探讨水工混凝土的常见病害及预防对策

摘 要: 介绍并分析了水工混凝土经常受到的裂缝、冻融循环、磨损和气蚀、碱骨料反应、碳化与钢筋锈蚀、溶蚀和侵蚀等病害的威胁，提出了水工混凝土常见病害的预防对策。为确保混凝土质量，减少病害隐患及威胁，提高水工混凝土耐久性提供了参考。

关键词:水工混凝土;常见病害;预防对策

1　引言

混凝土，简写为\"砼\"，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。在水利与建筑工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。水工混凝土经常受到裂缝、冻胀、冲磨、空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀等病害的威胁，影响工程的耐久性，增加了建筑物使用过程中的修理与加固费用，影响或限制了结构的正常使用功能，缩短结构的使用年限，影响效益和安全，不仅造成经济损失，而且严重浪费资源，引发社会问题。

2　常见病害分析

2.1 裂缝

裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一，是材料的不连续现象，属于物理性病害，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。水工混凝土体积大,在硬化初期易产生大量水化热,形成温度应力,而此时混凝土抗拉能力弱，导致产生裂缝。裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低，同时大体积混凝土还产生收缩裂缝,引起如环境水侵蚀、冻融破坏等病害的发生,这些病害与裂缝形成恶性循环,对建筑物的耐久性产生极大危害。同时裂缝也会引导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。对于水库蓄水和灌溉来说，挡水混凝土结构的裂缝会直接引起渗漏，如果渗漏量达到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力。

2.2　冻融循环

一般认为，冻融破坏是混凝土在浸水饱和或潮湿状态下，在温度正负交替过程中，混凝土微孔中的水结冰或成为过冷的水，体积膨胀产生冻胀压力，过冷的水迁移产生渗透压力，当两者的附加作用力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土就遭受破坏，导致混凝土由表及里逐渐削蚀。因此，冻胀破坏是一种物理性破坏，在我国的北方地区，水工混凝土受到这种破坏的情况比较严重。受冻融作用的影响，混凝土会变得酥松、鼓包、开裂，甚至层状剥落，使建筑物失去作用，进而对建筑物整体稳定造成影响。经调查，我国有22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题。

2.3 磨损和气蚀

磨损和汽蚀破坏是水工混凝土由于水流冲刷造成的两种破坏形式，在隧洞、泄洪道等建筑物中，受到高速水流和泥沙的冲刷，对混凝土产生磨损，冲磨主要是水流中的泥沙作用和高速水流一起运动时磨蚀直接接触或临近的混凝土。空蚀是水工泄水建筑物工作中的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。同时，当高速水流在凹凸不平的混凝土表面流过时，产生大量气泡，气泡爆炸时可产生上千兆帕的冲击力。因此，受冲刷磨损和汽蚀部位的混凝土极易损坏。磨损和汽蚀都属于物理性病害。一般地，冲磨和空蚀是交替而又相互促进的，造成混凝土表面粗骨料裸露，混凝土表面凸凹不平，产生坑洞，进而造成钢筋外露和钢筋锈蚀。据调查，我国大型混凝土坝工程中有近70%存在冲刷和汽蚀破坏。

2.4　碱骨料反应

骨料中含有的氧化硅等物质容易和水泥或混凝土中的碱(氧化钠、氧化钾)起反应，即碱骨料反应，这是一种化学病害。该反应生成吸水膨胀的凝胶，使混凝土产生开裂。

2.5　碳化与钢筋锈蚀

空气中的二氧化碳和水中的碳酸组分都可能与水泥水化物发生反应，使之碳化，产生裂缝，使二氧化碳等进入混凝土内部，加速碳化。混凝土的碳化是空气中的二氧化碳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，碳化使混凝土中性化，导致钢筋的钝化膜被破坏，钢筋失去保护膜而产生锈蚀。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，其结构承载力逐渐丧失，严重影响混凝土的耐久性。

2.6　溶蚀

混凝土溶蚀是一种化学性病害。混凝土中的氧化钙被水溶解变成氢氧化钙，然后遇到空气中的二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀物，标志着混凝土已经病变，将因此损失掉胶凝性而逐渐失去强度，抗渗能力也不断降低。当氧化钙被溶出约33%时，混凝土将变得酥松而失去强度。

2.7　侵蚀

侵蚀主要是环境水质对水工混凝土的危害，这也是一种化学病害，虽然不是特别普遍，但有些工程却受害很深。比如，环境水中的硫酸根离子与混凝土中的氢氧化钙反应生成硫酸钙时，产生第一次体积膨胀，硫酸钙又与混凝土中的铝盐反应生成硫铝酸钙，产生第二次体积膨胀，巨大的膨胀应力导致混凝土胀裂、变酥，甚至变成粉末状。另一个就是氯盐的渗入，当混凝土结构处于含有氯盐的海水、岩土或空气环境中时，氯离子也会从混凝土表面逐渐扩散到钢筋表面并使钢筋脱钝而锈蚀。

3 水工混凝土结构老化病害的预防和修补

3.1 预防对策

很多相关混凝土的病害不是一般的老化问题，更多地与设计、施工和运行管理有密切关系，因此，要减少或预防混凝土病害，就要从以下几方面采取预防措施。

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