２０１２年第ｌ３期 ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｏ建筑与工程。 科技信息 混凝土的常见病害及预防对策 （１．郑州大学土木学院【摘河南郭旭东１，２张涛２ 郑州４５０００１；２．黄河职业技术学院河南开封４７５００３） 要】水利工程是我国的基础产业工程，但水工混凝土却经常受到裂缝、冻胀、冲磨、空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀等病害的威 胁，严重影响其耐久性。文章对水工混凝土的常见病害进行了评价和分析研究，提出了相应的预防对策，可供水工混凝土工程的建设和管理时 参考。 【关键词】水工混凝土；病害；预防对策 ０引言 失更为严重。 目前我国正在大规模、高速度地进行水利开发．工程建设耗费了 １．３冲磨和空蚀 大量资源．水工混凝土的耐久性也直接关系到工程的使用寿命、加固 冲磨主要是水流中的泥沙作用．我国河流多泥沙．高速水流携带 费用、效益发挥和运行安全．但是水工混凝土却经常受到裂缝、冻胀、 着泥沙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 冲磨、空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀等病害的威胁．由于工程耐 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 久性不足．增加了建筑物使用过程中的修理与加固费用．影响或限制 产生破坏。一般地，冲磨和空蚀是交替而又相互促进的．造成混凝土表 了结构的正常使用功能并缩短结构的使用年限．影响效益和安全，不 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 仅造成经济损失，而且严重浪费资源．引发社会问题。因此有必要对水 工混凝土的常见病害进行分析和研究．提高水工混凝土的质量和耐久 随着西部大开发和西电东送发展战略的实施．要兴建一批大型高 性．延长工程使用寿命 水头电站，如小湾、龙滩、拉西瓦、构皮滩、溪落度、向家坝、锦屏、白鹤 滩、糯扎渡等，其泄水建筑物泄流流速均达４０～５０ｍ／ｓ，对抗冲磨材料 １常见病害分析 的抗裂性、抗冲磨能力和快速易施工性（特别是对防护和修补材料）等 均提出了更高的要求 水工混凝土是水利工程建设中很重要的材料．使用种类繁多．也 目前普遍应用的硅粉系列抗冲耐磨混凝土、改性环氧树脂砂浆和 需要在各种各样复杂的环境条件下发挥作用和确保工程正常运行 常 防护涂料等方法来提高构件或结构的抗冲耐磨能力．但这些方法也有 见病害主要有裂缝、冻胀、冲磨空蚀、碱骨料反应、碳化、溶蚀和侵蚀七 缺点 硅粉系列抗冲磨混凝土早期强度发展过快．中后期强度增长微 大类。 小，水化热集中释放．干缩和白干燥收缩大，极易发生裂缝：改性环氧 １．１裂缝 类抗冲耐磨砂浆和防护涂料仍含有较多易挥发性溶剂组分．在潮湿和 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 有水环境下的易施工性没有得到显著改善．柔韧性仍显不足．容易空 在运行初期５～１Ｏ年以内 鼓、开裂和成片剥落。展开了“高速水流下新型高抗冲耐磨材料的开发 裂缝的存在直接导致混凝土抗拉性能的降低．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 及应用”研究．充分利用现代材料科学发展的新成果和新技术．采用全 新技术思路．开发新一代的高性能高抗冲磨材料．以满足当前及今后 蓄水发电和灌溉来说．挡水混凝土结构的裂缝会直接引起渗漏．如果 兴建高坝大库对高性能抗冲耐磨材料的需求 渗漏量达到一定程度，就直接危及工程的蓄水能力：对于混凝土重力 １．４碱骨料反应 坝来说．如果裂缝达到一定贯穿深度和宽度．会引起坝体扬压力的急 骨料中含有的氧化硅等物质容易和水泥或混凝土中的碱（Ｎａ２０、 剧增长，削弱坝体的抗滑能力．对结构抗震非常不利．甚至会对整个坝 Ｋ２０）起反应．即碱骨料反应。该反应生成吸水膨胀的凝胶．使混凝土产 体的结构稳定和安全造成威胁 生开裂。如果没有水的存在，碱硅干凝胶是不产生体积膨胀的。水在碱 裂缝已成为水利工程中常见的工程病害．轻者使混凝土内部的钢 骨料反应过程中起到相当重要的作用 水工建筑物一般长期处于水 筋材料产生腐蚀．降低钢筋混凝土结构的承载力、耐久性、使用价值 中，混凝土的拌和水是不可能蒸发而失去的。由于水泥的水化作用．可 等。严重的将直接威胁到人民的生命、财产安全。因此对混凝土裂缝的 以消耗掉一部分拌和水．但外部的水可以通过水泥石的孔源源不断地 控制已成为水利工程建设引起高度重视的问题之一 给以补充。水工混凝土可以长期处于饱水状态。在这样的条件下。混凝 混凝土工程中裂缝问题是不可避免的．在一定的范围内也是可以 土中一旦存在着活性骨科和足够数量的碱．它们便会充分地发挥其潜 接受的．只是要采取有效的措施将其危害程度控制在一定的范围之 能去破坏混凝土结构。从环境条件上讲，水工混凝土具有更大的危险 内．对水工建筑物安全是不会产生不良影响的 性。 在设计混凝土时都允许一定范围内开裂．从结构设计的安全性方 １．５碳化 面讲．这是没有问题的。但问题的关键在于一旦出现裂缝．在各种外力 碳化是ＣＯ：与ｃａ（ＯＨ） 进行中和反应，生成碳酸盐和其他物质， 的作用下．尤其是水下结构．在高水头的水压力以及侵蚀性媒介对裂 使混凝土孔隙溶液的ＰＨ值小于１０．钢筋的钝化膜被破坏．钢筋发生 缝的破坏性作用．可能会造成结构设计允许开裂的裂缝进一步扩张和 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， 蔓延。比如：前苏联修建的克拉斯诺雅尔期克大坝，靠底孔边墙原来发 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 现２２０条表面缝，但在外界环境作用下，短短５年时间后．１０％的表面 性。 缝发展成为贯穿性裂缝。因此，设计时除考虑结构外，还应该充分考虑 １．６溶蚀 环境因素的长期持久作用 混凝土中的ｃａ０被水溶解变成ｃａ（０Ｈ１ ，然后遇到空气中的ｃ０ １．２冻胀 在温度正负交替过程中．混凝土微孔中的水成为结冰或过冷的 反应生成ＣａＣＯ 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ＣａＯ被溶出约３３％时， 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 混凝土将变得酥松而失去强度 加作用力超过混凝土的抗拉强度时．混凝土就遭受破坏 所以说冻胀 １．７侵蚀 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 是水质对水工混凝土的危害．虽然不是特别普遍，但有些工程却 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 受害很深。比如．水中的ｓ０４２一离子与混凝土中的Ｃａ（ＯＨ）：反应生成 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 ＣａＳＯ 时，产生第一次体积膨胀，ＣａＳＯ 又与混凝土中的Ｃ３Ａ反应生 响 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、 我国北方地区冬季气候寒冷．水工建筑物普遍存在冬季冻害问 变酥．甚至变成粉末状 当混凝土结构处于含有氯盐的海水、岩土或空 题。渠系水工建筑物因线长、面广、工程数量多，冻害造成的危害及损 ３１８ 科技信息 ０建筑与工程０ ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１２年第１３期 确保混凝土均匀密实；避免钢筋保护层不受影响和 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 善施工操作方法．破坏：避免蜂窝、麻面的出现，对于已经造成的混凝土缺陷，要及时科 脱钝而锈蚀。 在上述所列病害类型中．各类病害对混凝土的影响程度不同，同 学地进行修补和处理：加强混凝土养护。 ２．４运行管理 种病害在不同的混凝土建筑物上造成的破坏也不同，并且各种病害还 会交叉感染．比如说．裂缝的存在会引起渗漏溶蚀、环境水侵蚀、冻胀 建立严格的运行管理规章制度。严格按照设计预定的工况运行， 并运行期间要加强监测和控制：使用过程中加强日常维护、设计预定 破坏的扩展、混凝土碳化和钢筋锈蚀等。 的定期维修、部件更换、做好运行安全技术交底；对于特殊部位要经常 ２预防对策 性检测．特别是处于严重腐蚀性环境作用下的构件和部位。 随着运行期的增长．及时的维护和修补也是必要的，但是很多相 关混凝土的病害却不是一般的老化问题．因此要减少或预防混凝土病 害．就要从这几个方面采取预防措施。 ２．１工程设计 ２．１．１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． 更多地考虑长期使用过程中由于环境作用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。 ２．１．２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．所以对于局部可能遭受病害严 重的构件。设计成拆装和可更换型的，从而延长建筑物使用寿命。 ２．１３加强构造设计中的要求．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等。另外还可以 设置有效的防渗、排水、抗冲刷和抗磨蚀措施等。 ３结束语 由于病害的影响．水工混凝土建筑物的耐久性受到威胁和挑战。 建成的混凝土建筑物也不同程度地遭受了破坏．有必要对这些病害进 行分析和研究．探讨可行的有效的处理措施和预控方案，混凝土的耐 久性问题不是设计、施工和运行管理单位任何一家的问题．而是大家 面临的共同问题．我们一定要高度重视，认真对待，各参建及运行管理 单位要齐心协力，全方位、多渠道地联合控制，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。● 【参考文献】 ［１］刑林生，聂广明．我国水电站混凝土建筑物耐久性分析Ⅱ］．水力发电，２００３（２）． ［２］柏宝忠。王以仁．影响水工建筑物耐久性的主要因素及预防对策［Ｊｌ冰利水电 技术．２００４（１０）． ［３］谭学龙．浅谈混凝土的碳化及其预防措施Ｌ刀．水利水电技术，２００３（４】． ［４］张宝生，葛勇．建筑材料学ｆ ．中国建材工业出版社，１９９４． ２．２工程原材料 ［５］钢筋混凝土结构设计规范『Ｍ１．中国建筑工业出版社，１９９９，２． 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 ［６］龚召熊，等．水工混凝土的温控与防裂【Ｍ１．中国水利水电出版社，１９９９，５． 加粉煤灰或矿渣等掺和料；严格进行拌和用水检验．避免氯离子等有 ［７］鞠丽艳，张雄．混凝土裂缝防治的两种新方法『Ｊ］．施工技术，２００２，７． 害离子超标；尽可能采用较小的水灰比，减少孔隙率；采用杂质少、粒径 适中、级配好、坚固性好的砂石骨料；合理使用和掺加减水剂和引气剂 等外加剂。 ２．３施工工艺 作者简介：郭旭东，女，从事水工结构的教学与科研工作。 张涛。男，从事道路桥梁的教学和科研工作。 严格执行施工监理和竣工验收制度．并进行耐久性专项质量检 验；制定完备的温控措施计划，在施工中严格执行；改进施工机械，改 ［责任编辑：王洪泽］ （上接第３８３页）碾压按照先轻后重、先边后中、由内到外的原则进行。 沥青混凝土路面的早期破坏时有发生．在国外类似问题也相当严 压路机的碾压速度不宜过快，一般为１．５．．２．４ｋｍ／ｈ。压路机不得在已完 重．因而如何全面提高沥青路面使用质量．延长路面使用寿命是我们 成的或正在碾压的路段上调头或急刹车．以避免破坏基层表面现象发 今后所努力的方向。在沥青混凝土施工过程中．要控制好沥青混合料 生。 的拌和、运输、摊铺和碾压等。各个环节要紧密有序，要始终坚持质量 ３．２．４沥青混凝土路面的接缝处理比常规热拌沥青混合料的接缝处 第一的指导思想，要严格进行现场检测和室内试验，包括拌和厂、施工 理要困难许多。因而施工中要尽可能避免冷接缝。因为沥青混凝土混 现场的各项温度检测与记录。ｌ参 合料一旦冷却后。质量相当坚硬，洋镐、切缝机很难处理。如不可避免 冷接缝，应在施工完，路面尚未完全冷却前，用切割机切创好，用然后 【参考文献】 ［１］姚利郎．改性沥青混凝土路面施工工艺控制【Ｊ］．山西交通科技，２００６（３）． 水将接缝处冲刷干净．继续施工时．涂刷粘层油即可摊铺新混合料施 工 ［２］管立东．浅谈沥青混凝土路面施工的质量控制【Ｊ］．山西建筑，２００９（４）． ［３］甘荣华，廖志雄．沥青路面的压实探讨叨．山西建筑，２００６（２２）． ４结语 ［责任编辑：汤静］ （上接第３９０页）较高的场她应钻探深井降低水压力，褥垫层施工前桩 利用工业废料——粉煤灰，不仅能节约大量水泥，还降低Ｔｍ程造 间浮土必须清除干净等几方面的监测工作。 价。Ｑ 一 ３结语 【参考文献】 ＣＦＧ桩复合地基设计方法与工程实现的研究［Ｄ】．武汉理工大学，２００３ ＣＦＧ桩适用于加固天然含水量较高、软土层厚在１６ｍ以内、原土 ［１］沈祥．ＣＦＧ桩在郑州地区的应用研究［Ｄ］．同济大学，２００４． 地基承载力较好的淤泥质土；ＣＦＧ桩施工成本较水泥搅拌桩高一些， ［２］魏玉琴．［３］ｔ瑞芳．ＣＦＧ桩复合地基工作性状研究［Ｄ】．武汉科技大学，２００３． 但成桩速度较快，并且地基承载力能在短时间内迅速提高。能大大缩 短工期，特别适用于工期要求较紧的软基处理工程；另外，ＣＦＧ桩可 ［责任编辑：汤静］ ３１９
