水工混凝土建筑物老化的原因与防治措施论文
1、 引言
混凝土是水利工程中广泛应用的建筑材料， 用它建造的闸、坝、渡槽、涵管、隧洞、电站厂房等水工建筑物数不胜数。这些建筑物， 随着运行年龄的增长、运行条件的改变、环境的变化， 病害日趋严重， 谓之为混凝土建筑物的老化或劣化。尤其是那些设计欠妥、施工质量差和管理不善的建筑物， 问题更为突出， 有的已危及建筑物的安全运行， 使水利水电工程的社会效益和经济效益受到了很大的损失。所以， 混凝土建筑物的老化问题引起了广泛关注和重视。探讨混凝土建筑物老化的原因和寻求防治的对策， 也成为工程技术人员的热门课题。
2、 我国水工混凝土建筑物的病害情况
我国水利水电混凝土工程中存在的病害主要可归纳为六类：
（1） 混凝土的裂缝。水工混凝土建筑物中裂缝问题大量存在， 且以水电站厂房钢筋混凝土结构中的裂缝更令人瞩目， 有的已危及安全生产。
（2） 渗漏和溶蚀。渗漏问题与裂缝问题同样普遍存在， 渗漏对大坝混凝土产生了溶蚀破坏， 并由此还带会来的其它病害。
（3） 冲刷磨损和气蚀破坏。该类破坏主要集中在黄河流域和西南地区。
（4） 冻融破坏。东北、西北和华北地区， 冻融破坏是大坝混凝土的主要病害之一， 又以东北地区最严重。
（5） 混凝土的碳化和钢筋锈蚀。由于空气中二氧化碳对混凝土的侵蚀， 引起钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀破坏， 危害严重的主要是电厂的钢筋混凝土结构和钢筋混凝土闸。
（6） 水质侵蚀。西北地区的硫酸盐侵蚀及华东地区的工业污水侵蚀， 已经造成了混凝土水工建筑物的破坏， 有的还构成了安全运行的潜在威胁。
除以上六类主要病害外， 在大坝混凝土中还存在低强风化剥落， 碱骨料反应， 坝顶局部升高等问题。
3、 混凝土老化的原因
混凝土老化的原因虽然十分复杂， 但是大体上可分为物理的和化学的两个方面。
3.1、 物理原因
混凝土劣化的物理原因有两类：
第一类是表面的磨损破坏， 有磨耗、漂蚀、空蚀三种现象。磨耗容易理解；漂蚀是由于流水中的固体悬浮物， 如砂砾、浮冰等对混凝土冲撞时发生的破坏；至于空蚀， 却是个有趣的现象， 起因是在激流之中压力降低， 产生气泡， 从面对混凝土反复施加负压和高压的冲击， 致使混凝土表面逐渐脱落和形成空洞。
第二类是混凝土受到外力的作用， 体积变化和严峻的环境温度变化所产生的破坏性的裂缝。所谓外力的作用是指超载、撞击以及周期荷载；体积变化主要是由混凝土内部和外部的温度梯度和湿度梯度引起的；环境温度变化的影响， 则是指冻融循环的作用和火灾的影响。
3.2、 化学原因
使混凝土劣化的化学原因比物理原因更为复杂， 它亦可以分为三类。
第一类是由于混凝土中硬化水泥浆体的成分受到水解和浸析等反应所引起的。主要是水泥浆体中的氢氧化钙， 在浸水、渗水时， 被水份溶解， 接着又被水份带走， 于是在水泥浆体中留下大量孔隙；同时使孔隙中的碱度降低， 促使水泥浆体中的水化硅酸钙和水化铝酸钙成分发生水解， 再发生浸析， 这就是所谓水解和浸析反应。软水的水解和浸析更为明显， 如果水压大、水流急， 混凝土渗透性高， 这种反应过程更会加速， 这一类侵蚀的恶果是使混凝土中孔隙增加， 不但导致强度降低， 而且为外界侵蚀性介质的入侵大开方便之门， 于是各种各样的侵蚀介质不断进进出出， 加速了混凝土的破坏。
第二类是侵蚀性介质与水泥浆体成分之间的反应。比如， 混凝土受到酸性溶液的作用， 使混凝土内部孔隙中溶液的碱度降低、石灰溶解以及水化硅酸钙和水化铝酸钙发生水解分解， 酸和钙离子作用， 便生成可溶性物质。而水份的浸析， 又把这些可溶性物质移走， 也使混凝土内部孔隙增加， 强度降低；另一些有机酸的介质也能与钙离子作用， 虽然所生成的是不溶解物质， 体积也不一定发生膨胀， 但是使水泥浆体的结构软化， 孔隙增大， 渗透性也增大；还有一种化学反应是在硫酸镁溶液等介质的作用下， 水泥浆体中水化硅酸钙的钙离子为介质中的镁离子所置换， 沉淀出氢氧化镁， 当混凝土受海水长期的侵蚀， 就可以观察到这种现象， 氢氧化镁也是一种软质的凝胶， 也能使水泥浆体结构软化。
第三类是侵蚀性介质形成膨胀性产物的反应。这类反应在受到海水或硫酸盐侵蚀的混凝土中很容易发现。主要是硫酸盐与水泥水化产物的作用生成钙矾石 （水化硫铝酸钙结晶） 和石膏。钙矾石破坏的现象是混凝土胀裂。众所周知， 钙矾石在很多年以前就被称为“米黑里斯杆菌”, 就已经被看作是可怕的破坏混凝土机体的“白死病”的病菌；另一种膨胀性的破坏是碱-骨料反应；即水泥中的碱性物质与活性骨料之间的反应；此外， 钢筋的锈蚀， 也是化学反应膨胀产物引起混凝土破坏的一种形式。
以上三类化学原因中， 第一、二两类造成的破坏是逐渐发展的， 使混凝土强度随着时间增长而逐渐变弱；而第三类， 前期虽有一段渐变过程， 但到了后期， 往往使混凝土很快出现裂缝、剥落、爆裂等现象。现在发现， 钢筋混凝土结构破坏的化学原因， 多半是第三类。
4、 混凝土老化的观测
4.1、 表面观测
混凝土老化的表面观察内容有：裂缝、剥落、破碎、爆裂、化学侵蚀、斑渍、露筋、渗漏析出物状况等。
观测方法有：表面硬度试验， 如用回弹仪测定混凝土表面回弹值， 或用落锤法测定凹印推测混凝土强度等；音速法， 如用超声法来检测混凝土体内的裂缝长度、宽度以及混凝土的强度， 用机械打击检测混凝土的强度等。
4.2、 内部状况观测
观测方法和内容为：钻取芯样测定混凝土强度和密实度、含水量， 观察碱-骨料反应迹象、骨料状况、钢筋状况、接缝状况等；引拔试验， 即在混凝土中预埋引拔试杆， 检查时将试杆从混凝土中拔出， 从引拔强度推测混凝土抗压强度；钻取芯样后， 用酚酞酒精溶液检测混凝土碳化深度及观察钢筋锈蚀情况。
5、 混凝土老化的防与治
5.1、 混凝土老化的预防
对混凝土工程的调查表明， 混凝土的寿命是可以很长的， 而且经常性的维修费用也很少， 也说， 只要认真做好预防工作， 混凝土的衰老是可以廷缓的。
国内外混凝土专家都在积极进行廷缓混凝土衰老的.研究。研究重点是通过对混凝土劣化和破坏的过程及机理的分析， 弄清楚实际环境中侵蚀混凝土的单一因素、综合因素和主要因素， 然后提出有效的防止对策。
行之有效的对策有：在混凝土中掺加引气剂， 这是对付冻融循环破坏的有效办法， 因为引气混凝土中的微细气泡能起减压作用， 显着增强了抗冻能力；又如在混凝土中应用粉煤灰、磨细高炉矿渣等活性粉料， 可以有减少水泥用量、相应减少碱含量、氢氧化钙含量， 减少浸析作用， 抑制碱-骨料反应， 并能使混凝土内部结构致密， 降低水化热， 减少出现温度裂缝的危险性；尤其是活性粉料和减水剂等化学外加剂的结合使用， 对提高混凝土的质量、延缓它的老化效果尤佳， 这种办法比聚合物水泥混凝土和聚合物浸渍混凝土经济得多， 因此已引起国内外工程界的重视。
5.2、 老化混凝土的治理
对老化混凝土的治理， 有以下几种方法：
（1） 混凝土更新
有些部位需全部凿去已劣化的混凝土， 以置换新的。一般开凿时使用风镐， 清除疏松表面时采用喷砂， 安置模板， 在新老混凝土的结合面上喷涂砂浆， 浇筑新混凝土通常采用气压浇注的办法， 并须加以适当的振实。在有些情况下， 采用在混凝土中加入少量铝粉的办法 （每100公斤水泥加铝粉4~6克） 使新混凝土略有膨胀， 有助于与老混凝土紧密结合。也有的掺用膨胀剂、膨胀水泥、或专用的混凝土快硬外掺剂等。
（2） 表面缺陷的修复
如果只是发现建筑物的表面混凝土劣化， 或局部的剥落、爆裂， 就只需在表面上清除劣化或疏松的部分， 填补一层新混凝土， 必要时在修复面积较大、厚度较深的情况下， 还须埋设钢筋拉杆和焊接钢丝网片， 然后再浇灌或喷射新混凝土。如果是混凝土路面发现剥落现象， 则可用环氧砂浆或环氧混凝土修补。
（3） 干堵法
干堵法比较简便， 适用于填补不太深的洞穴。就是将稠度较为干硬的水泥砂浆， 分层堵入洞穴， 并逐一用棒锤捣压平整。
（4） 表面涂层和新混凝土层
有些混凝土劣化的程度或深度有限， 或由于其它种种原因， 不能凿除表面的混凝土， 而需要增强混凝土对环境侵蚀的抵抗力， 往往只采用施加表面涂层的办法。近年常用有机硅、环氧树脂漆、橡胶涂料和橡胶沥青涂料等， 喷涂在混凝土表面上， 效果较好。根据研究， 如再加铺一层细石混凝土， 增强耐久性的效果则更好。
（5） 裂缝修补
裂缝的修补， 要根据具体情况， 选择封缝或灌缝的方法。封缝材料主要是沥青、橡胶沥青、聚硫化合物、环氧树脂等， 灌缝材料有粉煤灰无机灌浆材料、化学灌浆材料等。施工的方法则有冷法和热法之分。
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