高性能混凝土及制品在水利工程中的研究与应用

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　　山东省水利科学研究院主任研究员马德富

1 前言

高性能混凝土是20世纪90年代初提出的，是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，以耐久性为主要设计指标，针对不同用途和要求，采用现代技术制作的、低水胶比的混凝土。混凝土的耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素作用下保持其工作能力的性能。最常见的劣化过程有钢筋锈蚀、冻融循环、硫酸盐侵蚀和碱—集料反应。混凝土耐久性与国民经济、社会安定、环境保护、可持续发展等密切相关，是混凝土材料科学的重大研究课题，是工程界关注的重大科技问题。

水利水电枢纽工程一般位于大江大河之上、高山峡谷之中，如大坝、水闸、渠道等均为混凝土表面无装饰的裸露工程，素面朝天、经风雨历严寒，运行环境与一般市政工程、工业及民用建筑相比，自然条件极为复杂与恶劣。因此，全方位综合解决水利工程的耐久性问题，意义重大。中央一号文件《关于加快水利改革发展的决定》》正式颁布，第一次鲜明提出水利具有很强的公益性、基础性、战略性。水利行业所用混凝土具有不同特点，混凝土及制品用量相当可观，在其中推广应用高性能混凝土及制品具有良好的社会经济效益。

2 高性能混凝土及制品研究的新发展

2.1 制定了混凝土耐久性设计规范

国外在研究思路上强调全方位综合解决混凝土耐久性问题，在设计阶段就必须精心考虑耐久性，明确强度与耐久性是两个独立的方面，并不能相互保障。在技术上突出应用现代高新技术配制耐久100年、500年乃至1000年的混凝土。化学外加剂和矿物外加剂已成为耐久混凝土的必需组分。

高性能混凝土及制品在水利工程中的研究与应用马德富* 王锦龙 杨 萌 刘摘 要：本文介绍了高性能混凝土及制品在耐久性方面研究和工程应用的进展。内容涉及混凝土耐久性设计规范、碱—集料反应和抗钢筋锈蚀性能的预防、中等强度高性能混凝土、化学外加剂和高性能预制混凝土制品的快速发展等方面，在此基础上结合我国未来10年水利大投入、大建设、大发展形势，提出了高性能混凝土及制品在水利工程工程中的研究与应用方向。

　 国内在研究思路上由传统的按强度设计转变为按耐久性设计的观念逐渐被接受。应用高新技术和现代混凝土技术解决耐久性问题已较为普及。化学外加剂和矿物外加剂日益广泛应用于配制耐久混凝土，如我国三峡大坝、南水北调等重点工程。《混凝土结构设计规范》GB50010-2002、《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T50476-2008、《水工混凝土结构设计规范》

SL191-2008都对混凝土结构耐久性提出了基本规定，根据工程所处环境作用等级、设计使用年限确定混凝土强度等级、最大水胶比和混凝土钢筋保护层厚度。强调在工程设计阶段就必须同样精确的考虑强度和耐久性，符合可持续发展要求。

2.2 碱—集料反应和抗钢筋锈蚀性能的控制在工程中得到充分重视

碱—集料反应指混凝土中的碱与集料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应，俗称混凝土的癌症，是指混凝土中某些活性矿物集料与混凝土空隙中的碱性溶液之间发生的化学反应。这种反应能使混凝土的局部体积发生膨胀，引起开裂和强度降低，严重时会导致混凝土完全破坏，是影响混凝土安全性的主要因素之一，特别是在恶劣的海洋环境和盐污染环境中，更会严重影响混凝土结构的耐久性和安全性，造成巨大损失。碱集料反应所导致的严重后果已逐渐被人们所认识。近年来，大型水利工程已经开始重视碱骨料反应和钢筋锈蚀问题，采取下列具体措施来保证这两方面的耐久性：准确判定集料碱活性、选用低碱水泥、控制混凝土总碱含量、采用矿物外加剂抑制集料碱活性、控制混凝土各组分中的氯离子含量。越来越多的水利工程在开工前对骨料进行碱活性检验，并采取积极措施预防碱骨料反应发生，如三峡工程水泥熟料中的碱含量限制为小于0.5%。在混凝土结构设计时，采取增加混凝土保护层厚度，表面防护等技术措施减少环境对混凝土的侵蚀。

山东省最大的具有灌溉、防洪、发电、城市及工业供水等综合功能的大型水利枢纽工程峡山水库，总库容14.05亿m3，1960年9月建成投产。该水库溢洪闸设计泄量15000m3/s，校核泄量18500m3/s，共15孔，每孔净宽16.0m，闸室长26.0m，采用弧型闸门，ZS2—125型拍式启闭机。闸底板、闸墩及护坦均为钢筋混凝土结构。

溢洪闸投入运行以来，在1982年7月观测检查发现，闸墩普遍存在裂缝。2000年按照水利部对病险水闸安全鉴定的要求，对溢洪闸进行了安全鉴定检测，现场检测发现护坦混凝土表面层大面积成溃散状，钢筋裸露锈蚀，破坏最深处达0.2m。护坦末端防冲梁的钢筋混凝土表面松散解体，钢筋锈蚀悬空。用SEM/EDS对2组岩芯试样观察分析发现，许多石英质细集料已经严重溃烂，裂纹以集料为中心呈放射状发展。用偏光显微镜观察，同样发现许多细集料为微晶石英和玉髓，在这些集料的周围存在放射状裂纹，这种分布的裂纹仍是由于碱集料反应引起的。

为延长峡山水库溢洪闸工程使用寿命，2009年对该溢洪闸护坦进行了拆除重建，对闸墩、闸底板混凝土裂缝化学灌浆、增设聚合物砂浆防渗封闭层处理。对新浇混凝土所用原材料、施工配合比试验论证，严格控制每立方米混凝土的含碱量，不用引起碱集料反应的骨料，采用低碱水泥、掺加粉煤灰及高效引气减水剂等措施，避免混凝土碱骨料反应的再次发生。

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