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城市排水泵站建筑物结构耐久性研究 摘要: 结构耐久性是混凝土质量的重要指标之一，严重的话已影响到工程的使用和安全，是一个需要探讨和解决的技术难题。本文针对城市排水泵站建筑物结构耐久性不足的现状，分析了影响建筑物耐久性的因素是多方面的，并从实践中总结出一些提高建筑物耐久性的的措施。 关键词:排水泵站；建筑物；耐久性；影响因素；措施 随着我国城市建设的发展，混凝士结构建筑物也越来越多。在这些混凝土结构建筑物工程中，耐久性问题引起人们越来越多的关注，这主要是由于大量基础设施的翻修需要耗费巨额的资金，因此，延长提高现有的混凝土的耐久性，其经济意义就更为重大。 1 现状 由于城市建设发展,土地使用紧张，城市基础设施建设向地下延伸,城市排水工程日益呈现出深度不断加大,排水泵站结构形式复杂的特点。 (1)排水工程的主体部分大多埋置于地下,由于所处的环境条件较差,结构隐蔽性强,安全隐患不易发现,加之地下结构修补的难度较一般结构大,往往会造成较大的投资,并有可能引发使用功能不能满足城市排水、防洪的社会性问题。 (2)排水工程大多采用钢筋混凝土结构,强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,在以往工程中人们只重视混凝土的强度,而对混凝土的耐久性引起的重视不足。 2 介质环境 众所周知，排水工程所处的外部(或内部)环境比较复杂,一般排水工程所处的环境类别大多为二类b或三类甚至更差。 3 影响混凝土结构耐久性的因素 混凝土的耐久性是指混凝土在实际使用条件下抵抗各种破坏因素的作用，长期保持强度和外观完整性的能力。影响结构耐久性的因素很多，混凝土质量及其保护层是内在因素；环境与载荷作用则是外在因素，不同的原因会造成不同的后果。 3.1 混凝土的抗冻性 混凝土的特性：是一种多孔的复合材料,外部的水分可以通过毛细作用进入这些孔隙。当温度降至冰点以下时,孔隙中的水冻结膨胀,体积大约可增加9,使混凝土开裂,甚至崩裂。 3.2 氯离子导致的破坏 氯离子渗入到钢筋表面,会破坏钢筋表面的氧化铁薄膜(钢筋钝化膜)而引起锈蚀,锈蚀反应具有膨胀性,可导致混凝土开裂剥落。氯离子渗入引起钢筋锈蚀的破坏速度快,发生非常普遍,往往成为构筑物寿命的决定因素。 3.3 混凝土的碱骨料反应 水泥中的碱和骨料中的活性氧化硅发生化学反应,生成碱硅酸凝胶并吸水产生膨胀压力,致使混凝土开裂的现象称为碱骨料反应。只有水泥中含有的碱量(折合成Na2O)大于0.6%,而同时骨料中含有活性氧化硅的时候,才可能发生碱骨料反应。目前已经确定含有活性氧化硅的矿物有蛋白石、玉髓、鳞石英、方石英,含活性氧化硅的岩石有玻璃质或隐晶质的流纹岩、安山岩和凝灰岩等。碱骨料膨胀反应破坏的混凝土将是无法修复的。 3.4 化学侵蚀 混凝土结构处在有侵蚀性介质作用的环境,会引起水泥石发生一系列化学与物理的变化,而逐步受到侵蚀使水泥石强度降低甚至破坏。 3.5 钢筋的锈蚀 混凝土中钢筋腐蚀是一个电化学过程。在阳极上,Fe失去电子变成Fe2+进入溶液,Fe2+在阴极上,水中H+得到电子生成H2,再和溶解在水中的O2化合成水,2OH-+2H+2e-+12O22OH-+H2O。于是溶液中的Fe2和OH-结合成Fe(OH)2。Fe(OH)2又和溶解在水中的氧作用生成Fe(OH)3,即4Fe(OH)2+O2+2H2O4Fe(OH)3而被腐蚀。一旦表面上生成Fe(OH)3,它对下面的铁就成为阴极,更进一步促进腐蚀。铁转化成铁锈时,伴有体积增大,其体积可增大到铁体积的6倍,致使混凝土保护层沿钢筋膨胀而开裂、起鼓、剥落,钢筋完全失去保护。钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀是引起结构耐久性失效的根源。 3.6 施工因素造成的影响 混凝土材料品质低下和混凝土配合比选择不当导致混凝土性能不良,施工操作粗糙形成的潜在的混凝土缺陷,都极易使混凝土很快受到破坏。 4 混凝土结构耐久性的防治措施 (1)根据各类材料对不同介质的适应性,合理选择结构材料。水泥品种的选择:选择需注意水泥品种的具体性能,选择碱含量小、水化热低、抗渗性、抗腐蚀性、抗冻性能好的水泥。 集料与掺合料:集料的选择应考虑其碱活性,尽量避免采用活性集料或限制混凝土的碱含量;选用坚固耐久、合理级配、粒性良好洁净的骨料,改善混凝土拌合物的和易性,提高混凝土密实度。 改善混凝土内部孔结构:地下水位以下的混凝土受到地下水与其他介质的作用,它的渗透性是决定混凝土工程耐久性的重要因素,渗透性高的混凝土在水中很容易遭到破坏。提高混凝土的密实度是减弱或堵塞侵蚀性介质的通道,也就从根本上解决了问题的所在。 一类,二类和三类环境中,设计使用年限为50年的结构混凝土应符合GB 50010混凝土结构设计规范表3.4.2的规定,见表1。 表1混凝土在三类环境中设计规范规定 GB 50069?2002给水排水工程构筑物设计规范3.0.3钢筋混凝土构筑物的抗渗,宜以混凝土本身的密实性满足抗渗要求。混凝土抗渗等级Si规定见表2。 表2混凝土抗渗等级Si的规定 减小水灰比:水灰比对混凝土孔隙率的大小、数量起着决定性作用,直接影响混凝土密实度。在混凝土中掺加减水剂即可保证混凝土流动性、减小水灰比,使混凝土的孔隙率降低,混凝土密实度提高,抗渗性及强度越高。 预防钢筋锈蚀:a.结构构件设计应根据使用环境类别控制混凝土最小保护层厚度、裂缝宽度、最大水灰比、水泥用量,保证混凝土的密实性,预防外界介质渗入内部腐蚀钢筋。b.采用耐腐蚀钢筋(三类环境中的结构构件,其受力钢筋宜采用环氧树脂涂层带肋钢筋;对预应力钢筋,锚具及连接器,应采取专门防护措施);对混凝土进行表面处理;混凝土中掺加阻锈剂。 (2)结构类型,布置和构造的选择,应有利于提高结构自身的抗腐蚀能力,能有效地避免腐蚀性介质在构件表面的积聚或能够及时排除,便于防护层的设置和维护。 (3)当某些次要构件的设计使用年限不能与主体结构的设计使用年限相同时,应设计成便于更换的构件。 (4)加强使用阶段的检查和维护。过去建成的大量工程已经过早老化，而且以往的设计标准较低，维修问题十分突出。由于维修费用不到位，造成工程安全隐患，并在以后需支出更多的大修费用。因此定期的检查和维护是非常必要的，这对混凝土结构的适用性和耐久性是非常重要的。短期看检测和维修会增加一些费用，但从长远看，却是非常有益的。尤其是结构的损坏有可能会导致公众安全的建筑物、桥梁和隧道等工程，有必要制定定期检测与评估的法规，确保这些工程在使用期内能正常的使用。 5 结语 总而言之，随着排水工程结构的日趋复杂，提高混凝土结构的耐久性尤