浅谈影响水工混凝土质量的几种病害和预防措施.pdf

第l O 卷第4 期 2 0 1 1 年 1 2月 石家庄铁路职业技术学院学报 VO L 1 0 No 4 J OU ALOF S HI J I AZ HUANGI NS T I TUT EOFRAI L WAY T EC HNOLOGY De c 201 1 浅谈影响水工混凝土质量的 几种病害和预防措施 曹 剑 ( 河北省水利厅 河北石 家庄0 5 0 0 2 2 ) 摘要：水工混凝土的质量直接影响工程的使用寿命、加固费用、效益发挥和运行安全。分析水 工混凝土的几种病害，并从工程设计、工程原材料、施工工艺、运行管理等方面提出预防措施，以 提高水工混凝土建筑物的耐久性。 关键词：水工混凝土 病害 预防措施 中图分类号： U6 9 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 1 ) o 4 0 0 2 9 0 4 水利是国家基础产业，为农业生产 、社会发展起着重要的支撑作用。水工混凝土建筑物发挥着 水量输送 、调控作用，而在今天水资源逐渐短缺的情况下，渠道混凝土衬砌更是起到了重要的节水 功能。由于水工建筑物绝大多数在野外，经受极热、极寒气温条件，甚至冻胀、酸碱腐蚀影响，水 工混凝 土的质量直接关系到工程的使用寿命、加固费用 、效益发挥和运行安全问题，由于工程耐久 性不足，增加了建筑物使用过程中的修理与加固费用，影响或限制了结构的正常使用功能并缩短结 构的使用年限， 影响效益和安全，不仅造成经济损失，而且严重浪费资源，甚至可能引发社会问题。 因此有必要对水工混凝土的常见病害进行分析和研究，并反馈到设计 、施工和运行管理等方面来进 行预防和控制 ，在工程建设、管理 的整个过程 中全方位 、多渠道地提高水工混凝土的质量，延长工 程使用寿命，确保 国家可持续发展战略在水利建设开发过程 中的有效施行 。 1 常见病害 水工混凝土是水利工程建设中很重要的材料，用途广泛，由混凝土浇筑的工程在各种各样复杂 的环境条件下运行。根据水工混凝土建筑物的结构特点和所处运行环境的不 同，常见病害主要有： 裂缝、冻胀、冲磨空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀 7大类 ，其 中前 3类属于物理性病害 ，后 4类属于化学性病害。由于工程 自身 因素和运行条件的差异 ，这几类病害对混凝土的危害程度也各 有相同。 1 1裂缝 裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一，是材料的不连续现象，属于物理性病害，是水工混凝 土耐久性 的首要影响因素。裂缝的出现多数在施工期就存在 ，有 的虽然在施工期 以后，也多在运行 初期 5 1 0年 以内产生，不是 由于运行期长造成工程老化，而是早期的问题。裂缝的存在直接导致 收稿 日期：2 0 1 1 - 1 0 - 1 9 作者简介：曹剑 ( 1 9 7 1 一 ) ，男，汉，河北石家庄人，学士，高级工程师，研究方向水利。 2 9 石家庄铁 路职业技术 学院学报 2 0 1 1年第 4期 混凝土抗拉性能的降低 ，还会导致有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀 ，影 响整个混凝土建筑 物的结构安全性。对于水库蓄水发电和灌溉来说，挡水混凝土结构的裂缝会直接引起渗漏，如果渗 漏量达到一定程度就直接危及工程的蓄水能力；对于混凝土重力坝来说，如果裂缝达到一定贯穿深 度和宽度，会引起坝体扬压力的急剧增长，削弱坝体的抗滑能力，对结构抗震非常不利，甚至会对 整个坝体的结构稳定和安全造成威胁。 1 2冻胀 一 般认为，在温度正负交替过程 中，混凝土微孔中的水成为结冰或过冷 的水 ，体积膨胀产生冻 胀压力，过冷的水迁移产生渗透压力，当两者的附加作用力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就遭 受破坏 ，所 以冻胀破坏是一种物理性破坏。在我国的北方地区，水工混凝土受到这种破坏的情况比 较严重，尤其是渠道衬砌工程，受冻胀作用 的影响，板状混凝土会变得酥松 、鼓包、开裂，甚至整 块翘起，使衬砌失去防水作用 ，降低了防水工程 的使用价值 。 1 3冲磨和空蚀 冲磨主要是水流中的泥沙、碎石对混凝土建筑物的冲击 、摩擦作用 。我 国河流多泥沙，与高速 水流一起运动时冲击、 磨蚀直接接触或临近 的混凝土。空蚀是水工泄水建筑物运行中水流的一种特 有现象，是混凝土局部受到不规则 的挤压变形而产生的破坏 。因此，冲磨和空蚀都属于物理性病害。 一 般冲磨和空蚀是交替而又相互促进的，造成混凝土表面粗骨料裸露，混凝土表面 凸凹不平 ，产生 坑洞 ，进而造成钢筋外露和钢筋锈蚀，久之影响建筑物整体强度 。 1 4碱骨料反应 碱骨料反应是指混凝土中的碱性物质与骨料中的活性成分发生化学反应，引起混凝土内部膨胀 应力而开裂的现象。 碱骨料反应给混凝土工程带来的危害是相当严重的。 碱骨料反应时间较为缓慢， 短则几年 ，长则几十年才能被发现 。 1 5碳化 混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中 C O2气渗透到混凝土内，与其碱性物质 起化学反应后生成碳酸盐和水，伎 混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学 反应为：C a( O H)2 +C O 2 =C a C O 3 +H 2 0。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空 隙中充满了饱和氢氧化钙溶液， 其碱性介质对钢筋有 良好的保护作用， 使钢筋表面生成难溶的F e 2 0 3 和 F e 3 0 4 ，称为纯化膜 碳化后使混凝土的碱度 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，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般 不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝 土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对 钢筋的保护作用减弱，出现钢筋锈蚀露筋现象，降低了结构强度和刚度。 1 6溶蚀 混凝土溶蚀是一种化学性病害。 混凝土中的 C a O被水溶解变成 C a( O H) 2 ， 该物质遇到空气中 的 C O 2反应生成 C a C O3沉淀物，标志着混凝土已经病变，将损失掉胶凝性而逐渐失去强度 ，抗渗 能力也不断降低。当C a O被溶解约 3 3 时，混凝土将变得酥松而失去强度。 1 7侵蚀 侵蚀主要是环境水质对水工混凝土的危害，这也是一种化学病害。虽然不是特别普遍，但有些 工程却受害很深。比如，环境水中的 S O 4 2 离子与混凝土中的 C a ( 0 H) 2反应生成 C a S O 4时产生第 l 3 O 第4 期 曹 剑 浅 谈 影 响 水 工 混 凝 土 质 量 的 几 种 病 害 和 预防 措 施 次体积膨胀，C a S 04又与混凝土 中的铝离子反应生成硫铝酸钙产生第 2次体积膨胀，巨大的膨胀应 力导致混凝土胀裂、变酥，甚至变成粉末状。另一个就是氯盐的渗入，当混凝土结构处于含有氯盐 的海水、 岩土或空气环境中时， 氯离子也会从混凝土表面逐渐扩散到钢筋表面并使钢筋脱钝而锈蚀。 在上述所列病害类型中以混凝土裂缝为首要病害，同时各类病害对混凝土的影响程度不同，同 种病害在不同的混凝土建筑物上造成的破坏也各种各样，另外还存在地域差异。就全 国范围来说， 各地的混凝土病害特征复杂多样，并且各种病害还会相互影响，如裂缝 的存在会引起渗漏溶蚀 、环 境水侵蚀、冻胀破坏的扩展 、混凝土碳化和钢筋锈蚀等。 2 预防措施 随着运行期的增长，水工混凝土的老化是客观现象，及时维护和修补也是必要的，但是很多相 关混凝土的病害却不是一般的老化问题 ，而是更多地与设计、施工和运行管理有密切关系，因此要 减少或预防混凝土病害，就要从这几个方面采取预 防措施 。 2 1工程设计 水工混凝土建筑物的设计要从按强度设计的模式中解脱出来，更多地考虑建筑物长期使用过程 中由于环境作用引起材料性能劣化、腐蚀对结构安全性与适用性的影响，尽可能延长工程寿命，避 免资源浪费 。水工混凝土建筑物的设计要严格按照国家现行有关标准执行，严格考虑建筑物正常使 用过程中构件 的预定检测和维护 ，并在结构设计时为此项工作提供可能性和工作面。混凝土构件在 考虑 了环境的侵蚀性和材料性能的老化因素后 ，要仍然可 以保证结构应有的安全性和稳定性 。同一 建筑物中的不同构件所处的工作环境可能存在差异，其遭受病害的可能性和程度也会不一样，因此 其耐久性就不同，所 以在保证强度的前提下对有些构件可 以设计成拆装和可更换型的，从而延长建 筑物使用寿命 。在建筑物的构造设计中，也可以有很多措施，比如：若建筑物地处环境恶劣的地区， 宜采取环氧基液涂层保护效果较好，对建筑物地下部分在其周围设置保护层，用各种溶注液浸注混 凝土 ，如 ：用溶化的沥青涂抹，以延缓碳化或减少水质侵蚀 。在有效范围内增大混凝土钢筋保护层 ， 对混凝土裂缝最大宽度的允许值进行认真论证和严格限定，设置合理的伸缩缝、沉降缝和施工缝 ， 让结构可 以自由变形 ，避免裂缝和不均匀沉降等。另外，还可以设置有效的防渗、排水、抗冲刷和 抗磨蚀措施等 。 2 2工程原材料 合理选择水泥品种和标号，对于水位变化区以及干湿交替作用 的部位或较严寒地区选用抗硫酸 盐普通水泥：冲刷部位宜选高强度水泥，尽可能选用水化热小的水泥，适量掺加粉煤灰或矿渣等掺 和料 。严格对混凝土拌合用水进行检验，避免氯离子含量超标 。尽可能采用较小的水灰 比，减少混 凝土 的孑 L 隙率。采用杂质少、粒径适中、级配好坚固性好的砂石骨料 。合理使用和掺加减水剂和 弓 l 气齐 0 等夕 力 口 齐 0 。 2 3施工工艺 建筑物的施工要符合工程设计和国家现行 的施工规范、质量评定与验收规范的要求。严格执行 工程施工监理和竣工验收制度 ，并进行耐久性专项质量检验。大体积混凝土要事先制定完备的温控 措施计划，并在施工中严格执行。改进施工机械，改善施工操作方法，确保混凝土均匀密实。混凝 土浇筑过程 中严格控制钢筋保护层不受影响和破坏。混凝土临空面要从模板和浇筑过程中的振捣等 方面进行控制，避免蜂窝、麻面 的出现，对于已经造成的混凝土缺陷，要及时科学地进行修补和处 31 石家庄铁路职业技术学院学报 2 0 1 1年第 4期 理 。加强混凝土养护，要从养护方法、时间和材料等方面下工夫 。 2 4运行管理 严格按照设计预定的工况进行运行 ，不应有超 出设计范围的工况，在设计预定的但是极限工况 运行期间，要加强监测和控制 建立严格的运行管理规章制度，并在运行中严格执行。设计人员要 向建设单位或运行单位的相关人员提 出建筑物使用过程 中的 日常维护措施 、设计预定的定期维修、 部件更换、监测要求和定期安全鉴定计划的内容，做好运行安全技术交底。对于建筑物的特殊部位 特别是处于严重腐蚀性环境作用下的构件和部位要经常性检测 。定期进行安全鉴定 。对于检测和 安 全鉴定中发现 的问题要及时科学规范地进行处理 。 3 结语 由于病害的影响，很多水工混凝土建筑物的耐久性受到威胁和挑战，很多以前建成 的混凝土建 筑物也不 同程度地遭受了破坏 ，因此很有必要对这些病害进行分析和研究论证 ，探讨可行的、有效 的处理措施和预控方案，并且在工程建设过程 中做好宣传教育和引导工作。水工混凝土建筑物的质 量问题不是设计、施工和运行管理单位任何一家的问题，而是共同面临的问题，一定要高度重视， 认真对待 ，各参建及运行管理单位要齐心协力，全方位 、多渠道地联合控制，确保混凝土质量 ，减 少病害隐患及威胁，提高水工混凝土建筑物的耐久性。 参考文献： 【 l 】 刑林生， 聂广明 我国水电站混凝土建筑物耐久性分析【 J 】 水力发电2 0 0 3 ( 2 ) ： 2 7 3 1 【 2 】 柏宝忠， 王以仁 影响水工建筑物耐久性的主要因素及预防对策【 J 】 水利水电技术， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 1 3 1 6 【 3 】 谭学龙 浅谈混凝土的碳化及其预防措施【 J 】 水利水电技术， 2 0 0 3 ( 4 ) ： 5 9 6 0 4 】 张宝生， 葛勇 建筑材料学M 北京： 中国建材工业出版社， 1 9 9 4 An a l y s i s o n t h e d a ma g e t o t h e Hy d r a u l i c Co n c r e t e a nd i t s pr e ve nt i ve m e a s ur e s CA O J i a n ( De p a r t me n t o f Wa t e r R e s o u r c e s o f He b e i P r o v i n c e S h ij i a z h u a n g He b e i 0 5 0 0 2 2 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e q u a l i t y o f t h e h y d r a u l i c c o n c r e t e i n fl u e n c e s t h e u s a g e l i f e ， r e inf o r c e me n t c o s t , e c o n o mi c y ie l d a n d o p e r a t i o n s e c u r i ty o f the w h o l e p r o j e c t T h is p a p e r ana l y s e s the d a ma g e s t o th e h y d r a u l i c c o n c r e t e a n d a l s o p r o p o s e s the p r e v e n t i v e me a s u r e s t h r o u g h the f o l l o wing a s p e c t s ： e n g ine e r ing d e s i g n ， r a w ma t e r i a l ， c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y an d o p e r a t i o n man a g e me n t T h e f ma l a i m i s t o im p r o v e the fir mn e s s o f the h y d r a u l i c c o n c r e t e b u i l d i n g s Ke y wo r d s ：Hy d r a u l i c Co n c r e t e d am a g e p r e v e n t i v e me a s u r e 3 2