土施工的过程中,经常会出现混凝土的相关质量问题,并且随着人们对混凝土表面质量要求的逐渐提高,加强混凝土的质量控制,提高水利工程的整体质量就显得尤为重要了。本文首先对影响混凝土耐久性的主要因素进行了分析，然后从材料选择、工程设计和工程施工方面,提出了提高混凝土耐久性的具体策略。

关键词：水工混凝土； 耐久性； 影响因素； 防治策略；

中图分类号：TU528.36文献标识码： A 文章编号：

前言

提高混凝土耐久性是一个综合性问题，涉及环境、材料、设计、施工等诸多因素。只有正确进行工程设计，合理利用材料，严格控制施工质量以及必要的工程管理和维护，才能保证混凝土耐久性。

一、影响混凝土耐久性的因素

1、混凝土的碳化。混凝土的碳化是指混凝土在自然环境中，空气和水中的ＣＯ２气渗透到混凝土内，与混凝土中的氢氧化钙发生化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程，又称作中性化，其化学反应为：Ｃａ（ＯＨ）２＋ＣＯ２＝ＣａＣＯ３＋Ｈ２Ｏ。由于碳化后混凝土的碱度降低，使混凝土空隙中存在饱和氢氧化钙碱性介质在钢筋表面生成难溶的Ｆｅ２Ｏ３和Ｆｅ３Ｏ４（称为钝化膜）对钢筋保护作用逐渐降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，造成钢筋锈蚀破坏；另外混凝土碳化还会加剧混凝土收缩，使混凝土产生裂缝，从而造成混凝土结构的破坏。

2、混凝土的冻融。一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀９％，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压，由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在－７８℃以下，因而由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。另外凝胶不断增大，形成更大膨胀压力，当混凝土受冻时，这两种压力会损伤混凝土内部微观结构，当经过反复多次的冻融循环以后，损伤逐步积累不断扩大，发展成互相连通的裂缝，使混凝土的强度逐步降低，最后甚至完全丧失。

3、混凝土的化学侵蚀。水利工程由于其所处自然环境的复杂性，经常受到侵蚀介质的作用，引起水泥石发生一系列化学和物理反应，使混凝土逐步受到侵蚀，严重时造成水泥石强度降低，甚至破坏。常见的化学腐蚀主要有软水侵蚀、碳酸腐蚀、硫酸盐腐蚀、镁盐腐蚀等。

4、混凝土的碱———骨料反应混凝土的碱－骨料反应是指混凝土空隙中的碱溶液与混凝土骨料中活性矿物质在水环境中发生反应，造成混凝土发生体积膨胀、开裂、甚至破坏。

5、钢筋锈蚀。钢筋锈蚀是影响水工钢筋混凝土耐久性的重要因素，造成钢筋锈蚀的主要原因是当混凝土碳化至钢筋表面和混凝土开裂时，钢筋失去了碱性混凝土的保护，钝化膜对钢筋的保护作用逐渐减小甚至消失，钢筋表面成活化状态，在水、氧和ＣＬ－作用下，在混凝土裂缝处，首先出现钢筋坑蚀，进而发展为钢筋环向锈蚀，最终沿钢筋纵向形成片状锈蚀，由于氢氧化铁 （铁锈）体积比原金属体积膨胀２～４倍，片状锈蚀体积膨胀造成沿钢筋布置方向产生混凝土保护层裂缝，同时由于钢筋锈蚀造成钢筋有效截面积的减少，影响混凝土结构的承载能力和使用功能，进而造成混凝土结构的破坏。

二、提高混凝土耐久性的策略

1、合理选择原材料。水泥作为混凝土的胶结材料，其物质组成和特性直接影响到混凝土的耐久性，水泥品种的选择应根据水工建筑物所处工程环境和使用部位，选择含碱量小、水化热低、干缩性小、抗热性、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性性能好的水泥。对于处于干燥环境中的混凝土，不宜使用火山灰水泥；对具有抗冻要求的混凝土，应优先使用普通水泥，不宜使用火山灰水泥；对具有抗渗要求的混凝土，不宜使用矿渣水泥；对大体积混凝土，为减少由于水化热过高引起的混凝土裂缝，造成的混凝土中空隙增加，降低其耐久性，应优先使用低热水泥，为保证混凝土的强度要求，骨料必须选择质地致密，具有足够强度的混凝土骨料，尤其是混凝土粗骨料，应控制骨料中有害物质的含量。骨料的选择应考虑骨料的碱活性，防止碱－骨料反应对混凝土的破坏。为提高混凝土的抗渗性、抗冻性，尽量选择具有抗蚀性能好，吸水性能差的骨料，选择合理的级配，提高混凝土拌和物的和易性，提高混凝土的密实度，以提高耐久性。

2、掺用高效减水剂和引气剂。减水剂又称水泥分散剂，是一种表面活性物质。水泥加水拌和后，由于颗粒间分子的作用，产生许多絮状物，形成一种凝聚结构，其中包含了一部分拌和水。当加入减水剂后，这些表面活性剂定向吸附在水泥颗粒表面，加大了水泥颗粒间的静电排斥力，使水泥颗粒相互分散，并破坏了其凝聚结构，使凝聚体包裹的游离水被释放出来，增加了混合物的流动性。因此高效减水剂的使用可减少拌和用水量，降低水灰比，减少了水泥石中细微空隙的数量，提高了混凝土的密实度，从而提高了混凝土的强度、抗渗性、抗冻性。

3、预防钢筋锈蚀。对水工钢筋混凝土常采用以下处理预防处理措施：一是在混凝土表面涂沫保护隔离层，将混凝土内部可能的渗漏通道封闭起来，防止周围环境中的侵蚀性介质通过混凝土内部的细微空隙渗透进去引起钢筋锈蚀。常采用环氧基液涂层、乳化沥青涂层等；二是涂层钢筋，将钢筋保护起来。常用的方法是环氧涂层钢筋，采用静电喷涂环氧树脂粉末在钢筋表面形成一定厚度的环氧树脂防腐保护层，可长期保护钢筋免遭侵蚀性介质的腐蚀；三是积极研究开发新产品，采用耐锈钢筋、阻锈钢筋等。

4、采用高性能混凝土。普通混凝土水泥石中水化物稳定性不足，是影响混凝土耐久性的重要因素。高性能混凝土就是在普通混凝土中掺入高效活性矿物掺料，以改变水泥石中胶凝材料的组成。高效活性矿物掺料 （粉煤灰、矿粉和硅粉）中含有的大量活性ＳｉＯ２和活性ＡＬ２Ｏ３能与水泥水化过程中产生的游离石灰和高碱水化硅酸钙产生二次反应，生成强度更高，稳定性更优的低碱水化硅酸钙，达到消除游离石灰的目的。另外由于有些超细矿粉颗粒平均粒径小于水泥颗粒的平均粒径，它可充填到水泥石的空隙当中，堵塞水泥石中可能的渗漏通道，使水泥石更加密实。因此采用高性能混凝土可有效提高混凝土的耐久性。

5、混凝土设计中考虑的保护措施。工程设计中应根据混凝土所处的环境设计相应的混凝土保护层厚度，以防止外界介质渗入混凝土内部腐蚀钢筋。对容易产生破坏的部位，可根据规范要求，加大混凝土保护层厚度；混凝土结构宜尽量采用整体浇筑，少留施工缝，如预留施工缝，其结构型式和位置不应损害混凝土耐久性要求；另外在结构设计中，应严格控制混凝土裂缝开展宽度，防止裂缝开展宽度过宽导致钢筋腐蚀，影响混凝土耐久性。

6、混凝土施工中考虑的保护措施。（１）混凝土施工中应采用两次搅拌法、裹砂法等拌制混凝土，保证混凝土的均匀性；（２）应根据工地现场的气候条件，严格控制混凝土配合比，提高混凝土拌和物的和易性，提高混凝土的强度，减少拌和用水量；（３）另外应严格遵守混凝土的振捣制度，防止过振和漏振造成的混凝土不密实。由于混凝土的破坏由表面开始，因此在混凝土终凝前采用原浆抹面压光，提高混凝土密实度，降低混凝土表面的渗透性。

三、结语

水利工程由于其所处环境的特殊性和复杂性，对混凝土耐久性要求更高，因此提高混凝土的耐久性、延长工程使用寿命，减少工程维修费用是水利工程建设可持续发展的关键。

参考文献

[1]陈改新．混凝土耐久性的研究、应用和发展趋势．中国水利水电科学研究院学报，２００９