戈莉瓊+艾京

摘 要：目前我國(guó)水工結(jié)構(gòu)混凝主要是采用28d強(qiáng)度設(shè)計(jì)，沒有根據(jù)不同工況選擇不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也沒有對(duì)混凝土的原材料進(jìn)行優(yōu)選，導(dǎo)致水工結(jié)構(gòu)耐久性較差。本文基于DuraCrete的混凝土壽命預(yù)測(cè)，從選取合適的原材料、優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo)合理的控制以及混凝土的用水量等方面探討了混凝土耐久性設(shè)計(jì)要點(diǎn)，致力于提高大型水電站水工結(jié)構(gòu)耐久性。

關(guān)鍵詞：水工結(jié)構(gòu)；耐久性；DuraCrete；混凝土

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.086

0 前言

水工結(jié)構(gòu)工程是我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)工程中十分重要的一部分，所以在建設(shè)水利工程和它的使用周期中，水工結(jié)構(gòu)必須具體安全、適用、耐久等特性。為了能夠有效地完成水利機(jī)構(gòu)工程的耐久性的目標(biāo)，在大型水電站水工結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)階段必須保證結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)能夠符合工程要求。

1 造成水工結(jié)構(gòu)耐久性降低的因素

1.1 水工結(jié)構(gòu)工程中存在裂縫

在水木結(jié)構(gòu)工程建設(shè)中，在某些情況下由于結(jié)構(gòu)混凝土體積過大，在初期進(jìn)行硬化時(shí)會(huì)產(chǎn)生許多的水化熱，從而造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度應(yīng)力，可能會(huì)降低混凝土的抗拉性能，從而可能引發(fā) 滲透、凍融等一系統(tǒng)問題。這些問題會(huì)大大降低大型水電站水利結(jié)構(gòu)的耐久性。

1.2 水工結(jié)構(gòu)工程遭遇凍融破壞

大型水電站水工結(jié)構(gòu)工程中的凍融破壞主要是指在一些溫度處于零度以下的地區(qū)，混凝土在較為潮濕或者與水接觸較為頻繁的環(huán)境下，由于溫度不斷的正負(fù)變化，使得混凝土內(nèi)部的水分凍結(jié)膨脹和溶解收縮，從而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)疲勞應(yīng)力，進(jìn)而使得混凝土遭遇凍融破壞，根據(jù)相關(guān)部門的調(diào)查研究表明，在我國(guó)至少有四分之一的水工結(jié)構(gòu)遭遇著凍融破壞，這是一個(gè)相當(dāng)高的比例，必須引起大家的高度關(guān)注。

1.3 水工結(jié)構(gòu)工程中存在著碳化和鋼筋腐蝕的問題

在建設(shè)水工結(jié)·構(gòu)工程的過程中，空氣中的二氧化碳和施工過程使用的碳酸都可以與水泥發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而使得水泥碳化，進(jìn)一步使得混凝土表面產(chǎn)生裂縫。混凝土表面上的縫隙會(huì)讓更多的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，這樣不斷的循環(huán)，使混泥土內(nèi)部發(fā)生變化，導(dǎo)致混凝土的保護(hù)層失去了效果，降低了鋼筋防腐能力，使得內(nèi)部鋼筋生銹，降低了鋼筋的強(qiáng)度，從而導(dǎo)致整個(gè)水工結(jié)構(gòu)工程的安全使用年限減少。

2 基于DuraCrete的混凝土壽命預(yù)測(cè)

DuraCrete主要是運(yùn)用多個(gè)分項(xiàng)系數(shù)來反映混凝土的可靠指標(biāo)，以性能表達(dá)式為它的計(jì)算模型，這種設(shè)計(jì)方法主要是依靠性能和可靠度為基礎(chǔ)的耐久性。計(jì)算主要分為兩個(gè)階段，第一階段是鋼筋銹蝕的初期階段，氯離子從混凝土的保護(hù)層進(jìn)入到內(nèi)部，使得鋼筋開始發(fā)生銹蝕，第二階段為鋼筋腐蝕的發(fā)展階段，鋼筋銹蝕發(fā)展導(dǎo)致裂縫達(dá)到一定的寬度。除了在水環(huán)境中，第二階段的腐蝕過程比較短，所以一般只考慮第一階段，即指在保護(hù)層深度處的混凝土中氯離子濃度C（x，t）達(dá)到鋼筋銹蝕的臨界濃度時(shí)作為極限狀態(tài)，根據(jù)Fick第二定律可以列出預(yù)測(cè)混凝土壽命的方程式如下：

如式子（1）所示，g是一個(gè)大于或等于0的值；表示的是氯離子臨界濃度設(shè)計(jì)值；表示保護(hù)層厚度設(shè)計(jì)值；表示混凝土對(duì)氯離子抗力的設(shè)計(jì)值；t表示時(shí)間值；

令g=0，即可解得與極限狀態(tài)相應(yīng)的使用年限。

3 水電站水工結(jié)構(gòu)耐久性的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)上一章節(jié)對(duì)混凝土壽命的預(yù)測(cè)，可以知道水電站水工結(jié)構(gòu)使用年限具有一定的限制，以下將從三個(gè)方面對(duì)水工結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)進(jìn)行探討：

3.1 選取合適的原材料

骨料是水工結(jié)構(gòu)混凝土的主要原材料，因此骨料的好壞會(huì)對(duì)混凝土的耐久性產(chǎn)生直接的影響。比較好的混凝土骨料是灰?guī)r骨料，這種骨料的有線脹系數(shù)比較低，不易開裂，一般的大型水電站水工結(jié)構(gòu)工程往往需要選擇這類骨料。但是在我們實(shí)際的大型水電站水工工程的施工過程中，在選擇骨料時(shí)，往往會(huì)遵循就地取材的原則。在水電站水工工程中，需要使用大量的骨架，所以我們需要更加注意選取質(zhì)量好的骨料加工儀器，優(yōu)化骨料的粒子與匹配，從根本上提高混凝土的整體性能。同時(shí)在水電水工工程中，也需要選取優(yōu)質(zhì)的水泥，水泥的好壞也會(huì)影響到混泥土的強(qiáng)度和耐久性。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)指標(biāo)

在大型水電站水工結(jié)構(gòu)混凝土的設(shè)計(jì)中，應(yīng)該采用28d的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，考慮裂縫和耐久性之間的關(guān)系。采用28d齡期強(qiáng)度設(shè)計(jì)能夠有效的提高混凝土的負(fù)載量，但是對(duì)于需要承載較長(zhǎng)時(shí)間的部分結(jié)構(gòu)，如果一味的使用28d齡期強(qiáng)度設(shè)計(jì)，就需要使用更多的混凝土水泥，使得混凝土溫度上升的速度變快，所以在這種情況下，應(yīng)該在水泥中多摻入一些粉煤灰等物質(zhì)，適當(dāng)?shù)臏p少水泥的用量，合理的設(shè)計(jì)混凝土的強(qiáng)度，降低混凝土溫度上升的速度，減小混凝土出現(xiàn)裂縫的概率，提高混凝土的耐久性。在抗沖磨的水利施工中，一些工程還會(huì)采用100d以上齡期強(qiáng)度的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，有能夠有效的控制混凝土水泥的用量，能夠提高混凝土耐久性和綜合性能。

3.3 合理的控制混凝土的用水量

混凝土的用水量對(duì)混凝土的性能有著重要的影響，它是混凝土技術(shù)的關(guān)鍵所在。選用合適的工藝對(duì)混凝土骨料進(jìn)行加工，優(yōu)化混凝土骨料粒子的大小，減少其針片顆粒的含量，可以有效的減少混凝土單位用水量。在某些工程中，由于地形的限制使得人工砂無法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)脫水的狀態(tài)，這也會(huì)對(duì)混凝土的質(zhì)量產(chǎn)生不同程度的影響。

4 結(jié)束語

混凝土原材料的好壞會(huì)直接影響混凝土抗裂性和耐久性，所以施工前應(yīng)該對(duì)原材料進(jìn)行優(yōu)選，使混凝土的原材料符合技術(shù)指標(biāo)，應(yīng)采用28d的強(qiáng)度設(shè)計(jì)，嚴(yán)格遵循混凝土的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)還應(yīng)該改善骨料粒形和級(jí)配，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰和外加劑等措施降低混凝土的單位用水量，合理的控制混凝土的用水量，最大程度的減少大型水電站混凝土開裂的幾率。

參考文獻(xiàn)：

[1]李美丹.關(guān)于橋梁混凝土結(jié)構(gòu)耐久性試驗(yàn)研究[J].混凝土世界，2016（08）：92-95.

作者簡(jiǎn)介：戈莉瓊（1977-），女，學(xué)士，高級(jí)工程師，主要從事水利水電建筑工程設(shè)計(jì)及管理工作。endprint