水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性研究

◎ 吳有寶 蘇州市水利建設(shè)監(jiān)理有限公司

1.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概述

耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)中的一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，是指當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于特定的使用環(huán)境下時，結(jié)構(gòu)本身對于物理、化學(xué)等各種不利因素的抵御能力。如果混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性較好，即使混凝土結(jié)構(gòu)長期處于特定的使用環(huán)境下，依舊可以維持其良好的性能和使用質(zhì)量。因此，在實(shí)際的設(shè)計施工過程中，工程人員要嚴(yán)格根據(jù)質(zhì)量要求，來加強(qiáng)耐久性設(shè)計?；炷两Y(jié)構(gòu)耐久性要求如表1所示。

2.影響耐久性的主要因素

2.1 施工環(huán)境

水工建筑物施工建設(shè)的過程中，由于混凝土施工作業(yè)是在一定的施工環(huán)境下開展的，再加上混凝土施工中對于溫度、濕度等都有著嚴(yán)格的要求，這就使得施工環(huán)境會對混凝土的耐久性產(chǎn)生或多或少的影響?；炷敛牧现泻写罅棵?xì)孔，空氣中的二氧化碳與混凝土內(nèi)部的游離氫氧化鈉反應(yīng)以后會生成碳酸鈣，混凝土的堿性有所降低，一旦碳化超過了混凝土保護(hù)層，混凝土疏松脫落將會引起鋼筋銹蝕，混凝土耐久性大大降低。水工混凝土結(jié)構(gòu)較為特殊，所處地區(qū)氣候條件存在一定差異，干、濕、冷的交替，使得混凝土結(jié)構(gòu)表面和內(nèi)部所含水分的凍結(jié)和融合交替出現(xiàn)，混凝土裂縫產(chǎn)生以后也就難以維持其原有的耐久性。水工建筑物的環(huán)境條件復(fù)雜，侵蝕介質(zhì)會直接作用于混凝土結(jié)構(gòu)，引起一系列的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土耐久性不足。

表1 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求

2.2 構(gòu)造設(shè)計和結(jié)構(gòu)

混凝土結(jié)構(gòu)耐久性同樣會受到構(gòu)造設(shè)計和結(jié)構(gòu)的影響，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，工程企業(yè)必須要對混凝土結(jié)構(gòu)的形態(tài)尺寸、結(jié)構(gòu)形式與構(gòu)造等加以科學(xué)設(shè)計，通過這些設(shè)計來消除設(shè)計對混凝土耐久性指標(biāo)的不利影響。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，關(guān)鍵是要結(jié)合混凝土結(jié)構(gòu)的具體特征，來保障沉降縫、伸縮縫等設(shè)置的科學(xué)性，在這些細(xì)節(jié)設(shè)計方面，需要嚴(yán)格根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)中的荷載分布情況來實(shí)現(xiàn)設(shè)計優(yōu)化，通過這一方式來提高結(jié)構(gòu)耐久性。當(dāng)然，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中也包含了鋼筋保護(hù)層厚度的設(shè)計等。

3.水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性處理策略

3.1 對于混凝土結(jié)構(gòu)所處環(huán)境進(jìn)行科學(xué)劃分

在水工建筑物混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，由于施工環(huán)境會對耐久性指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響，因此，要使得混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性指標(biāo)能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)與要求，就需要在施工過程中，科學(xué)進(jìn)行現(xiàn)場環(huán)境條件的劃分。在詳細(xì)了解了水工混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件以后，再確定與環(huán)境相對應(yīng)的耐久性需求，在后續(xù)的施工過程中，嚴(yán)格按照耐久性需求來開展相應(yīng)的施工作業(yè)。比如，如果在水工混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中遇到了三類或者四類環(huán)境條件，就需要適當(dāng)進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如果此時的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為多棱角結(jié)構(gòu)，就會增加多角度進(jìn)碳，進(jìn)而使得混凝土結(jié)構(gòu)的碳化問題嚴(yán)重，影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性。

3.2 構(gòu)造設(shè)計

在混凝土的構(gòu)造設(shè)計方面，同樣需要嚴(yán)格考慮混凝土結(jié)構(gòu)耐久性要求，專業(yè)設(shè)計人員需結(jié)合水工建筑物的結(jié)構(gòu)承載力，來進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級的確定，隨后，根據(jù)施工環(huán)境類別的劃分后所確定的結(jié)構(gòu)耐久性強(qiáng)度等級需求，將兩個結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級加以對比，選用較高等級作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。鋼筋保護(hù)層厚度的設(shè)計方面，同樣需要嚴(yán)格考慮混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限、構(gòu)件尺寸、施工環(huán)境等多方面的因素，根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性要求，有效控制鋼筋保護(hù)層的最小厚度。如果在結(jié)構(gòu)設(shè)計中可以采用簡單的結(jié)構(gòu)外形定力，就可以在荷載作用或者外加變形作用力下的應(yīng)力集中、約束變形與約束應(yīng)力等得到有效的控制。結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，有關(guān)人員還需要科學(xué)進(jìn)行變形縫、沉降縫與誘導(dǎo)縫的設(shè)計，通過這些方式來大大減少結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。

3.3 合理選擇原材料

3.3.1 原材料的質(zhì)量控制

在混凝土施工過程中，混凝土是多種材料的混合物，包含了水泥、粗細(xì)骨料等。在混凝土中，水泥是膠結(jié)材料，市場上的水泥種類非常多，不同型號的水泥下，其物質(zhì)組成和特性也存在著非常大的區(qū)別，同樣會對水泥耐久性產(chǎn)生一定的影響。

3.3.2 摻用高效減水劑和引水劑

減水劑是一種表面活性物質(zhì)，水泥作為混凝土中的主要材料，在加水拌和以后，顆粒間存在著明顯的分子作用，在此情況下，也就會產(chǎn)生大量的絮凝物質(zhì)，形成一種新的凝聚結(jié)構(gòu)，而在該結(jié)構(gòu)中，同樣存在一部分的拌和水。在水泥混合物內(nèi)添加一定量的減水劑以后，由于減水劑的特殊性，使得減水劑的表面活性劑會定向吸附在水泥顆粒的表面，在此情況下，水泥顆粒間也就存在著非常突出的靜電排斥力，有效避免了水泥顆粒間的相互作用，使得各個顆粒之間可以呈現(xiàn)分散狀態(tài)，此時，原有的凝聚結(jié)構(gòu)被破壞，凝聚體包裹的水在此條件下被釋放處理，混合物的流動性大大提升。因此，在混凝土混合物中，減水劑的使用可以有效減少混合物中水的用量，使得水灰比有所減小，混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)度大大提升，且混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和耐久性等各個性能都得以優(yōu)化。

3.3.3 采用高性能混凝土

水工混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性會受到混凝土性能的影響，如果要提升該性能，就需要在施工過程中盡量采用高性能混凝土。通常情況下，普通混凝土中的水泥穩(wěn)定性不足，這是導(dǎo)致混凝土耐久性不足的關(guān)鍵原因。而高性能混凝土中則有所不同，是在普通混凝土中添加了一定的高效活性礦物摻料，此時，水泥石中的膠凝材料組成有所改變。比如，粉煤灰、礦粉和硅粉等是最為常用的高效活性礦物摻料，這些材料中含有大量的活性SiO2和活性AL2O3，這些物質(zhì)可以與水泥水化過程中所產(chǎn)生的游離石灰、高堿水化硅酸鈣出現(xiàn)二次的化學(xué)反應(yīng)，此反應(yīng)發(fā)生以后的產(chǎn)物為低堿水化硅酸鈣，這一反應(yīng)產(chǎn)物的強(qiáng)度更高、穩(wěn)定性更好，可以有效去除游離石灰。

4.結(jié)束語

水工混凝土結(jié)構(gòu)施工時，為保障混凝土結(jié)構(gòu)在使用周期內(nèi)能夠保持最佳狀態(tài)，施工人員在施工建設(shè)時，就需要嚴(yán)格從耐久性的角度出發(fā)，進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，最大程度上避免耐久性不足所引起的工程質(zhì)量與安全問題。