水工建筑物混凝土的碳化和冻融破坏及防治

摘要：通过对混凝土的碳化、冻融破坏机理及影响因素分析，提出了水工建筑物混凝土碳化、冻融破坏的防治措施，原则上应为防重于治，以达到或延长工程的使用寿命。关键词：防治混凝土碳化冻融破坏水工建筑物１前言水工建筑物多以混凝土结构组成，而这些混凝土结构多处在气候恶劣的环境中，受泥沙、水流、物理、化学、气温等影响因素颇多。混凝土的破坏以碳化、冻融破坏为常见，致使许多水工建筑物的运行寿命大为缩短，造成极大浪费。如吉林省丰满水电站，大坝某处水平施工缝张口宽达1cm以上；又如唐海县双九河嘴东挡潮闸始建于1976年，到1986年许多混凝土构件已产生很多裂缝，钢筋裸露；还有我省宝鸡峡灌区混凝土渠道某些渠道某些区段也发生严重冻融破坏等等，所以有必要进一步探讨水工建筑物混凝土的碳化、冻融破坏机理及防治措施。２混凝土碳化、冻融破坏机理分析２．１混凝土的碳化混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中ＣＯ２气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ｃａ（ＯＨ）2＋ＣＯ2＝ＣａＣＯ3＋Ｈ2Ｏ。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Ｆｅ2Ｏ3和Ｆｅ3Ｏ4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。２．２混凝土的冻融混凝土的抗冻性是混凝土受到的物理作用（干湿变化、温度变化、冻融变化等）的一方面，是反映混凝土耐久性的重要指标之一。对混凝土的抗冻性不能单纯理解为抵抗冻融的性质，不仅在严寒地区混凝土建筑物有抗冻的要求，温热地区混凝土建筑物同样会遭到干、湿、冷、热交替的破坏作用，经历时间长久会发生表层削落，结构疏松等破坏现象，如浙江省的富春江水电站，湖南省的桃江水库等，都发生过不同程度的冻融破坏。所以对混凝土的冻融破坏的研究显得尤为重要。对混凝土冻融破坏的机理，目前的认识尚不完全一致，按照公认程度较高的，由美国学者T．C．Powerse提出的膨胀压和渗透压理论，吸水饱和的混凝土在其冻融的过程中，遭受的破坏应力主要由两部分组成。其一是当混凝土中的毛细孔水在某负温下发生物态变化，由水转变成冰，体积膨胀９％，因受毛细孔壁约束形成膨胀压力，从而在孔周围的微观结构中产生拉应力；其二是当毛细孔水结成冰时，由凝胶孔中过冷水在混凝土微观结构中的迁移和重分布引起的渗管压。由于表面张力的作用，混凝土毛细孔隙中水的冰点随着孔径的减小而降低。凝胶孔水形成冰核的温度在－78℃以下，因而由冰与过冷水的饱和蒸汽压差和过冷水之间的盐分浓度差引起水分迁移而形成渗透压。丽另外凝胶俊不断增大，形伙成更大膨胀压搅力，当混凝土建受冻时，这两谢种压力会损伤怜混凝土内部微热观结构，只有田当经过反复多鹊次的冻融循环巨以后，损伤逐映步积累不断扩絮大，发展成互油相连通的裂缝减，使混凝土的仔强度逐步降低逮，最后甚至完塘全丧失。从实负际中不难看出岩，处在干燥条厘件的混凝土显敏然不存在冻融巴破坏的问题，填所以饱水状态范是混凝土发生松冻融破坏的必伪要条件之一，拨另一必要条件百是外界气温正渡负变化，使混砌凝土孔隙中的狭水反复发生冻冤融循环，这两尽个必要条件，巨决定了混凝土椅冻融破坏是从脾混凝土表面开躺始的层层剥蚀遇破坏抹。忠肿３混凝土碳化台、冻融破坏影誓响及防赠治执席３．１混凝土夕碳化影响因素哗及防陷治强嚷３．１．１混觉凝土碳化影响欠因艳素哑粪影响混凝铁土碳化速度的珠因素是多方面雷的。首先影响头较大的是水泥秃品种，因不同警的水泥中所含帮硅酸钙和铝酸健钙盐基性高低修不同；其次，亲影响混凝土碳您化主要还与周纽围介质中Ｃ蜻Ｏ昆2饶的浓度高低及副湿度大小有关翻，在干燥和饱哪和水条件下，慨碳化反应几乎她终止，所以这锤是除水泥品种牺影响因素以外好的一个非常重赶要的原因；再乞次，在渗透水棕经过的混凝土卡时，石灰的溶印出速度还将决件定于水中是否颈存在影响Ｃａ沟（ＯＨ浆）独2驻溶解度的物质葵，如水中含有期Ｎ秩ａ荒2驻Ｓ素Ｏ咽4雪及少量Ｍ房ｇ水2切＋时，石灰的良溶解度就会增柔加，如水中含割有Ｃａ（ＨＣ游Ｏ僚3巴）男2秆的Ｍｇ（ＨＣ粗Ｏ住3股）或2咽对抵抗溶出侵贺蚀则十分有利著。因为它们在结混凝土表面形榨成一种碳化保拍护层；另外，慕混凝土的渗透怠系数、透水量寄、混凝土的过贿度振捣、混凝思土附近水的更那新速度、水流斩速度、结构尺徒寸、水压力及匀养护方法与混馆凝土的碳化都麦有密切的关系察。劣越３．１．２混层凝土碳化破坏黎的防鹿治芦钩对于混凝霞土的碳化破坏趁，我们在施工陕中总结出了一徐系列治理措施纯：一是，在施提工中应根据建铸筑物所处的地她理位置、周围骑环境，选择合金适的水泥品种里；对于水位变堵化区以及干湿旦交替作用的部芹位或较严寒地牛区选用抗硫酸设盐普通水泥；御冲刷部位宜选屯高强度水泥；担二是，分析骨问料的性质，如阿抗酸性骨料与飘水、水泥的作瓶用对混凝土的忍碳化有一定的余延缓作用；三伟是，要选好配帽合比，适量的菌外加剂，高质掏量的原材料，秀科学的搅拌和太运输，及时的吗养护等各项严烈格的工艺手段揉，以减少渗流敲水量和其它有营害物的侵蚀，养以确保混凝土汇的密实性；另颠外，若建筑物乌地处环境恶劣土的地区，宜采席取环氧基液涂常层保护效果较福好，对建筑物炮地下部分在其田周围设置保护宵层；用各种溶恨注液浸注混凝你土，如：用溶趋化的沥青涂抹模。还有，若建阶筑物一旦发生狱了混凝土碳化孟，最好采用环低氧材料修补，榨若碳化深度较栏大，可凿除混横凝土松散部分脱，洗净进入的冷有害物质，将街混凝土衔接面锈凿毛，用环氧愤砂浆或细石混砌凝土填补，最弟后以环氧基液搂做涂基保护绸。粘田３．２混凝土悦冻融破坏影响伞因素及防罗治湖护３．２．１混堡凝土冻融破坏很影响因族素捏断混凝土冻域融破坏的影响萌因素是多方面磁的。一是组成殖混凝土的主要森材料性质的影狠响，如；水泥籍的品种、水泥枪中不同矿物成侮份对混凝土的驶耐久性影响较夫大，又如骨料掠的影响，除了提骨料本身的质逼量对混凝土的阿抗冻性的影响虽以外，骨料的三渗透性和吸湿塞性对混凝土的笔抗冻性也有决贴定性的作用，叛由于湿度和强稠度的变化，会欠产生含针状物刑岩石体积的变扯化，这将会损宅坏已硬化的水抗泥砂浆和混凝执土表面，同时旦骨料的化学性葛能对混凝土的竖耐久性也将产亭生一定的影响棕；二是外加剂金的影响，在混刺凝土施工过程负中掺入引气剂烫或减水剂对改堂善混凝土的内掏部结构，改善眠混凝土的内部伙孔隙结构可起美到缓冲冻胀的柏作用，大大降磁低冻胀应力，暑提高混凝土的辛抗冻性；三是尼施工工艺影响用，配合比、混或凝土的施工、乖硬化条件等都中与混凝土的耐擦久性有密切的雹关系，同时混勺凝土中的单位考用水量是影响开混凝土抗冻性概的一个重要因换素。此外混凝怎土的表面、边轻角和工作缝部司位处于最不利伤的工作条件，禁所以混凝土模踩板种类、性质肯和表面加工情傅况以及工作缝毅的处理对混凝置土的耐久性也锤有很大的影响旅；四是防止受登水位变化影响中，寒冷季节水催位变化会引起哪混凝土的严重段冻融破坏需采益取有力措施防殿止；五是严格聚控制施工质量梢，混凝土施工眯质量的好坏，浸将影响它的抗茂冻性，因此必判须把好质量关察，不允许出现痕蜂窝、麻面，艇力求密实，表范面光滑惯。伸沉３．２．２混兵凝土冻融破坏蚀的防肾治报蠢对于混凝土冻哲融破坏的防治输，结合我们的娘施工实践，总功结出了如下几蜻点照：赤扬（１）预淋防措施。一是库在混凝土施工毛中应根据不同复情况选择含有包不同矿物成份称和不同性能的怒水泥、骨料和龄外加剂，从材庄料方面确保混堂凝土的耐久性植；二是严格混鞠凝土制作配合验比蓝，一定要根据扬结构类型和所亚处的环境条件扬，试验确定关循键参数，主要清是降低混凝土叨的水灰比，水于泥水化所需水逆分仅为其重量拐的２５％左右杰，若水量增加舞，多余的水就统游离析出，产转出孔隙，饱和倾后易受冻胀破隔坏；另外掺入誓引气型外加剂四是提高混凝土讲抗冻性最有效淋的途径之一；昏三是人为地优住化建筑物混凝伶土构件周围的棚环境条件，以买减少或改善致鸣使混凝土冻融好的各种不利因孤素油。唱漠（２）治确理措施码。异①虹水泥砂浆修补拢，适用于轻微弃的表层破坏柔；证②额预缩砂浆修补己，所谓预缩砂陈浆是指经拌和训好之后再归堆藏放沃置尘3舱0露～崇90mi旁h呼后才使用的干咱硬性砂浆，此见种方法适高速谜水流区混凝土芒表面的损坏缺；锄③塞喷浆修补，多巩用于混凝土冻姥融破坏化较严火重的部位；喷盟混凝土修补，默是指经施高压英将混凝土拌料淡以高速运动注爆入被修补的部阅位，其密度及替抗渗性较一般暮混凝土好，且沫具有快速，高夸效的特点悟；旧④宣环氧材料修补柿，一般有环氧枕基液、环氧砂泪浆和环氧混凝充土等，这种材销料具有较高的沫强度和抗蚀、果抗渗能力，并畏与混凝土结合吊力较强，但价咬格较贵，施工超工艺复杂，材阅料配比严格，棵此法可与其它穗修补方法配合黎使用，效果更备佳；总之我们衔应当根据水工诚建筑物所处的走环境、位置和侍冻融破坏的程脉度以及原混凝映土构件制作的旁主要材料性能饼综合选用不同后的修补