水工混凝土病害解決管理論文

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1、引言

水利工程是基礎產業工程，目前我國正在大規模、高速度地進行水利開發，工程建設耗費了大量資源，水工混凝土的耐久性也直接關系到工程的使用壽命、加固費用、效益發揮和運行安全，但是水工混凝土卻經常受到裂縫、凍脹、沖磨、空蝕、堿骨料反應、碳化、溶蝕和侵蝕等病害的威脅，由于工程耐久性不足，增加了建筑物使用過程中的修理與加固費用，影響或限制了結構的正常使用功能并縮短結構的使用年限，影響效益和安全，不僅造成經濟損失，而且嚴重浪費資源，引發社會問題。因此有必要對水工混凝土的常見病害進行分析和研究，并反饋到設計、施工和運行管理等方面來進行預防和控制，在工程建設管理的整個過程中，全方位、多渠道地提高水工混凝土的質量和耐久性，延長工程使用壽命，確保國家可持續發展戰略在水利建設開發過程中的有效施行。

2、常見病害分析

水工混凝土是水利工程建設中很重要的材料，使用種類繁多，也需要在各種各樣復雜的環境條件下發揮作用和確保工程正常運行。根據水工混凝土建筑物的結構性特點和所處工作環境的不同，常見病害主要有裂縫、凍脹、沖磨空蝕、堿骨料反應、碳化、溶蝕和侵蝕七大類，其中前三類屬于物理性病害，后四類屬于化學性病害。由于工程自身因素和工作條件的差異，這幾類病害對混凝土的危害程度也互不相同。

（1）裂縫

裂縫是混凝土建筑物最常見的病害之一。裂縫是材料的不連續現象，屬于物理性病害，是水工混凝土耐久性的首要影響因素。裂縫的出現，多數在施工期就存在，有的雖然在施工期以后，也多在運行初期5～10年以內，不是由于運行期長工程老化問題，而是早期的問題。裂縫的存在直接導致混凝土抗拉性能的降低，裂縫也會引導有害物質進入混凝土內部，造成鋼筋銹蝕，甚至混凝土結構破壞。對于水庫蓄水發電和灌溉來說，擋水混凝土結構的裂縫會直接引起滲漏，如果滲漏量達到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力；對于混凝土重力壩來說，如果裂縫達到一定貫穿深度和寬度，會引起壩體揚壓力的急劇增長，削弱壩體的抗滑能力，對結構抗震非常不利，甚至會對整個壩體的結構穩定和安全造成威脅。

水工混凝土常見病害類型及影響框圖

（2）凍脹

一般認為，在溫度正負交替過程中，混凝土微孔中的水成為結冰或過冷的水，體積膨脹產生凍脹壓力，過冷的水遷移產生滲透壓力，當兩者的附加作用力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土就遭受破壞。所以說凍脹破壞是一種物理性破壞，在我國的北方地區，水工混凝土受到這種破壞的情況比較嚴重。受凍融作用的影響，混凝土會變得酥松、鼓包、開裂，甚至層狀剝落，使建筑物失去作用，進而對建筑物整體穩定造成影響。

（3）沖磨和空蝕

沖磨主要是水流中的泥沙作用，我國河流多泥沙，和高速水流一起運動時磨蝕直接接觸或臨近的混凝土。空蝕是水工泄水建筑物工作中的水流的一種特有現象，混凝土局部受到不規則的擠壓變形而產生破壞。所以沖磨和空蝕都屬于物理性病害。一般地，沖磨和空蝕是交替而又相互促進的，造成混凝土表面粗骨料裸露，混凝土表面凸凹不平，產生坑洞，進而造成鋼筋外露和鋼筋銹蝕。

（4）堿骨料反應

骨料中含有的氧化硅等物質容易和水泥或混凝土中的堿（Na2O、K2O）起反應，即堿骨料反應，顯然這是一種化學病害。該反應生成吸水膨脹的凝膠，使混凝土產生開裂。

（5）碳化

混凝土的碳化（中性化）是空氣中的二氧化碳氣體不斷地透過混凝土中未完全充水的粗毛細孔，擴散到混凝土內部充水的毛細孔中，與其中的空隙液所溶解的氫氧化鈣進行中和反應，生成碳酸鹽或其他物質，使混凝土孔溶液的PH值小于10，鋼筋的鈍化膜被破壞，鋼筋發生銹蝕。鋼筋生銹后體積膨脹，引起混凝土開裂，與鋼筋的粘結力降低，混凝土保護層脫落，鋼筋斷面面積發生損缺，嚴重影響混凝土的耐久性。

（6）溶蝕

混凝土溶蝕是一種化學性病害。混凝土中的CaO被水溶解變成Ca(OH)2，然后遇到空氣中的CO2反應生成CaCO3沉淀物，標志著混凝土已經病變，將因此損失掉膠凝性而逐漸失去強度，抗滲能力也不斷降低。當CaO被溶出約33%時，混凝土將變得酥松而失去強度。

（7）侵蝕

侵蝕主要是環境水質對水工混凝土的危害，這也是一種化學病害，雖然不是特別普遍，但有些工程卻受害很深。比如，環境水中的SO42-離子與混凝土中的Ca(OH)2反應生成CaSO4時，產生第一次體積膨脹，CaSO4又與混凝土中的C3A反應生成硫鋁酸鈣，產生第二次體積膨脹，巨大的膨脹應力導致混凝土脹裂、變酥，甚至變成粉末狀。另一個就是氯鹽的滲入，當混凝土結構處于含有氯鹽的海水、巖土或空氣環境中時，氯離子也會從混凝土表面逐漸擴散到鋼筋表面并使鋼筋脫鈍而銹蝕。

在上述所列病害類型中，以混凝土裂縫為首要病害，同時各類病害對混凝土的影響程度不同，同種病害在不同的混凝土建筑物上造成的破壞也各種各樣，另外還存在地域差異，就全國范圍來說，各地的混凝土病害特征也是復雜多樣。并且各種病害還會交叉感染，比如說，裂縫的存在會引起滲漏溶蝕、環境水侵蝕、凍脹破壞的擴展、混凝土碳化和鋼筋銹蝕等。

3、預防對策

隨著運行期的增長，水工混凝土的老化是客觀現象，及時的維護和修補也是必要的，但是很多相關混凝土的病害卻不是一般的老化問題，更多地與設計、施工和運行管理有密切關系，因此要減少或預防混凝土病害，就要從這幾個方面采取預防措施。

（1）工程設計

①水工混凝土建筑物的設計要從按強度設計的模式中解脫出來，更多地考慮建筑物長期使用過程中由于環境作用引起結構材料性能劣化、腐蝕對結構安全性與適用性的影響，盡可能延長工程壽命，避免資源浪費。

②水工混凝土建筑物的設計要嚴格按照國家現行有關標準執行，嚴格考慮建筑物正常使用過程中構件的預定檢測和維護，并在結構設計時為此項工作提供可能性和工作面。

③水工混凝土遭受病害是不可避免的，只是程度輕重可以控制。所以混凝土構件在考慮了環境的侵蝕性和材料性能的老化過程后，要仍然可以保證結構應有的安全性和穩定性。

④同一建筑物中的不同構件所處的工作環境可能存在差異，其遭受病害的可能性和程度也會不一樣，因此其耐久性就不同，所以對于局部可能遭受病害嚴重同時可以更換的構件可以設計成拆裝和可更換型的，從而延長建筑物使用壽命。

⑤在建筑物的構造設計中，也可以有很多措施，比如，對混凝土表面進行粉刷或涂膜延緩碳化或減少水質侵蝕，在有效范圍內增大混凝土鋼筋保護層，對混凝土裂縫最大寬度的允許值進行認真論證和嚴格限定，設置合理的伸縮縫、沉降縫和施工縫，讓結構可以自由變形，避免裂縫和不均勻沉降等。另外還可以設置有效的防滲、排水、抗沖刷和抗磨蝕措施等。

（2）工程原材料

①合理選擇水泥品種和標號，盡可能選用水化熱小的水泥，適量摻加粉煤灰或礦渣等摻和料。

②嚴格對混凝土拌和用水進行檢驗，避免氯離子含量超標。

③盡可能采用較小的水灰比，減少混凝土的孔隙率。

④采用雜質少、粒徑適中、級配好、堅固性好的砂石骨料。

⑤合理使用和摻加減水劑和引氣劑等外加劑。

（3）施工工藝

①建筑物的施工要符合工程設計和國家現行的施工規范、質量評定與驗收規范的要求。

②嚴格執行工程施工監理和竣工驗收制度，并進行耐久性專項質量檢驗。

③大體積混凝土要事先制定完備的溫控措施計劃，并在施工中嚴格執行。

④改進施工機械，改善施工操作方法，確保混凝土均勻密實。

⑤混凝土澆筑過程中嚴格控制鋼筋保護層不受影響和破壞。

⑥混凝土臨空面要從模板和澆筑過程中的振搗等方面進行控制，避免蜂窩、麻面的出現，對于已經造成的混凝土缺陷，要及時科學地進行修補和處理。

⑦加強混凝土養護，要從養護方法、時間和材料等方面下工夫。

（4）運行管理

①嚴格按照設計預定的工況進行運行，不應有超出設計范圍的工況，對于設計預定的但是不常用的工況運行期間要加強監測和控制。

②建立嚴格的運行管理規章制度并在運行中嚴格執行。

③設計人員要向建設單位或運行單位的相關人員提出建筑物使用過程中日常維護措施、設計預定的定期維修、部件更換、監測要求和定期安全鑒定計劃的內容，做好運行安全技術交底。

④對于建筑物的特殊部位要經常性檢測，特別是處于嚴重腐蝕性環境作用下的構件和部位。

⑤定期進行安全鑒定。

⑥對于檢測和安全鑒定中發現的問題，要及時進行科學規范的處理。

4、結語

由于病害的影響，很多水工混凝土建筑物的耐久性受到威脅和挑戰，很多以前建成的混凝土建筑物也不同程度地遭受了破壞，因此很有必要對這些病害進行分析和研究論證，探討可行的有效的處理措施和預控方案，并且在工程建設過程中做好宣傳教育和引導，混凝土的耐久性問題不是設計、施工和運行管理單位任何一家的問題，而是大家面臨的共同問題，我們一定要高度重視，認真對待，各參建及運行管理單位要齊心協力，全方位、多渠道地聯合控制，確保混凝土質量，減少病害隱患及威脅，提高水工混凝土耐久。

參考文獻

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