提高水工钢筋混凝土结构耐久性措施探究

摘要：钢筋混凝土结构是钢筋和混凝土的结合.这种结构可以将两者的优点结合起来。它既具有钢筋抗拉性能，又能利用混凝土的抗压性能。此外，由于绘制混凝土材料容易，可以降低工程成本。因此，混凝土已成为建筑设计的首选。虽然钢筋混凝土有许多优点，但近年来，对大量实际工程进行了调查。人们发现钢筋混凝土结构有不同程度的耐久性问题。有许多钢筋混凝土结构往往无法修复和加固以达到设计时代。其中最重要的因素是它的耐用性。钢筋混凝土建筑的耐久性在国内外都有出现，这使得各国研究者对其耐久性进行了分析和研究。

关键词：钢筋混凝土结构；防护措施；耐久性；钢筋锈蚀

钢筋混凝土结构由于同时具有抗压和抗拉的双重作用且受力性能较好，而广泛应用于不同结构工程。但目前该结构的耐久性越来越引起相关学者的研究。

1钢筋混凝土结构的耐久性

将结构在使用环境、自然环境及内部因素作用下，自身工作能力的性能成为混凝土结构的耐久性。按照环境的不同，可以分为工业环境、土壤环境、海洋环境及大气环境。混凝土结构内部作用指化学作用与物理作用。因为钢筋混凝土的耐久性问题而出现的结构性的变化导致结构的承载能力下降，影响结构的安全。由于我国混凝土的质量检验中，习惯将单一的强度指标作为标准进行衡量，这就使得水泥在生产中只追求强度的变化，而导致细度增加，不利于混凝土的耐久性。水泥质量检验中，在强度要求上不低于最低许可值，这与国外是不同的，国外要求不高于规定的最高值，强度超标也认为是不合格的。主要目的是为了保证建筑结构的耐久性。当前国内一些施工单位，受资金的影响或政府干预，在施工进度上要求加快，也对混凝土的耐久性产生影响。而钢筋混凝土耐久性失效的主要原因是由于结构设计、施工以及维护中存在问题，如在设计中只注重强度设计，忽视耐久性设计；在结构使用中，维护不当造成耐久性下降等。对于钢筋混凝土结构而言，加强其耐久性应该从改善混凝土自身性能及防治钢筋锈蚀两个方面入手，以提高结构的耐久性。

2水工钢筋混凝土结构耐久性失效的原因

2.1外力荷载引起的裂缝

钢筋混凝土结构在荷载作用下，很多情况下在截面上会产生弯矩、剪力、轴向拉力以及扭矩等内力，而混凝土属于抗拉能力较弱而抗压能力较强的材料，结构设计中主要考虑钢筋抗拉而混凝土抗压，所以，在截面上受拉一侧的混凝土拉应变一般都大于混凝土的极限拉应变，因此构件通常是带裂缝工作的。结构在一些特殊工作状态和施工状态下还可能产生次应力裂缝。次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。裂缝产生的原因有：①常规计算同实际工作状态有出入或常规计算未考虑，从而在某些部位引起次应力导致结构开裂。②结构中经常需要开挖洞室、设置牛腿等，常规设计中一般根据经验设置受力钢筋。有研究表明，受力构件挖孔后，应力流将产生绕射现象，在孔洞附近密集，产生巨大的应力集中，若处理不当，在这些结构的转角处或构件形状突变处、受力钢筋截断处容易出现裂缝。

2.2混凝土材料性质和强度过低导致的风化、冲刷磨损、空蚀、冻融等病害

水利工程中，大部分混凝土结构长期处于室外环境，混凝土由于风化作用导致强度明显降低，致使结构或构件在使用后期满足不了强度要求。处于高速水流特别是挟沙水流作用下的混凝土结构和构件会产生冲刷磨损，或者由于结构表面不平整，在混凝土表面形成真空，产生空蚀破坏，致使混凝土被剥落。混凝土水化结硬后，内部有很多孔隙，非结晶水滞留在这些孔隙中。在寒冷地区，由于低温时混凝土孔隙中的水冻结成冰后产生体积膨胀，引起混凝土结构内部损伤。在多次冻融循环作用下，混凝土结构内部损伤逐渐积累达到一定程度后引起宏观的破坏，破坏前期表现为混凝土强度和弹性模量降低，接着是混凝土由表及里地剥落。我国部分地区特别是北方地区的水工混凝土结构冻融破坏相当严重。当混凝土孔隙溶液中含有一定量的氯离子时，混凝土的冻融破坏会加剧。

3水工混凝土结构耐久性主要控制措施

3.1确定合理使用年限

根据SL654-2014《水利水电工程合理使用年限及耐久性设计规范》，依据水工建筑物工程等别和建筑物级别确定永久性水工混凝土结构合理使用年限。对于综合利用的水工混凝土结构，其设计合理使用年限按其中最高的年限确定。

3.2外加剂

外加剂的品种、掺量应根据工程技术要求、环境条件通过试验确定。不同外加剂之间、外加剂与水泥及矿物掺合料之间应具有良好的相容性；有抗冻要求的混凝土结构，宜掺用引气剂。原材料使用前应按规定进行复检，复检合格后方可使用。

3.3耐锈蚀复合钢筋

在当前的建筑市场上，常用的耐锈蚀复合钢筋有热浸锌钢筋、不锈钢包覆钢筋和MMFX钢筋等，其均能不同程度地提高钢筋的耐锈蚀能力，进而提高水工钢筋混凝土结构的耐久性。热浸锌钢筋表面的热浸锌覆盖层，能够将钢筋与腐蚀性环境隔离开，使钢筋免受锈蚀，并能够为钢筋的碳素钢钢芯提供强有力的阴极保护作用，该项作用与其表面的热浸锌覆盖层的厚度与完整性成正比例关系。热浸锌钢筋的耐锈蚀时间长，且其造价也不高。美国Michigan桥和Wyoming桥在建造过程中使用了大量的热浸锌钢筋，效果良好。不锈钢包覆钢筋的表面包覆有一层不锈钢，通常通过两种工艺轧制，一种是先把碳素钢颗粒高压填充到不锈钢钢管中，再把钢管轧制成钢筋；另一种是先在碳素钢钢棒表面喷涂一层一定厚度不锈钢，再把其轧制成钢筋。此种包覆钢筋耐锈蚀性能良好，并且使用寿命较长。美国维吉尼亚大桥的桥面板钢筋混凝土中使用了不锈钢包覆钢筋，效果良好。

4結语

由于目前对钢筋混凝土构件耐久性的研究多集中在设计上，而忽略既有建筑的耐久性分析。此外，尽管钢筋混凝土结构存在较多的因素会影响到其耐久性，但是影响其耐久性的重要因素是钢筋的锈蚀。结构在设计过程中应当对保护层的厚度以及断面形式进行合理的设置，结构在施工时必须对混凝土的质量进行严格的控制，以提高混凝土抗渗透力以及其密实度，从而使钢筋实现减缓锈蚀的目的，这也是改善钢筋混凝土耐久性的关键且基本的措施。

参考文献：

[1]潘志鹏.影响钢筋混凝土结构耐久性因素分析与控制措施探讨[J].福建建材，2015（07）：15-17.

[2]苟林峰.影响钢筋混凝土结构耐久性的因素和处置措施[J].国防交通工程与技术，2013（S1）：85-87.

（作者单位：河北省水利水电勘测设计研究院）

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