水工混凝土耐久性问题与水工高性能混凝土研究

　　[摘要]在使用过程中，混凝土结构抵御结构内部病害，以及外部破坏的能力也就是混凝土的耐久性，与建筑工程的寿命直接相连。文章对高性能混凝土进行了整体介绍，并对水工混凝土耐久性问题进行了分析，认为影响水工混凝土耐久性的问题有混凝土裂缝，渗漏和溶蚀、冲刷磨损和冻融破坏等，并提出在混凝土拌合中使用减水剂、矿质混合材料来提高水工混凝土的耐久性，延长混凝土结构的寿命。

　　[关键词]水工混凝土、耐久性高性能问题研究

　　近年来，我国新型城镇化进程持续加快，水利工程项目不断增多，在未来我国将有数亿人口转移到城镇工作和生活，将催生诸多水工项目。而在水利工程施工中，混凝土为最常用的材料之一，其性能的高低直接影响建筑寿命。因此，对水工混凝土耐久性问题进行探讨具有迫切性。文章主要就水工混凝土耐久性问题合水工高性能混凝土进行了研究，提出了改善水工混凝土耐久性的措施。

　　一、水工混凝土分析

　　高性能混凝土耐久性良好，原材料配比选择合理，在施工工艺、密实性等方面均超出普通混凝土。高性能混凝土具体是指要求的性能与均质性的混凝土。提及高性能混凝土，它主要包括以下方面的性能：一是易于浇筑、振捣，很少离析；二是即便是环境恶劣，寿命也较长；三是强度高、稳定性好、韧性高[1]。一般而言，衡量混凝土是否具有良好的耐久性，常用的指标有抗渗性和尺寸稳定性。毫无疑问，高性能混凝土必须具备高抗渗性和良好的尺寸稳定性。

　　混凝土渗透性可控制液体或气体渗入的速率，液体或气体渗入后会与其内部成分发生化学或物理反应，形成恶性循环，使得混凝土冻裂。提高混凝土抗渗性，是改善混凝土耐久性的重要保障。而尺寸稳定性表现在混凝土高弹性模量、温度应变率小和低干燥收缩等几个特征。为了改善混凝土耐久性，也需要提高混凝土尺寸的稳定性。

　　与工业建筑、民用建筑相比，水工建筑物的环境和条件更加复杂，需要在静水或流动水作用下作业，水的渗入、冲刷、侵蚀情况严重，因此混凝土耐久性问题也更加突出和严重[2]。与普通混凝土相比，水工混凝土也有其自身特点，而按照建筑功能的不同，水工混凝土包括坝体混凝土和水工钢筋混凝土两种。

　　对于坝体混凝土来说，裂缝是常见问题之一，也是影响坝体混凝土耐久性的重要原因之一。为了减少坝体混凝土内部裂缝，研究者做了大量的研究，认为改善砂石骨料级配、掺用粉煤灰和加大骨料最大粒径来减少水泥用量，同时采取措施降低混凝土内外差、严格控制两个浇筑层间的间隔时间等措施，均可有效控制坝体混凝土温度裂缝[3]。当前，在坝体内部混凝土裂缝预防措施上，降低水化热温度升高、消除温度裂缝是坝体大体积混凝土研究领域的两个主要课题。

　　水利工程除了坝体，还有使用水工钢筋混凝土的建筑物，比如电站厂房、泄水隧洞等。这些水工建筑受水侵蚀、钢筋锈蚀严重，为了确保钢筋混凝土耐久性，需要给予高度重视。总而言之，与普通混凝土相比，水工混凝土的突出特点，表现在以下两个方面：

　　一是水工混凝土多是大体积混凝土，突出问题为水化热温升和混凝土温度裂缝；二是由于水环境的影响，水工混凝土对耐久性的要求更高。

　　二、水工混凝土耐久性问题的分析

　　建筑物在符合设计要求情况下，安全运行、无需大修的使用年限就是水工混凝土建筑物的耐久性。参照国外的经验，较大型水工混凝土建筑物的使用年限为100年左右，而中小型混凝土建筑物耐久性为50年左右。

　　改革开放以来，特别是进入新世纪的15年来，我国水土混凝土建筑物大量出现，在国家经济发展、人民生产生活中发挥了重要的作用。对于水工混凝土建筑物来说，需要在其设计运行年限内保证其结构稳定和安全，特别是20世纪兴建的工程，由于设计不科学、作业水平差和管理不善等问题，出现严重病害，危机建筑使用安全性。

　　根据实地调研，认为水工混凝土存在以下问题：

　　一是混凝土裂缝问题。裂缝是混凝土普遍面临的问题，其大小不一，有些裂缝形成渗漏通道，主要遍布于厂房、坝体和防渗板凳部位。如果混凝土结构内部存在大量、直径较大的裂缝，则对建筑物整体性和稳定性均会构成威胁，并且也会引发其他病害，进而对水工混凝土耐久性造成不良影响[4]。

　　二是渗漏和溶蚀问题。水工混凝土渗漏也是普遍性问题之一，根据调查，多数工程存在着渗漏问题，对工程安全构成了严重威胁。同时，渗漏也会引发其他危害，比如溶蚀，这种病害就是由渗漏衍生而来。众所周知，混凝土强度来源于水泥水化产物，如果坝体发生渗漏，则混凝土中的氢氧化钙就会被渗漏水带走，并形成新的物质，导致混凝土内部平衡打破，对水工混凝土耐久性产生威胁。

　　三是混凝土冻融破坏问题。冻融破坏指在浸水饱和或潮湿条件下，硬化混凝土因为温度差而导致内部孔隙水冻结膨胀、熔解收缩产生疲劳应力，进而混凝土出现的由外到内的破坏现象。根据调查，坝体混凝土冻融破坏集中于北方地区，需给予重视。

　　四是混凝土冲刷磨损、气蚀问题。水工泄水建筑物常见的病害之一是冲刷磨损和气蚀。比如静水池、冲沙道等位置混凝土易发生磨损；溢洪道底板、隧洞衬砌等部位易出现气蚀破坏。

　　另外，环境水侵蚀也是混凝土常见问题之一。综上所述，由于水工混凝土始终处于水环境中，水流不断冲刷、侵蚀，与普通建筑物相比，其耐久性显得更为迫切。为了提高水工混凝土耐久性，需要限制温度应力，避免出现裂缝，同时也要严格水泥用量，提高抗渗和抗冻要求。

　　三、水工高性能混凝土的分析

　　对于高性能水工混凝土来说，耐久性是最重要的指标，水工高性能混凝土通过严格材料选择、合理进行设计配合比，并严格控制搅拌工艺、施工工艺而获得的高性能水工混凝土[5]。按照所处部位、耐久性要求侧重点和使用条件的不同，水工高性能混凝土包括大体积内部混凝土、大体积外部混凝土和抗冲耐磨混凝土三类。

　　根据分析，水工混凝土耐久性不足问题普遍存在，需要设计和施工单位给予足够的重视。水工建筑物坝体和其他混凝土耐久性需要用战略眼光对待，加大对水工高性能混凝土的研究。根据当前的研究现状，未来研究的重点应集中于两个方面：

　　第一，大体积混凝土要求水化热温升低；第二，水工混凝土处于水环境中，水的侵蚀、冲刷和渗透等现象要比普通建筑物严重许多。

　　而提高坝体内部混凝土性能的措施，主要包括以下几个方面：一是提高粉煤灰混凝土的掺入量；二是在搅拌中掺入减水剂、矿质混合材料以改善其孔隙结构和密实性；三是通过高强水泥、高性能减水剂和超细矿质填充料的组合，来提高混凝土的抗冲耐磨性能。也可采取其他一些技术措施，比如作业中严格控制温度差来提高混凝土性能，避免出现裂缝。

　　结语

　　水工建筑物在经济社会发展中发挥着重要作用，与普通建筑物相比，水工混凝土对耐久性的要求更高。高性能水工混凝土体现在尺寸稳定性和高强度两个方面，为了改善水工混凝土的耐久性，需要做好技术方面的保障。文章分析了水工高性能混凝土的特点，也指出了改善水工混凝土性能的途径，可为水工混凝土研究和应用提供有价值的参考与借鉴。

　　参考文献

　　[1] 亢景富，冯乃谦.水工混凝土耐久性问题与水工高性能混凝土[J].混凝土与水泥制品，1997，04：4-10.

　　[2] 何军拥，田承宇.玄武岩纤维水工高性能混凝土的耐久性研究[J].混凝土与水泥制品，2013，05：46-48.

　　[3] 唐向波.浅析提高水工混凝土耐久性的有效途径[J].价值工程，2013，25：73-74.

　　[4] 王栋蕾，段琼.水工结构混凝土耐久性设计要点探讨[J].四川水泥，2015，08：37-38.

　　[5] 李印芝，李昀.保证水工混凝土结构耐久性的因素与措施[J].河南水利与南水北调，2010，08：117-118.

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