水闸混凝土结构病害成因研究和防治措施

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1、水闸混凝土结构病害成因研究和防治措施　　摘要：混凝土的碳化、裂缝、渗漏、剥蚀和内部钢筋的锈蚀是水闸混凝土最常见的老化病害形式，这五种病害给水闸的安全运用留下了隐患，严重影响了工程效益的发挥。本文对水闸混凝土结构不同类型病害形式的危害及成因进行了讨论和分析，并对不同类型病害形式的工程防治措施进行了归纳。关键词：水闸混凝土；老化病害；成因分析；防治措施中图分类号：TU528.36文献标识码：A文章编号：概述采用混凝土或钢筋混凝土结构修建的水闸建筑物统称为水闸混凝土。水闸混凝土经多年的运用，在复杂的自然条件和外力作用下，其材料性能和受力状态不断变化，老化病害严重，主要表现为混凝土的碳化，裂缝、渗漏

2、、剥蚀和内部钢筋的锈蚀。水闸混凝土结构的老化病害使得混凝土现有承载力不足，给水闸的安全运用留下了隐患，病害险情不断发生，影响了其工程效益的发挥。8混凝土的碳化和剥蚀使钢筋表面的钝化膜遭到破坏，失去对钢筋的屏障作用，从而导致钢筋锈蚀。钢筋的锈蚀将引起混凝土握裹力下降和钢筋有效截面积的减少，并可能由于因锈蚀产生的膨胀而造成混凝土保护层的崩落，影响整体结构的稳定。贯穿裂缝或深层裂缝的形成会破坏结构的整体性，改变原设计的应力分布图形以及混凝土建筑物的受力条件，从而有使局部甚至整体结构发生破坏的可能，而垂直深层裂缝不但影响结构稳定，还可能成为渗漏的通道。渗漏的形成可能引起地基的渗流变形，降低闸室的抗滑

3、稳定及两岸翼墙和边墩的侧向稳定性。上述混凝土的老化病害对水闸安全运行的影响和危害不容忽视，因此需要深刻分析病害的的形成原因才能“对症下药”，提出有效的防护修补措施。1病害成因分析1.1混凝土碳化机理由于混凝土是一个多孔体，其内部存在着大小不同的毛细管孔隙、气泡甚至缺陷等，空气中的二氧化碳（CO2）首先渗透到混凝土内部充满空气的毛细管中，然后溶解于毛细管中的液相，与水泥水化过程所产生的氢氧化钙（Ca(OH)2）和硅酸二钙（C2S）等水化产物相互作用，生成碳酸钙（CaCO3），使混凝土孔隙溶液PH值降低。混凝土的碳化是在气相、液相和固相中进行的一个复杂的多相物理化学连续过程。水闸混凝土碳化的影响

4、因素主要有混凝土的水泥用量、水灰比、密实度、空气中CO2的浓度及环境的相对湿度等。CO2的浓度越高碳化越快，当大气相对湿度为50%左右时，碳化最快，湿度过高或过低都会阻碍碳化的发展。1.2裂缝成因分析8裂缝主要由荷载、温度、干缩、地基变形、钢筋锈蚀、碱骨料反应、地基冻胀、混凝土质量差、水泥水化热温升等原因引起。常见的水闸混凝土裂缝类型有沉降裂缝、温度裂缝、应力裂缝、施工裂缝和腐蚀裂缝。沉降裂缝主要是由于水闸底板、铺盖、护坦和边墙因不能适应不均匀沉降而开裂形成裂缝，或闸室的胸墙以及梁板构件因相邻闸墩不均匀沉降导致支座相对变位而开裂形成裂缝。温度裂缝则是由于混凝土的温度变形受约束而产生的。如底板

5、、铺盖、护坦受地基约束，特别是受岩基的约束；闸墩底部受底板约束；固结于闸墩的上部结构受闸墩的约束，简支结构受支座摩阻力的约束等，这些受约束的混凝土构件在温度变化过程中因不能自由伸缩，常常在温降时因拉力过大而开裂形成裂缝；经常露出水面的铺盖、护坦和底板，因冬夏温差过大，循环胀缩而开裂形成裂缝。应力裂缝主要因设计配筋不够，施工质量差，或长期超载运行以及地震作用等产生的裂缝，多属深层裂缝，其走向基本与应力方向垂直。施工裂缝，顾名思义，主要是由于施工过程中对工作缝面处理不善而引起的，特别是在水闸改建和扩建过程中新旧混凝土接合处理不好容易产生施工裂缝。8腐蚀裂缝主要是由于海洋环境的腐蚀作用使钢筋锈蚀而

6、产生的混凝土顺筋裂缝。由于海水中氯离子（CL－）含量很高，而沿海水闸混凝土结构经常受外海潮浪冲击和浸泡，并长期处于含盐雾的大气中，使水闸混凝土中氯离子含量超标。海水中氯离子逐渐向钢筋混凝土结构内渗透，造成钢筋钝化膜破坏，从而引起钢筋锈蚀，钢筋的体积膨胀则造成面层混凝土的胀裂，因此，氯盐是威胁沿海水闸混凝土建筑物耐久性的最危险物质。1.3渗漏的成因分析渗漏主要是由混凝土密实性较差，裂缝、伸缩缝止水失效等原因引起，主要类型有点渗漏、线渗漏和面渗漏。1.4剥蚀的成因分析剥蚀是从混凝土的外观破坏形态着眼，对水闸混凝土结构物表面区混凝土发生麻面、露石、起皮松软和剥落等老化病害的统称。剥蚀主要是由冻融、

7、冲磨气蚀、钢筋锈蚀、化学侵蚀、碱骨料反应及低强风化等原因导致的。根据不同的破坏机理，可将剥蚀分为冻融剥蚀、冲磨和空蚀、钢筋锈蚀、水质侵蚀、风化剥蚀、对裂缝修补、渗漏处理、剥蚀破坏、碱骨料反应破坏等。1.5内部钢筋锈蚀成因分析8混凝土结构中钢筋的锈蚀实际上是钢筋电化学反应的结果。导致钢筋锈蚀的原因有两个：第一是混凝土的碳化深度超过混凝土保护层厚度，使钢筋表面的钝化膜遭到破坏而引起锈蚀；第二是大量氯离子（CL－）