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1、大坝混凝土耐久性分析摘要：大坝混凝土除应具有设计要求的强度以保证其能安全地承受设计苛载外，还应具有要求的耐久性，即要求大坝混凝土在长期使用环境条件下保持性能稳定。关键词：耐久性，抗渗性，抗冻性，抗侵蚀性，碳化，碱集料反应大坝混凝土的耐久性即为大坝混凝土性能的可持续性，是一项综合性性能，通常包括抗渗、抗冻、抗侵蚀、碳化、碱集料反应和混凝土是钢筋锈蚀等方面，这些性能决定着大坝混凝土经久耐用的程度。一、抗渗性大坝混凝土材料抵抗压力液体渗透的能力称为抗渗性，它是决定混凝土耐久性最基本的因素。钢筋锈蚀、冻融循环、硫酸盐侵蚀和碱集料反应这些导致混凝土品质劣化的原因中，不能够渗透到混凝土内部是破坏的前提。水
2、或者直接导致膨胀和开裂，或者作为侵蚀性介质扩散进入混凝土内部的载体。可见，渗透性对于混凝土耐久性的重要意义。影响混凝土抗渗性的根本因素是混凝土的孔隙率和孔隙特征。混凝土的孔隙率越低，连通的孔越少，抗渗性越好。所以，提高混凝土抗渗性的主要措施是降低水灰比、选择好的领料级配、充分振捣和养护、掺用引气剂和优质粉煤灰掺和料等方法来实现。二、抗冻性大坝混凝土的抗冻性是指混凝土在水饱和状态下经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观完整性的能力。混凝土是多孔材料，若内部含有水分，会在负温上结冰，体积膨胀约9%。混凝土结构受到结冰体积膨胀造成的静水压力和因冰水蒸气压的差异失去末冻结区向冻结警告造成的渗透压力一旦
3、超过混凝土的抗拉强度，混凝土就会产生裂缝，多次冻融循环使裂缝不断扩展直到破坏。混凝土的密实度，混凝土、孔隙构造和数量，以及孔隙的充水程度是决定抗冻性的重要因素。密实的混凝土和具有孔隙的混凝土抗冻性较高。提高大坝混凝土抗冻性应注意以下几点：（1）、合理选择原材料。如采用混合材掺量较少的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜使用早期强度较低的水泥。（2）、掺加引气剂。掺加引气剂可在混凝土中形成均匀分布的不连通微孔，以缓冲因水冻结而产生的挤压力，对改善混凝土的抗冻性有显著效果。（3）、掺加减水剂。掺加减水剂可降低水灰比，以增强混凝土的自身强度，提高混凝土的抗冻能力。三、抗侵蚀性当混凝土处使用环境中有侵蚀性
4、介质时，混凝土很可能遭受侵蚀，通常有软水侵蚀、硫酸盐侵蚀、镁盐侵蚀、碳酸侵蚀、一般侵蚀与强碱侵蚀等。混凝土的抗侵蚀性受胶凝材料的组成、混凝土的密实度、孔隙特征与强度等因素影响。四、碳化与混凝土内钢筋的锈蚀大坝混凝土的碳化是空气中的二氧化碳与水泥石中的水化产物在有水的条件下发生化学反应，生成碳酸钙和水。碳化是二氧化碳由表及里向大坝混凝土的内部逐渐扩散的过程。未经碳化的混凝土PH=1213，碳化后PH=8.510，接近中性。碳化作用对大坝混凝土的最大危害在于使大坝混凝土的碱度降低，削弱了大坝混凝土中强碱环境对钢筋的保护作用，导致钢筋锈蚀。大坝混凝土保护钢筋不生锈是因为混凝土的孔隙的孔溶液通常含有大
5、量的Na+，K+，OH-及少量的Ca2+等离子，为保持离子的电中性OH-浓度较高，即PH较大。在这样的强碱环境中，钢筋表面生成一层厚2060A的致密钝化膜，使钢材难以进行电化学反应，即电化学腐蚀难以进行。当钢筋表层保护膜破坏时，在氧、水分存在的条件下，钢筋表面发生电化学腐蚀，在阳极铁离子发生化学反应生氧化亚铁、氢氧化铁等腐蚀物。钢筋锈蚀后，有效直径变小，直接危及到混凝土结构的安全。同时，钢筋锈蚀后，锈蚀生成物的膨胀，致使大坝混凝土保护层顺筋开裂，大坝混凝土自身免疫性大幅度降低，品质迅速劣化。碳化作用还使大坝混凝土的收缩性增大，混凝土表面产生拉应力，从而降低了大坝混凝土的抗拉和抗弯强度，严重时还
6、可能导致大坝混凝土开裂。表层大坝混凝土碳化生成的CaCO3能填充大坝混凝土的孔隙，使表面硬度和密实度有所提高，对阻止有害物质的侵入起到一定的作用。同时，碳化作用放出的水分有助于水泥的继续水化，大坝混凝土的强度略有提高。影响大坝混凝土的碳化作用的因素主要有：（1）外部环境二氧化碳的浓度。二氧化碳的浓度越高，碳化速度越快。环境湿度。水分是碳化反应进行的必需条件，相对湿度在50%75%时，碳化速度最快。（2）内部因素水泥的品种和掺和料用量。在混凝土中随着胶凝材料体系中硅酸盐水泥熟料成分的减少，掺合用料的增多，碳化加快。大坝混凝土的密实度。随着水灰比的降低，孔隙率的减少，二氧化碳气体和水不易扩散到混凝
7、土内部，碳化速度减慢。五、碱集料反应大坝混凝土的中的碱性氧化物（Na2O，K2O）与集料中的活性成分（活性SiO2，活性碳酸盐）发生化学反应生成碱硅酸盐凝胶或碱碳酸盐凝胶，沉积在集料与水泥胶体的界面上，吸水后体积膨胀3倍以上导致大坝混凝土开裂破坏。碱集料破坏特征如下：（1）碱集料反应具有一定的“潜伏期”，开裂破坏一般发生在大坝混凝土浇筑后的两三年或者更长时间。（2）常呈顺筋开裂和网关龟裂。（3）裂缝边缘出现凹凸不平的现象。（4）越潮湿的部位反应越强烈，膨胀和开裂破坏越明显。（5）常有透明、淡黄色、褐色凝胶从裂缝处析出。工程中常用抑制碱集料反应的措施有：（1）慎选集料。对重要工程用集料，使用进必
8、须进行碱活性检验。（2）控制大坝混凝土中总碱量。当使用具有潜在碱活性的集料时，应通过采用低碱水泥、降低水泥用量控制含碱外加剂等措施，严格控制总碱量。一般来说，大坝混凝土中总碱用量应小于3.0Kg/m3。（3）掺合活性矿物掺合料。活性掺合料掺入大坝混凝土后可与大坝混凝土中碱发生反应，其反应产物均匀分散在大坝混凝土中，有效抑制碱集料反应。（4）控制入大坝混凝土的水分。水分的存在是碱集料反应的必要条件，防止外界水分的渗入大坝混凝土可减轻碱集料反应的危害。六、提高大坝混凝土耐久性的主要措施大坝混凝土的耐久性是一项综合性能，虽然大坝混凝土在不同环境条件下破坏过程各不相同，但是提高大坝混凝土耐久性，却有很
9、多共同之处，就是合理选择原材料，提高大坝混凝土的密实度和改善大坝混凝土的孔的结构。因此，提高大坝混凝土的耐久性措施有以下几个方面：（1）合理选择原材料，包括水泥、砂石材料、外加剂、和掺合料的品种、成分和质量。（2）适当控制大坝混凝土的水泥用量和水灰比，它们是决定大坝混凝土密实度的最产要因素，不但显著影响大坝混凝土的强度，而且严重影响其耐久性。（3）掺入外加剂和掺合料，掺入引气剂或减水剂可改善大坝混凝土的孔隙结构，大幅度提高大坝混凝土的抗渗性和抗冻性。掺入适量掺合料可提高大坝混凝土的密实度，减少混凝土中对耐久性有害的成分，从而提高大坝混凝土的抗渗性和抗侵蚀性，抑制碱集料反应。（4）加强大坝混凝土质量的生产控制，在大坝混凝土施工中，应当均匀搅拌、灌注和振捣密实及加强养护以保证混凝土的施工质量。应特别注意加强养护，保证与环境介质接触大坝混凝土的密实性。参考文献【1】史洪亮，大坝混凝土开裂的原因与分析研究，惠州市水电建筑工程有限公司，2008.【2】孔令梅，大坝混凝土裂缝的形成及其控制措施，贵阳，贵州省水利水电勘测设计院，2008.【3】付会光，大体积混凝土施工技术综述，衡水衡通工路工程监理公司，2009.【4】李万军，大坝混凝土的温度控制与防裂新措施，四川大学，水利水电学院，2006.