论文部分内容阅读
【摘 要】本文对水工混凝土常见病害的原因进行了分析，并从工程设计、施工原材料和施工工艺等方面提出了相应的防治对策。
【关键词】水工混凝土；病害；分析；防治
水利工程建设普遍具有时间紧、施工要求严、工艺要求高、地形和地质情况复杂、任务重的特点。建筑结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修补。如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏、钢筋锈蚀等，这些病害与裂缝形成恶性循环，影响水工建筑物的耐久性。不同的病害，形成原因不同，其处置方法也不同。因此，要有针对性地因地制宜地进行技术处置。
1、水工混凝土结构病害原因
1．1渗漏溶蚀
混凝土是—种多相非均匀材料。内部存在着很多空隙和毛细孔，占实体积的1％-10％。水分可以通过这些空隙和毛细孔渗透侵入。水工建筑物的混凝土一般采用硅酸盐水泥，当水泥进行化学反应时，生成两种新的物质，一种是构成硬化水泥结构的结晶体，一种是充填于硬化体中间的凝胶体，从而产生相应的强度、粘度及其他性能。水泥结石中的主要成分（水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁铝酸钙等）在Ca（OH）2的极限浓度时，才能够稳定存在于固相中，并与液相保持平衡。当水汽渗透到混凝土内时，Ca（OH）2从水泥石中溶析出来，不断被水带走，则其浓度降低，失去了平衡，迫使在Ca（OH）2饱和溶液中才能稳定的其他水化物不断分解，水泥石中已经与水化合的水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙中的CaO再转入水中，因此就导致水泥石的结构孔隙逐渐增多增大，使混凝土结构疏松，强度下降。当混凝土中CaO损失到一定程度时，混凝土的强度就下降为零。
1.2裂缝
裂缝指材料的不连续现象，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5-10年以内，不是由于运行期长工程老化问题，而是早期的问题。裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，也会使有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，甚至混凝土结构破坏。
1.3冲磨和空蚀
冲磨主要是水流中的泥沙作用，我国河流多泥沙，和高速水流一起运动时磨蚀直接接触或临近混凝土。空蚀是水工混凝土建筑物工作中水流的一种特有现象，混凝土局部受到不规则的挤压变形而产生破坏。一般地说，冲磨和空蚀是交替发生而又相互促进的，造成混凝土表面粗骨料裸露，表面凸凹不平，产生坑洞，进而造成钢筋外露和钢筋锈蚀。
1．4碳化
辊凝土的碳化（中性化）是空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔，扩散到混凝土内部充水的毛细孔中，与其中的空隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质，使混凝土孔溶液的pH<10，钢筋的钝化膜被破坏，发生锈蚀。钢筋生锈后体积膨胀，引起混凝土开裂，与钢筋的粘结力降低，混凝土保护层脱落，钢筋断面面积发生损缺，严重影响混凝土的耐久性。
1．5碱骨料反应
骨料中含有的氧化钙，钙质容易和水泥或混凝土中的碱发生碱骨料反应，该反应生成吸水膨胀钙化物，使混凝土产生开裂。
1．6氯离子渗透
氯离子对混凝土有很强的渗透能力，它是钢筋的活化剂。沿海或盐碱地区的混凝土建筑物会长期受到盐雾的侵害，其中的氯离子渗透使混凝土中的钢筋表面钝化保护膜遭到破坏，导致钢筋锈蚀。氯离子增加了混凝土的导电离，电流相应增加，加剧了钢筋的锈蚀进度。
除上述之外，造成混凝土结构破坏的原因还有设计失误；不严格按规范施工，使混凝土裂纹多孔，厚度不足以及修补不及时等。
2、预防对策
水工混凝土具有密实性、抗渗性、抗冻性，是一种强度高、耐久性建筑材料。在水利工程建设中，只要在设计施工管理等阶段认真做好对混凝土老化的预防和治理，混凝土工程的寿命是很长的，应针对险病的因素采取措施。
2．1工程设计
一是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而引起结构材料性能劣化、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；二是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；三是水工混凝土遭受病害是不可避免的，只是程度轻重可以控制。所以，混凝土构件在考虑了环境的侵蚀性和材料性能的老化过程后，要仍然可以保證结构应有的安全性和稳定性；四是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，对于局部可能遭受病害严重同时可以更换的构件，可以设计成拆装和可更换型的，从而延长建筑物的使用寿命；五是在建筑物的构造设计中，也可以有很多措施，比如，对混凝土表面进行粉刷或涂膜，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。另外，还可以设置有效的防渗、排水、抗冲刷和抗磨蚀措施。
2．2工程原材料
一是合理选择水泥品种和标号，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；二是严格对混凝土拌和用水进行检验，避免氯离子含量超标；三是尽可能采用较小的水灰比，减少混凝土的孔隙率；四是采用杂质少、粒径适中、级配好、坚固性强的砂石骨料；五是合理使用和掺加减水剂、引气剂等外加剂。
2．3施工工艺
—是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；二是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；三是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；四是改进施工机械，改善施工操作方法，确保混凝土均匀密实；五是混凝土浇筑过程中，严格控制钢筋保护层不受影响和破坏；六是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，要及时进行修补和处理；七是加强混凝土养护，要从养护方法、时问和材料等方面下工夫。
3、结语
水工混凝土结构多处在恶劣的环境中，受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多。裂缝的影响更为显著，因此要对水工混凝土的各种病害进行认真分析、研究，根据病害的不同状况，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防各种病害的出现和发展，保证水工混凝土结构安全、稳定地运行。
【关键词】水工混凝土；病害；分析；防治
水利工程建设普遍具有时间紧、施工要求严、工艺要求高、地形和地质情况复杂、任务重的特点。建筑结构因荷载反复作用及材料选择、构造、制造、施工安装不当等产生具有扩展性或脆断倾向性裂纹损伤时，应设法修补。如渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻融破坏、钢筋锈蚀等，这些病害与裂缝形成恶性循环，影响水工建筑物的耐久性。不同的病害，形成原因不同，其处置方法也不同。因此，要有针对性地因地制宜地进行技术处置。
1、水工混凝土结构病害原因
1．1渗漏溶蚀
混凝土是—种多相非均匀材料。内部存在着很多空隙和毛细孔，占实体积的1％-10％。水分可以通过这些空隙和毛细孔渗透侵入。水工建筑物的混凝土一般采用硅酸盐水泥，当水泥进行化学反应时，生成两种新的物质，一种是构成硬化水泥结构的结晶体，一种是充填于硬化体中间的凝胶体，从而产生相应的强度、粘度及其他性能。水泥结石中的主要成分（水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁铝酸钙等）在Ca（OH）2的极限浓度时，才能够稳定存在于固相中，并与液相保持平衡。当水汽渗透到混凝土内时，Ca（OH）2从水泥石中溶析出来，不断被水带走，则其浓度降低，失去了平衡，迫使在Ca（OH）2饱和溶液中才能稳定的其他水化物不断分解，水泥石中已经与水化合的水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化铁铝酸钙中的CaO再转入水中，因此就导致水泥石的结构孔隙逐渐增多增大，使混凝土结构疏松，强度下降。当混凝土中CaO损失到一定程度时，混凝土的强度就下降为零。
1.2裂缝
裂缝指材料的不连续现象，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5-10年以内，不是由于运行期长工程老化问题，而是早期的问题。裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，也会使有害物质进入混凝土内部，造成钢筋锈蚀，甚至混凝土结构破坏。
1.3冲磨和空蚀
冲磨主要是水流中的泥沙作用，我国河流多泥沙，和高速水流一起运动时磨蚀直接接触或临近混凝土。空蚀是水工混凝土建筑物工作中水流的一种特有现象，混凝土局部受到不规则的挤压变形而产生破坏。一般地说，冲磨和空蚀是交替发生而又相互促进的，造成混凝土表面粗骨料裸露，表面凸凹不平，产生坑洞，进而造成钢筋外露和钢筋锈蚀。
1．4碳化
辊凝土的碳化（中性化）是空气中的CO2气体不断地透过混凝土中未完全充水的粗毛细孔，扩散到混凝土内部充水的毛细孔中，与其中的空隙液所溶解的氢氧化钙进行中和反应，生成碳酸盐或其他物质，使混凝土孔溶液的pH<10，钢筋的钝化膜被破坏，发生锈蚀。钢筋生锈后体积膨胀，引起混凝土开裂，与钢筋的粘结力降低，混凝土保护层脱落，钢筋断面面积发生损缺，严重影响混凝土的耐久性。
1．5碱骨料反应
骨料中含有的氧化钙，钙质容易和水泥或混凝土中的碱发生碱骨料反应，该反应生成吸水膨胀钙化物，使混凝土产生开裂。
1．6氯离子渗透
氯离子对混凝土有很强的渗透能力，它是钢筋的活化剂。沿海或盐碱地区的混凝土建筑物会长期受到盐雾的侵害，其中的氯离子渗透使混凝土中的钢筋表面钝化保护膜遭到破坏，导致钢筋锈蚀。氯离子增加了混凝土的导电离，电流相应增加，加剧了钢筋的锈蚀进度。
除上述之外，造成混凝土结构破坏的原因还有设计失误；不严格按规范施工，使混凝土裂纹多孔，厚度不足以及修补不及时等。
2、预防对策
水工混凝土具有密实性、抗渗性、抗冻性，是一种强度高、耐久性建筑材料。在水利工程建设中，只要在设计施工管理等阶段认真做好对混凝土老化的预防和治理，混凝土工程的寿命是很长的，应针对险病的因素采取措施。
2．1工程设计
一是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而引起结构材料性能劣化、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；二是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；三是水工混凝土遭受病害是不可避免的，只是程度轻重可以控制。所以，混凝土构件在考虑了环境的侵蚀性和材料性能的老化过程后，要仍然可以保證结构应有的安全性和稳定性；四是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，对于局部可能遭受病害严重同时可以更换的构件，可以设计成拆装和可更换型的，从而延长建筑物的使用寿命；五是在建筑物的构造设计中，也可以有很多措施，比如，对混凝土表面进行粉刷或涂膜，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。另外，还可以设置有效的防渗、排水、抗冲刷和抗磨蚀措施。
2．2工程原材料
一是合理选择水泥品种和标号，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；二是严格对混凝土拌和用水进行检验，避免氯离子含量超标；三是尽可能采用较小的水灰比，减少混凝土的孔隙率；四是采用杂质少、粒径适中、级配好、坚固性强的砂石骨料；五是合理使用和掺加减水剂、引气剂等外加剂。
2．3施工工艺
—是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；二是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；三是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；四是改进施工机械，改善施工操作方法，确保混凝土均匀密实；五是混凝土浇筑过程中，严格控制钢筋保护层不受影响和破坏；六是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，要及时进行修补和处理；七是加强混凝土养护，要从养护方法、时问和材料等方面下工夫。
3、结语
水工混凝土结构多处在恶劣的环境中，受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多。裂缝的影响更为显著，因此要对水工混凝土的各种病害进行认真分析、研究，根据病害的不同状况，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防各种病害的出现和发展，保证水工混凝土结构安全、稳定地运行。