混凝土耐久性從字面意思解釋即是混凝土可以正常使用的時間,簡而言之就是混凝土結構長期在自然環境、外部環境等的作用之下,所能夠保證的壽命。一般施工人員都會對其有一個時間估算,保證項目建成后不會因為耐久力的問題花大量資金去修復,同時,其也能夠滿足外觀性、功能性以及安全性等要求。
水工混凝土的耐久性主要包括抗凍性、抗滲性、抗沖磨性、抗空蝕性、抗化學反映侵蝕性及抗碳化性等。
混凝土內部本身就存在一些小的空隙,空隙內部還含有水分,如果遇到天氣較為寒冷的情況,內部孔隙中的水分就會結成冰,然后產生應力。如果溫度升高,自然會化成水,內部的應力也會逐步降低,但是來回反復的作用會損傷混凝土的結構,使得混凝土結構內部出現老化的現象,這也就是俗稱的凍融作用。其會使得混凝土結構的表面出現剝落,內部逐步開裂。經過凍融作用下的混凝土結構抗壓性會逐步降低,包括其彈性、泊松比等力學性能都會受到影響。
工程項目所處的環境一般都比較惡劣。在這種狀態之下,混凝土結構內部很容易滲透入一些有害的氣體、液體等,然后破壞混凝土內部的結構,如果不對其進行定時的維護或者及時的補救,必然會影響到混凝土結構的耐久性。通常水灰之間的比例會直接影響混凝土的密實度,一般密實度越好,混凝土的抗滲性就越強,也不易受到滲透性的破壞。除此之外,混凝土的骨料粒徑越大,抗滲性越低。
混凝土結構內部出現了碳化作用,實際上就是內部結構中滲入了二氧化碳氣體,氣體與混凝土結構內部中的堿性物質發生了反應,形成了碳酸鈣和水,從而降低了混凝土內部的堿度,造成這一問題的原因包括材料因素以及環境因素。如果混凝土結構長期處于一個溫度較低的環境中,表面就會逐步收縮,然后產生一種拉力。如果這種拉力超過混凝土自身的抗拉強度,混凝土表面就會出現干裂現象。然后空氣中的二氧化碳就會滲入到混凝土結構中,產生碳化反應。當溫度一升高,內部的二氧化碳就會擴散。一張一弛必然會影響到混凝土結構的耐久性。
在混凝土內部有一系列的堿性物質,如果和活性骨料發生反應之后,這一類物質就會膨脹,混凝土內部的結構就會逐步受到破壞。如果出現了堿骨料反應,那么混凝土結構基本很難進行補救。由此可見堿骨料的反應是影響混凝土結構耐久性以及殺傷力最大的一個因素。
我國的河流屬多泥沙河流,混凝土壩高度已達到300m級,高壩大庫已很多,由于水頭高,高速水流流速已達40m/s以上,高速水流挾帶大量泥沙(汛期)和直徑達1m以上的石塊對泄流建筑物表面造成嚴重的沖刷磨損破壞。另外,在我國西南地區河流推移質很多,對建筑物造成沖擊磨損破壞。
高速水流挾帶砂石,在混凝土表面滑動、滾動和跳動,對混凝土表面產生沖擊、淘刷、摩擦切削、沖撞捶擊作用,導致混凝土破壞,這就是混凝土的沖磨破壞機制。因此歸納起來,混凝土的沖磨破壞可分為兩種:一種是懸移質(泥沙)高速水流造成的沖刷磨損破壞;另一種是推移質(塊石、卵石)高速水流造成的沖擊磨損破壞。
水中溶有空氣,當高速水流流經不平整表面或表面曲面低于水流射流形成的自然曲面時,水流脫離混凝土表面,局部水流形態惡化,形成真空區。在真空作用下,水迅速蒸發,形成水蒸氣,水中的空氣在低壓作用下從水中向外逃逸,氣泡在逃逸過程中迅速長大,達到水流表面時在真空區爆炸破裂。混凝土表面經受不住這樣大的爆炸力而破壞。破壞的細屑立即被水流帶走,局部形成更加不平整的表面,空蝕作用加劇,短時間可形成大面積的空蝕坑。這就是水工混凝土的空蝕破壞機制。
混凝土原材料的質量會直接影響到水工混凝土結構的耐久性。有些工人在挑選原材料時,面對市場上五花八門的材料,挑選不合理,最終應用到混凝土結構的制作過程中,影響了混凝土結構的抗凍性、抗滲性等耐久性功能。因此必須嚴格把控混凝土制作的質量,其次還要根據工作環境、施工條件等嚴格的選擇骨料、外加劑等原材料,保證好原材料的質量。
施工混凝土結構的制作設計問題會直接關乎到混凝土的耐久性,例如對混凝土結構的形體尺寸設計、架構設計等。在設計的過程中為了避免出現問題,應該根據水利工程的實際情況,比如地基實際可承受的能力,荷載分布的情況,減少裂縫的產生等,通過合理的設計架構進一步提升水工結構混凝土的性能,設計鋼筋厚度,提升結構耐久性。
影響施工質量的因素有很多,如原材料質量,其中最關鍵的還是施工人員的技術水平,比如在進行混凝土的制作時,不嚴格控制其配比,水和灰之間的比例不平衡,水的比例較多,這必然會導致混凝土硬化之后不夠緊實,還易出現裂縫,而這樣的混凝土結構質量是非常差的,如果遇到較為惡劣的環境,必然會出現滲透、凍融等,影響水利工程項目的質量。
(1)摻加引氣劑;
(2)嚴格限制水膠比;
(3)選用優質骨料。
(1)盡量降低混凝土水膠比;
(2)摻加外加劑;
(3)摻用優質摻合料;
(4)保證混凝土施工質量。
(1)盡量降低混凝土水膠比,提高混凝土的抗壓強度;
(2)選用優良的抗沖磨護面材料。
(1)修改過流面體型、改善水流條件,保證水流不出現脫離表面的真空區;
(2)控制和處理過流表面不平整度,并符合有關標準要求;
(3)設置通氣設施;
(4)改進泄流運行方式;
(5)采用高抗空蝕材料護面,如高強混凝土抗空蝕性較好。
(1)選用合適的水泥品種,如抗硫酸鹽水泥;
(2)摻用火山灰質活性摻合料;
(3)提高混凝土密實性和抗滲性;
(4)混凝土表面防護處理;
(5)保證混凝土保護層厚度滿足設計及規范要求。
(1)盡量降低混凝土水膠比,提高混凝土密實性、減少空隙率,使CO2很難侵入到混凝土中去。
(2)加強施工質量控制,振搗密實,不漏振、不欠振,混凝土表面抹面要用力壓實,使混凝土表面也密實,CO2不易侵入混凝土內部。
(3)選用合適的水泥品種,優先選用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。
(4)混凝土表面涂刷防碳化涂料作保護層,阻止CO2入侵混凝土。
(5)鋼筋混凝土中鋼筋的混凝土保護層有足夠厚度,以盡量延長碳化時間。
(6)鋼筋混凝土中混凝土摻鋼筋阻銹劑,防止混凝土碳化后鋼筋生銹。
1、加強材料質量的檢測
想要進一步提高水工混凝土結構的耐久性,首先要保證混凝土材料的質量及安全問題。一般制作水工混凝土時需要的成分是水、沙石、水泥等一些輔料。為了避免因為原材料所造成的耐久性下降,在整個施工過程中,必須要加強對材料的檢測,包括進一步落實材料的強度、荷載力等各方面的指標。除此之外,還需要了解材料它本身所具有的化學成分、干縮程度等等。要嚴格的去檢測并記錄。避免在后期出現的一些裂縫等不良現象,影響水工混凝土結構的耐受力,保證整個工程質量是符合實際需求的。
2、嚴格控制混凝土施工質量,降低環境的破壞率
首先需要合理的控制混凝土理論配合比,根據結構所需要使用的年限、所處的環境、結構類型等合理的進行混凝土的配比,在使用水膠比以及水泥用量時應滿足標準性的要求。同時還需要考慮運輸的條件、澆筑所采用的方法,根據混凝土的坍落度合理選擇混凝土,盡可能的表面混凝土在硬化之后所形成的收縮性現象。其次控制好混凝土保護層的厚度。在設置墊塊時其強度以及耐久性不能低于結構本體,其形狀和尺寸都要滿足一定的要求,合理的分析以及計算保護層的厚度,采取合理的措施對出現的厚度問題進行處理,提高混凝土結構的耐久性。最后要控制好混凝土澆筑的質量。在澆筑之前需要對一些細節進行處理,水平面鋪上20mm左右的水泥砂漿,如果混凝土的和易性較差,不能在表面加水,應該通過振搗等方式進一步的改善混凝土的和易性。如果在澆筑時表面有積水,要及時的排出。當然如果在澆筑過程中出現混凝土凝固現象的,應該及時的進行處理。
3、定期進行維護
水工混凝土結構正常運行之后,有關部門需要定期對其進行檢查、合理化監督,通過記錄的數據進行評估混凝土結構的壽命,尤其是要衡量好工作環境,及時的采取預防性措施,定時做檢測以及安全鑒定,合理評估混凝土結構的耐久性。如果發現混凝土的表面已經出現了病害,如碳化、脫落等應及時采取措施處理。
內容來源:中國公路學會
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