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摘要：本文主要从发生裂缝的机理分析入手，从耐久性的概念、导致耐久性失效的原因、耐久性设计的原则、规范对结构耐久性所提出的要求等方面进行阐述，分析了影响水工混凝土结构耐久性的因素探讨。
关键词：耐久性;失效;钢筋锈蚀;保护层;环境条件
中图分类号：TU392.2 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
目前，我国大型混凝土及钢筋混凝土水闸、水坝都存在裂缝及渗漏病害、空蚀和冲刷磨损破坏、冻融破坏;、水质侵蚀、混凝土顺筋胀裂等耐久性问题。这主要是由于没有按混凝土结构耐久性的要求正确选择原材料的品种，施工中不遵循规章，水灰比失控及振捣、养护欠妥导致的。此外，混凝土结构的设计人员偏重于从结构的承载力角度考虑问题，缺乏对混凝土结构耐久性的充分认识，也是一个重要原因。由于结构产生了裂缝而影响到工程的质量，分析裂缝产生原因及如何控制裂缝的形成和发展，对有效保证工程的耐久性、改善结构性能达到寿命使用年限有非常重要的意义。
二、混凝土结构耐久性的概述
混凝土结构的耐久性是指结构在使用环境下，对物理的、化学的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀作用的抵抗能力。耐久性好的混凝土结构暴露于使用环境时，具有保持原有形状、质量和适用性的能力。结构的耐久性与与结构的使用寿命总是紧密联系的，结构的耐久性越好，则使用寿命越长。大体积钢筋混凝土结构中，由于结构截面大、体积大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩膨胀。由此引起的温度应力导致钢筋混凝土产生裂缝。裂缝产生的主要原因：一是由外荷载引起的裂缝：二是由结构的实际工作状态和计算假设模型的差异引起的结构次应力裂缝；三是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形应力裂缝。当变形受到约束时便产生应力。应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料钢筋混凝土结构，已成为界上应用最为广泛的结构形式。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成，有混凝土保护层钢筋也不会发生锈蚀。因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的，从而忽视了钢筋混凝土结构的耐久性问题，对钢筋混凝土结构耐久性的研究相對滞后，为此付出了巨大的代价。因此加强混凝土结构耐久研究，提高设计质量，延长结构使用寿命，是摆在面前的一个很重要的现实课题和任务。
三、混凝土结构的耐久性要求及提高耐久性的措施
设计永久性水工建筑物时，耐久性是结构必须满足的功能之一。混凝土结构的耐久性与结构所处环境条件、结构使用条件、结构形式和细部构造、结构表层保护措施以及施工质量等均有关系。耐久性设计主要根据规范对耐久性的要求采取以下保证措施。
1.划分混凝土结构的环境类别
设计永久性建筑物时，应满足结构的耐久性要求。建筑物所处的环境条件可划分为四类，设计时可按结构所处的不同类别提出相应的耐久性要求。也可根据结构表层保护措施的实际情况及预期的施工质量控制水平，将环境类别适当提高或降低，但不应低于一类环境，也不应高于四类环境。临时性建筑物及大体积结构的内部混凝土可不提出耐久性要求。
2.原材料的选择与配料比
为保证结构具有良好的耐久性，首先应正确选用原材料，加强原材料质量检测。例如:环境对混凝土有硫酸盐侵蚀时，应优先采用抗硫酸盐水泥;有抗冻要求时应优先采用大坝水泥及硅酸盐水泥并掺用引气剂；位于水位变化区的混凝土宜避免采用火山灰硅酸盐水泥。对于骨料应控制杂质的含量，特别应避免含有蛋白石等有潜在活性会引起碱一骨料反应的颗粒。对于有耐久性要求的结构，混凝土强度等级不宜过低，应按不同环境条件类别，采用不低于《规范》中所列的最低值。混凝土的水灰比对耐久性的影响很大。实验证明，当水灰比小于0.3时，钢筋就不会锈蚀。国外一些海工混凝土建筑的水灰比一般都控制在0.45以下。所以在设计时应严格控制混凝土的水灰比，使其不大于《规范》中所列数值。水泥用量也是影响混凝土的密实性和碱性(抗碳化能力)的重要因素。为提高耐久性，混凝土的水泥用量不宜少于《规范》中所列数值。混凝土的密实性会严重影响结构的耐久性，因此混凝土的级配、拌和、运输、浇筑、振捣和养护应严格遵照施工规范的规定。
3.混凝土抗渗性
混凝土越密实，水灰比越小，其抗渗性越好。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示，水工混凝土抗渗等级按28d龄期的标准试件测定，分为W2,W4,W6,W8,W10,W12六级。设计中根据建筑物开始承受水压力的时间，也可以利用印天或90天龄期的试件测定。水工混凝工所需要的抗渗等级应根据所承受的水头、水力梯度以及下游排水条件、水质条件和渗水的危害程度等因素确定，并不得低于《规范》中所列数值。掺用加气剂、减水剂可以显著提高混凝土的抗渗性能。
4.混凝土的抗冻等级
混凝土处在冻融交替的环境，如果抗冻性不足，就会发生剥蚀破坏。调查指出在严寒和寒冷的地区混凝土的剥蚀是极为严重的，水工混凝土特别是处于长期潮湿条件下建筑物的阴面及水位变化部位，即使在气候温和的地区，也会疏松以致剥蚀露筋。如果抗冻性不足则此问题更为突出。混凝土的抗冻性用抗冻等级来标志，按28d龄期的试件用快冻试验方法测定，分为F400,F300,F200,F150、F100,F50六级。经论证，也可用60d或90d龄期的试件测定。对于有抗冻要求的混凝土结构，应按《规范》根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和度、结构构件重要性和检修条件等选其水泥、掺合料、外加剂的品种和数量，水灰比、配比及含气量等应通过试验确定或按照《水工建筑物抗冻设计规范》选用。
5.结构配筋与型式
结构的型式应有利于排去局部积水，避免水气凝聚于区间。当环境条件类别为三、四类时、钢筋混凝土结构不宜采用薄壁和薄腹型的多棱角结构型式，以免多方向掺C02，加快混凝土的碳化速度。传统的设计观点是尽可能采用细直径、密间距的配筋方式，使横向的受力裂缝能分散和变细，但对于普通钢筋混凝土，横向受力裂缝的危害并不十分严重，而在某些结构部位，构造钢筋及预埋件特别多，如果加上过密的配筋，反而会造成混凝土浇筑不易密实的缺陷。不密实的保护层将严重降低结构的耐久性。因此，配筋方式应全面研究而不宜片面强调密而细的方式。对遭受高速水流空蚀的部位，应改善结构型式与通气条件，提高混凝土密实度，严格保证结构表面的平整度或采用专门防护面层。有泥沙磨蚀的部位，应采用质地坚硬的骨料，降低水灰比，提高混凝土强度等级，改进施工方法，必要时可采用耐磨护面材料。同时结构构件在正常使用阶段的受力裂缝宽度也应控制在允许的范围内，特别对于配置高强钢筋预应力混凝土构件则必须严格抗裂。因为，高强钢筋稍有锈蚀，就易引发应力腐蚀而脆断。
四、结束语
随着我国水利水电建设规模的扩大和进一步发展，对水工混凝土结构耐久性重要性认识逐渐增强。然而，我国地域辽阔，环境条件复杂，虽经几十年的努力，但混凝土工程的耐久性问题仍未得到根本解决。但是，提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势，该项目的研究和推广有着不可估量的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]陈玲,张桂花,关万武,孙淑侠. 水工混凝土结构耐久性研究[J]. 水资源与水工程学报,2006,04:62-64.
[2]邹林. 水工混凝土结构耐久性的影响因素与提高措施[J]. 长江工程职业技术学院学报,2005,03:15-17.
[3]刘艳玲,刘作臣. 水工混凝土结构耐久性的影响因素和研究内容[J]. 河南水利与南水北调,2009,10:55-56.
关键词：耐久性;失效;钢筋锈蚀;保护层;环境条件
中图分类号：TU392.2 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
目前，我国大型混凝土及钢筋混凝土水闸、水坝都存在裂缝及渗漏病害、空蚀和冲刷磨损破坏、冻融破坏;、水质侵蚀、混凝土顺筋胀裂等耐久性问题。这主要是由于没有按混凝土结构耐久性的要求正确选择原材料的品种，施工中不遵循规章，水灰比失控及振捣、养护欠妥导致的。此外，混凝土结构的设计人员偏重于从结构的承载力角度考虑问题，缺乏对混凝土结构耐久性的充分认识，也是一个重要原因。由于结构产生了裂缝而影响到工程的质量，分析裂缝产生原因及如何控制裂缝的形成和发展，对有效保证工程的耐久性、改善结构性能达到寿命使用年限有非常重要的意义。
二、混凝土结构耐久性的概述
混凝土结构的耐久性是指结构在使用环境下，对物理的、化学的以及其他使结构材料性能恶化的各种侵蚀作用的抵抗能力。耐久性好的混凝土结构暴露于使用环境时，具有保持原有形状、质量和适用性的能力。结构的耐久性与与结构的使用寿命总是紧密联系的，结构的耐久性越好，则使用寿命越长。大体积钢筋混凝土结构中，由于结构截面大、体积大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩膨胀。由此引起的温度应力导致钢筋混凝土产生裂缝。裂缝产生的主要原因：一是由外荷载引起的裂缝：二是由结构的实际工作状态和计算假设模型的差异引起的结构次应力裂缝；三是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形应力裂缝。当变形受到约束时便产生应力。应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
混凝土是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料钢筋混凝土结构，已成为界上应用最为广泛的结构形式。在人们的传统观念中总是认为钢筋混凝土结构是由最为耐久的混凝土材料浇筑而成，有混凝土保护层钢筋也不会发生锈蚀。因此，对钢筋混凝土结构的使用寿命期望值也是很高的，从而忽视了钢筋混凝土结构的耐久性问题，对钢筋混凝土结构耐久性的研究相對滞后，为此付出了巨大的代价。因此加强混凝土结构耐久研究，提高设计质量，延长结构使用寿命，是摆在面前的一个很重要的现实课题和任务。
三、混凝土结构的耐久性要求及提高耐久性的措施
设计永久性水工建筑物时，耐久性是结构必须满足的功能之一。混凝土结构的耐久性与结构所处环境条件、结构使用条件、结构形式和细部构造、结构表层保护措施以及施工质量等均有关系。耐久性设计主要根据规范对耐久性的要求采取以下保证措施。
1.划分混凝土结构的环境类别
设计永久性建筑物时，应满足结构的耐久性要求。建筑物所处的环境条件可划分为四类，设计时可按结构所处的不同类别提出相应的耐久性要求。也可根据结构表层保护措施的实际情况及预期的施工质量控制水平，将环境类别适当提高或降低，但不应低于一类环境，也不应高于四类环境。临时性建筑物及大体积结构的内部混凝土可不提出耐久性要求。
2.原材料的选择与配料比
为保证结构具有良好的耐久性，首先应正确选用原材料，加强原材料质量检测。例如:环境对混凝土有硫酸盐侵蚀时，应优先采用抗硫酸盐水泥;有抗冻要求时应优先采用大坝水泥及硅酸盐水泥并掺用引气剂；位于水位变化区的混凝土宜避免采用火山灰硅酸盐水泥。对于骨料应控制杂质的含量，特别应避免含有蛋白石等有潜在活性会引起碱一骨料反应的颗粒。对于有耐久性要求的结构，混凝土强度等级不宜过低，应按不同环境条件类别，采用不低于《规范》中所列的最低值。混凝土的水灰比对耐久性的影响很大。实验证明，当水灰比小于0.3时，钢筋就不会锈蚀。国外一些海工混凝土建筑的水灰比一般都控制在0.45以下。所以在设计时应严格控制混凝土的水灰比，使其不大于《规范》中所列数值。水泥用量也是影响混凝土的密实性和碱性(抗碳化能力)的重要因素。为提高耐久性，混凝土的水泥用量不宜少于《规范》中所列数值。混凝土的密实性会严重影响结构的耐久性，因此混凝土的级配、拌和、运输、浇筑、振捣和养护应严格遵照施工规范的规定。
3.混凝土抗渗性
混凝土越密实，水灰比越小，其抗渗性越好。混凝土的抗渗性用抗渗等级表示，水工混凝土抗渗等级按28d龄期的标准试件测定，分为W2,W4,W6,W8,W10,W12六级。设计中根据建筑物开始承受水压力的时间，也可以利用印天或90天龄期的试件测定。水工混凝工所需要的抗渗等级应根据所承受的水头、水力梯度以及下游排水条件、水质条件和渗水的危害程度等因素确定，并不得低于《规范》中所列数值。掺用加气剂、减水剂可以显著提高混凝土的抗渗性能。
4.混凝土的抗冻等级
混凝土处在冻融交替的环境，如果抗冻性不足，就会发生剥蚀破坏。调查指出在严寒和寒冷的地区混凝土的剥蚀是极为严重的，水工混凝土特别是处于长期潮湿条件下建筑物的阴面及水位变化部位，即使在气候温和的地区，也会疏松以致剥蚀露筋。如果抗冻性不足则此问题更为突出。混凝土的抗冻性用抗冻等级来标志，按28d龄期的试件用快冻试验方法测定，分为F400,F300,F200,F150、F100,F50六级。经论证，也可用60d或90d龄期的试件测定。对于有抗冻要求的混凝土结构，应按《规范》根据气候分区、冻融循环次数、表面局部小气候条件、水分饱和度、结构构件重要性和检修条件等选其水泥、掺合料、外加剂的品种和数量，水灰比、配比及含气量等应通过试验确定或按照《水工建筑物抗冻设计规范》选用。
5.结构配筋与型式
结构的型式应有利于排去局部积水，避免水气凝聚于区间。当环境条件类别为三、四类时、钢筋混凝土结构不宜采用薄壁和薄腹型的多棱角结构型式，以免多方向掺C02，加快混凝土的碳化速度。传统的设计观点是尽可能采用细直径、密间距的配筋方式，使横向的受力裂缝能分散和变细，但对于普通钢筋混凝土，横向受力裂缝的危害并不十分严重，而在某些结构部位，构造钢筋及预埋件特别多，如果加上过密的配筋，反而会造成混凝土浇筑不易密实的缺陷。不密实的保护层将严重降低结构的耐久性。因此，配筋方式应全面研究而不宜片面强调密而细的方式。对遭受高速水流空蚀的部位，应改善结构型式与通气条件，提高混凝土密实度，严格保证结构表面的平整度或采用专门防护面层。有泥沙磨蚀的部位，应采用质地坚硬的骨料，降低水灰比，提高混凝土强度等级，改进施工方法，必要时可采用耐磨护面材料。同时结构构件在正常使用阶段的受力裂缝宽度也应控制在允许的范围内，特别对于配置高强钢筋预应力混凝土构件则必须严格抗裂。因为，高强钢筋稍有锈蚀，就易引发应力腐蚀而脆断。
四、结束语
随着我国水利水电建设规模的扩大和进一步发展，对水工混凝土结构耐久性重要性认识逐渐增强。然而，我国地域辽阔，环境条件复杂，虽经几十年的努力，但混凝土工程的耐久性问题仍未得到根本解决。但是，提高混凝土的耐久性是混凝土发展的必然趋势，该项目的研究和推广有着不可估量的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]陈玲,张桂花,关万武,孙淑侠. 水工混凝土结构耐久性研究[J]. 水资源与水工程学报,2006,04:62-64.
[2]邹林. 水工混凝土结构耐久性的影响因素与提高措施[J]. 长江工程职业技术学院学报,2005,03:15-17.
[3]刘艳玲,刘作臣. 水工混凝土结构耐久性的影响因素和研究内容[J]. 河南水利与南水北调,2009,10:55-56.