影响城市排水建筑物耐久性的主要因素及对策

摘　要： 城市排水混凝土建筑物由于存在裂缝 、 凝土炭化 、 筋锈蚀 、冻融冻胀 、水质侵蚀和气蚀 ,混凝土碱集料反应等病害 ,我国各大中小城市排水工程的耐久性普遍不足 。提出了为改善排水工程的耐久性 ,应从建筑材料 、工程设计 、施工工艺 、 常运行管理等诸方面采取适当的措施 ,延长建筑物的使用寿命 。

关键词：混凝土 ， 城市 ，排水， 建筑物
1 　引言
　　排水工程是各大中小城市的基础产业 。目前 ,正以大规模 、 速度 、 质量的势头发展 。全国城市排水工程建设每年需要耗费维护费几百亿元 ,仍然不能满足实际需要 。 20 世纪 70 年代之前建设的排水工程 ,每年又以损失几百亿元的速度破损跨塌 。产生这个问题的原因很多 ,主要是我国排水建筑物设计执行着按强度设计的模式 ,较少考虑建筑物的抗冻防渗等因素 ,又由于环境作用引起结构材料性能劣化 、腐蚀对结构安全性 的影响 , 造 成工程寿命不长 。因此 , 提高排水建筑物质量的耐久性 、延长工程使用寿命 ,具有很强的现实意义和历史意义 。
2 　影响城市排水建筑物耐久性的主要因素
　　城市排水建筑物种类较多 ,主要有泄水建筑物 、输水建筑物 、 水泵站 、水闸 、堤防 、 道 、污水处理厂 、截 洪沟以及泄 、 水建筑物的配套设施等 。建筑材料主要有混凝土 、钢筋混凝土以及土 、 、 石 、 石或砌石等当地材料 。
　　排水建筑物不仅应该具有安全性和适应性 ,还应该具有耐久性和经济性 。结构的耐久性是指结构及其部件在各种可能引起材料性能劣化的作用下 ,长期维持其应有功能的能力 。当前影响排水建筑物耐久性的主要因素 ,除由于原设计标准偏低外 ,其他主要因素有 : 质量差 (包括设计规范 、设计质量和施工质量 ) 、日常管 理 维 护 费 用 不 足 、维 修 不 当 不 及时 、 人素质低 、环境恶劣等 。造成混凝土裂缝 、钢筋锈蚀 、混凝土炭化 、 蚀 、渗水 、漏气等原因 ,碱骨料反应破坏也是排水混凝土耐久性病害 ,应特别引起重视 。在上述破坏因素中 ,混凝土裂缝 、 凝土冻融不够 、 凝土防渗不够为首要因素 。混凝土裂缝的出现 ,绝大多数在施工期就已存在 ,有的虽然在施工期后 ,也多在运行初期 5 年左右 。裂缝的存在 ,会引起其他病害的发生和发展 。如冻融破坏 、 境水侵蚀 、 凝土炭化和钢筋锈蚀等 。另外 ,氯盐的渗入 、 学物质的渗漏溶蚀 ,使钢筋表面脱钝及锈蚀也造成排水建筑物的损坏 。
3 　提高城市排水建筑物耐久性的主要对策
　　排水建筑物出现的耐久性病害的原因 ,不仅与设计规范有关 ,还与建筑物材料有关 ,也与设计 、施工 、日常运行和管理等密切相关 。要想提高排水建筑物的耐久性 ,我们就必须采取相应的对策 。这些对策主要有 :
3. 1　制定城市排水建筑物设计规范
　　现行的水工建筑物设计规范均对建筑物的耐久性作了明确规定 ,即《水工混凝土结构 设计规范 》( SL / T191 - 96 ) ,对水工混凝土结构的耐久性提出了最低强度等级 、 大水灰比 、 小水泥用量 、 渗等级 、 冻等级以及采用抗侵蚀水泥和抗耐磨水泥 、 化热大小水泥等措施及要求 ,来保证水工建筑 物 的 耐 久 性 。国 家 标 准《混 凝 土 结 构 设 计 规 范 》( GB50010 - 2002 ) 只对混凝土结 构中的最大氯离子含量 和最大碱含量作了规定 。目前在城市排水建筑物设计中严格执行《国标 》 考《水工 》 已经是最优设计了 ,实际上在排水建筑物设计中还远远不能满足要求 ,原因是 : 水工的水与城市排水工程的水 、水工的气与城市排水工程的气 、水工的环境与城市排水工程的环境不一样 ,城市排水工程更复杂 、更恶劣 。因此 ,城市排水建筑物的设计规范更全面 、 具体 、更严格 、 科学 ,并应加快制定 。
3. 2　 城市排水建筑物材料的选择
　　城市排水工程混凝土质量评判不能仅仅以强度指标来评定 ,还应有耐久性要求 。在 排水工程混凝土中 ,尽可能低的水泥用量是提高混凝土抗裂和耐久性能的主要途径 。混凝土强度与耐久性之间并不一定存在相关性 。比如掺入外
　　加剂粉煤灰后的早期强度往往有所降低 (现代掺粉煤灰技术也可做到不降低 ) ,而抗氯盐侵入的耐久性却能成倍增长 。
　　钢筋锈蚀也是排水工程混凝土主要的耐久性病害 ,防止钢筋锈蚀的最主要途径是提高混凝土的抗渗性能 ,从而阻止或延缓外界环境中氯离子 、二氧化碳 、氯气以及水分子的侵入 。这需要从混凝土的配合比 、保护层厚度 、施工质量和施工养护等方面下功夫 。
　　排水工程混凝土碳化是耐久性的又一病害 ,是空气中的二氧化碳与混凝土水化硬化过程中产生的氢氧化钙等碱性的物质发生化学作用 ,生成碳酸钙 ,并使混凝土趋于中性所致 。混凝土的碳化是一个长期的过程 ,碳化速度的快慢主要取决于混凝土的抗渗性能的好坏 ,以及混凝土的含水量 ,大气中的二氧化碳浓度 ,以及周围环境湿度来决定 。这就要从混凝土的水泥品种 、 灰比 、 料粒径大小 、 工质量等方面来努力克服 。
　　大体积混凝土结构 ,各部位耐久性要求有所不同 ,应根据大体积混凝土各部位性能要求 ,按有关规范的规定进行混凝土设计 。同时应重视和预防混凝土中碱集料反应的破坏 ,因为大体积混凝土较长的使用年限为碱集料反应提供了足够的时间 。防止混凝土碱集料反应的措施有 : 使用含碱量较低的水泥和 非 活 性 集 料 。比 如 使 用 火 山 灰 质 混 合 料 、粉 煤灰 、 渣和硅粉混合料代替部分水泥 。施工期加强养护 、增长混凝土振倒时间 ,增强混凝土密实性 。在日常运行中重视建筑物的排水 ,避免表面积水和接缝漏水等等 。
3. 3 　城市排水建筑物设计要求
　　城市排水建筑物的设计 ,除严格按国家现行标准规定执行外 ,还应该考虑到排水建筑物正常使用过程中建筑物的日常检测 、 护及更换 。建筑物设计不仅满足强度 、 定 、 形等要求 ,还应满足耐久性的要求 。因此 ,为了满足耐久性要求的目标 ,在设计时 ,应同时考虑环境的侵蚀性作用和材料性能的老化速度 ;易损建筑物构件设计时应考虑检修方便和更换的可能性 ;冲刷强的部位应采用抗冲耐磨性能高的混凝土结构 ;为了防止或减弱环境对材料产生的病害 ,应粉刷或涂膜来延缓碳化或氯盐的侵入 ;防止或控制混凝土开裂和崩落 ,应在混凝土构件中设置细而较密的分布钢筋并有足够的保护层来延缓钢筋不锈蚀 (保护层太厚会造成裂缝宽度大 、结构断面增大 ,故钢筋保护层 厚度要综合分析确定 , 即适当加厚保护层 ) ;伸缩缝 、 工缝 、 降缝的设置 ,应防止由于结构尺寸过大而产生不均匀沉降 ;设计中必须充分考虑混凝土建筑物的抗渗性 、 冻融 、 侵性 、 冲磨 、 冲刷等因素 ,完全考虑到了才是一个耐久性较好的完美设计 。
3. 4 　城市排水建筑物的施工要求
　　城市排水建筑物的施工 ,应符合工程设计和国家现行的施工规范 、 量评定与验收规范的规定 ,严格执行工程施工监理和竣工验收的制度 , 尤其要进行耐久性专项质量检验 。对混凝土结构中的原材料 、 加剂 、掺合料的性质 、 品质和混凝土配合比等应通过实验报告来确定。
城市排水工程施工中，克服混凝土构件表面裂缝是施工中的首要任务 。混凝土裂缝大多数是表面裂缝 ,在一定条件下表面裂缝可发展为深层裂缝 ,甚至产生贯穿性裂缝 。因此加强混凝土表面保护至关重要 。
　　凝土结构表面的均匀性 ,保护层厚度和施工阶段的裂缝控制 ,应是耐久性混凝土施工质量保证的重中之重 。混凝土的耐久性质量在很大程度上取决于施工养护过程中的温度和湿度的控制 。抓住“两 度 ”就抓住了施 工 养 护 的 关 键 。通常在湿养护的情况下 ,应保证混凝土表面温度与内部温度和大气温度之 间 不 能 出 现 较 大 的 温 差 变 化 , 出 现 较 大 变 化时 ,应及时浇水或覆盖保温材料进行养护 ,防止温降 、 升时温差过大 。有条件的话应该全部采用浇水养护 。湿养护时间既不可随意延长也不能随意缩短 。更不能用海水 、 水和化学水养护 。
3. 5　城市排水建筑物的日常运行和管理要求
　　城市排水建筑物在日常运行和管理中 ,必须按设计规定的情况运行和管理 ,不应该超出设计范围运行 。为了保证建筑物的安全和耐久 ,对特殊运行情况应该加强检测 ,日常管理建立检测 、 护制度 ,及时更换不能正常运行的混凝土构
件 。原因是 :混凝土构件的耐久性和使用寿命是与日常运行中经常检测 、维 护 和 修 复 密 不 可 分 。勤 检 查 、勤 维 护 、勤 修复 ,包括构件更换是耐久性的必要手段 。同时 ,每年都能对排水设施进行安全鉴定和安全评价 ,并提出安全加固或改善运行使用的意见和措施 。
4 　结语
　　对我国城市排水工程耐久性现状进行调查和分析得出的结论是 :耐久性差 、使用寿命短 。尤其 是 20 世 纪 70 年代之前的排水建筑物基本已经报废或带病运行 。随着时间的推移 ,各种病害还会不断加重 ,修复和重建的投资也将会越
来越多 ,因此 ,应该认真研究影响城市排水建筑物耐久性的各种因素 ,对今后将要建设的工程从规范 、 材料 、 设计、 施工、运行管理等多方面采取适当的预防对策 ,以延长使用寿命 。更为重要的是尽快制订城市排水工程耐久性规范及工程合理的使用年限 ,指导工程设计 ,施工和管理 ,节约投资 ,满足
城镇居民的需要 ,使城市排水工程发
参考文献
[1]SL/T191—96.水工混凝土结构设计规范【M】
[2]GB50010—2002混凝土结构设计规范【S】