寒区水工混凝土破坏及防治措施

摘要：分析说明水工建筑物混凝土质量恶化的原因及防止措施。

关键词：混凝土；冻融破坏；侵蚀破坏；水泥硬化；混凝土磨损；空蚀。

中图分类号：TU755 文献识别码：Ａ

水工建筑混凝土在运行期间会不断出现破坏现象，不仅直接影响水工建筑物的运行寿命。处理不好将会给国家和人民造成巨大的损失。因此对混凝土破坏原因及防治措施的了解具有重大意义。

1 混凝土的冻融破坏

1.1 混凝土的冻融破坏。

混凝土毛细孔中的水分在外界气温作用下，经受冻融循环作用后产生微细缝，致使表层混凝土剥落或因渗水冻胀，使接近表层的部分发生破坏，而逐渐向内扩展使混凝土破坏。

1.2 水工混凝土建筑物冻融破坏的典型实例

北引总干渠多处农道桥桥墩运行30多年,混凝土因冻融剥蚀破坏比较严重,在水位变化区内骨料外露,平均剥蚀深度在70-100mm，最大剥蚀深度200mm。混凝土强度低，用手就可以掰掉粗骨料，经分析其原因为混凝土没有达到抗冻要求。

1.3 防止混凝土冻融破坏的措施

防止混凝土冻融破坏的首要措施，按水工混凝土结构设计规范SL/T191-96要求，应该对具有抗冻要求的混凝土要使用引气剂，引气剂可在混凝土中伴生直径几微米至几毫米的独立气泡，这些互不联通的微细气泡截断了渗水通道，使水分不易渗入内部。同时气泡还有一定和适应变形性能。其次在施工中要尽量减少单位用水量。以减少多余的游离水分所造成的结构孔隙，和减少拌和物因沉淀和泌水作用而形成的各种渗水通道，因此最好选用引气型的减水剂。根据不同气候条件选定不同水灰比。

2 混凝土的裂缝破坏

2.1 混凝土的裂缝是水工混凝土建筑物的主要病害之一。裂缝不仅会危及建筑物的整体性和稳定性，而且裂缝会产生大量的漏水，使建筑物的安全受到威胁，由于裂缝还会引起混凝土其它病害的发生与发展，所以对混凝土的耐久性产生较大的危害。其发生的原因主要与混凝土质量、施工质量、基础沉降、外部环境（如冻胀作用）等因素相关。

2.2 混凝土的裂缝破坏的典型实例

北引总干渠通南沟交叉工程1974年兴建，1976年竣工。2002年经过一次全面的整修运行至今。整修期间进行了全面的检查发现，因基础的不均匀沉陷，两侧翼墙产生了10余条纵向裂缝，缝长达3～5m。虽然不影响正常使用，但存在安全隐患，将缩短建筑物的使用年限。这主要是兴建时混凝土质量差、强度低、运行年久、混凝土老化所致。

2.3 防止混凝土的裂缝破坏的措施

（1）严格控制混凝土的配合比、原材料质量、坍落度、混凝土的拌和质量、施工质量。

（2）有些混凝土的裂缝是在施工过程已经产生，成为运行中的隐患。因此在施工中，尤其是不能发生危害性的裂缝。

（3）对于量大面广的中小型水工混凝土构造物要积极推广已经成熟的保温措施来减缓或杜绝冻胀造成的混凝土裂缝。

3 混凝土的侵蚀破坏

3.1 混凝土中的水泥硬化后形成的主要成分是70％左右的硅酸钙水化物，20％左右的固相游离氢氧化钙等石灰质，7％左右的铝酸盐和3％左右的未水化物。当混凝土与水及侵蚀性物质接触时，上述化学成分发生化学反应而使混凝土破坏，主要是一种化学侵蚀破坏。它不仅取决于侵蚀介质的化学性质，而且还取决于接触条件，如液体介质的流速和压力、地下水作用时相邻土壤的密度和环境温度、荷载作用下结构材料受力状态等。

3.2 混凝土侵蚀破坏的特征

3.2.1 盐积聚在混凝土的孔隙和毛细孔内产生结晶。从而造成固相体积膨胀。这些盐的生成积聚，可能是由于侵蚀性介质与水泥成分的相互间的化学反应，或是从外部渗入，随水分的蒸发，盐在孔隙中结晶，会对混凝土形成侵蚀，如硫酸盐对砼侵蚀。

3.2.2 水泥石组成成分和溶液间发生化学反应，即交换反应引起的侵蚀，如碳酸侵蚀，镁盐侵蚀等。

3.2.3 能够溶解水泥石组成成分的液体介质在混凝土内发生的部分和全部侵蚀过程，如环境水对混凝土的溶出性侵蚀。

3.3 混凝土侵蚀破坏的典型实例

大庆地区防洪工程中内泡泄洪闸由旧闸（1966年建）和新闸（1991年建）组成。旧闸多年运行混凝土剥蚀严重，钢筋裸露，粗骨料剥落剥蚀深度最大在200mm以上。新闸修建一年后经一个冬春，混凝土表面出现麻面。是旧闸在运行中特别是枯水期水中CL1-和SO42-离子浓度高，对混凝土有侵蚀性，而新闸在施工中采用水中作业，水中CL1-和SO42-离子的作用下发生侵蚀破坏。

3.4 混凝土侵蚀破坏防止措施

在自然条件下，上述几类侵蚀很少单一发生，因此要防止某一主导作用的侵蚀，再兼顾起次要作用的侵蚀制定防止措施。

（1）提高混凝土密实性可采用提高混凝土表面憎水性，或采用聚合物涂层来防止结晶性侵蚀。

（2）采用耐酸水泥代替普通水泥，制造耐酸混凝土或聚合物混凝土，必要时还要采用其他耐酸措施防止酸溶侵蚀。

（3）要提高混凝土的密实性，采用不易水解的水泥，如火山灰及矿渣硅酸盐水泥，或在混凝土中掺入活性火山灰混合材料，如硅粉，粉煤灰等，对已破坏的混凝土，可采用聚合物水泥沙浆进行护面来防止溶解性侵蚀。

4 混凝土的磨损和空蚀破坏

4.1 混凝土磨损和空蚀。

泄水建筑物经常会受到水流夹带泥沙的摩擦，冲刷，使混凝土不断磨损，露石，甚至使钢筋裸露而破坏。又当水以20m/s以上流速经过建筑物时还会发生空蚀破坏。空蚀作用会使混凝土因受反复冲击而剥落，尤其当磨损和空蚀两种破坏同时存在时，会加速破坏。

4.2 混凝土磨损和空蚀的典型实例

大庆防洪工程古恰闸是安肇新河上最后一个建筑物，1987年修建，1992年运行。1997年发现下游西侧引水翼墙的底部有约10平方米混凝土剥蚀，粗骨料裸露，是水流冲刷磨损所致。

4.3 防止磨损和空蚀破坏的措施

混凝土受磨损，空蚀破坏主要是一种物理侵蚀破坏。它与混凝土本身的抗压强度，骨料的特性以及骨料与水泥界面粘结强度有关。现在多采用一种新型无机抗磨蚀材料--硅粉改性混凝土，其主要改性机理是提高混凝土本身的强度及与骨料界面的粘结力。

5 碱—骨料反应破坏

5.1 指当水泥内含碱量较高，而混凝土又用某些活性骨料备制时，在有水存在的条件下，水泥中的碱和骨料的活性物质发生反应，引起混凝土膨胀，龟裂和强度降低等破坏现象。碱—骨料反应中生成碱硅胶体，是引起混凝土膨胀和龟裂的主要原因。

5.2碱—骨料反应破坏的典型实例

穆棱市团结水库，自1978年开始蓄水，1980年才开始发电，输水洞一直是主要的泄水建筑物。但是运行仅十多年，输水洞进水口便发生了严重的大面积剥蚀，剥蚀较严重的部位在500～505m之间,剥蚀深度在5～20mm，剥蚀面积约200m2，而出口尾水渠几乎100％剥蚀。其主要特征是：混凝土表面严重破坏，内部组织疏松，表面强度极低，粗骨料剥落，拦污栅支撑梁粉碎。

5.3防止碱—骨料反应破坏的措施

应使用含碱量低的水泥和非活性骨料，使用火山灰质混合料，如粉煤灰，矿渣，硅粉等，在施工期要加强养护，保证混凝土密实性，重视建筑物排水并避免表面积水和接缝漏水等，可防止碱—骨料反应破坏

综上所述，水工混凝土耐久性不良的问题普遍存在，特别是中小型水工混凝土耐久性的问题更加严重，尤以冻融剥蚀破坏更加明显，其次是裂缝和渗漏。有的建筑物因耐久性不良已经影响到建筑物的使用寿命和安全运行。而提高水工混凝土耐久性的根本措施就是要严格地执行有关规范及规程要求。应采取“预防为主”的方针，设计中考虑耐久性的问题，施工中严格质量控制制度。精心施工，大力推广并使用新技术，健全检测验收制度，充分保证新建工程的质量，提高混凝土的耐久性。

参考文献

[1]张承志，建筑混凝土，化学工业出版社[M].北京：材料科学与工程出版中心，2001，5.

[2]刘贻付，汝效禹.水工建筑物的破坏及其原因分析[M].北京：中国工业出版社，1965.

[3]张滨，刘桂英，李亚芬等.寒区环境对混凝土的侵蚀作用及防治措施的研究[J].1998，12.

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