摘要：在我国的水利工程建设以及生产过程中，如何确保水工结构的耐久性是一个非常重要的问题。由于水工结构比较特殊且运行环境多数较差，因此在其设计过程中，要重视其耐久性的相关设计，有效地规避水工结构工程的失效问题，保障整个工程的安全运行。本文主要针对水工结构的耐久性设计进行了详细的论述和分析，以期能够有效地提高我国水利工程设计的质量，为水利工业和创新的发展做出贡献。
关键词：水工结构工程；耐久性；设计
1引言
就混凝土结构而言，耐久性主要是指结构构件在环境影响和使用条件下在规定的生命周期内保持其适用性和安全性的能力。混凝土的材料性能是耐久性和长期安全性的基础。在整个水利工程建设使用周期中，水工结构必须满足安全性、适用性及耐久性的要求。为了有达到水工结构工程的耐久性目标，在设计阶段必须要保证结构耐久性设计满足工程要求。
2水工混凝土耐久性设计要点
长久以来，怎样合理控制水工结构混凝土的裂缝并改进混凝土耐久性，是一道困扰着许多水工技术人员的难题。随着时间的推移和经验的累积，相关的技术人员通过不断学习、实验及创新，逐渐摸索出了一些解决办法，并且取得了一定成果。具体而言，需要做到以下几点：
2.1设计指标优化
目前我国水工结构采用的混凝土，主要选择28d龄期强度进行相关设计，同时根据不同地区的实际环境，确定混凝土抗渗和抗冻等级等耐久性指标。但在实际工程中，一些有关人员在选择原材料、设计配合比时未将强度与耐久性之间的关系考虑进来，且缺少对裂缝与耐久性之间关系的探讨。一般地，如果采用28d龄期强度设计的混凝土结构，比较适合于尺寸相对较小的板、梁、柱等结构，或者最先承受荷载的结构。然而，水工结构中普遍存在一些尺寸较大、实际承载龄期较长的结构。如果我们对这些结构都采用28d龄期强度的混凝土来进行设计，则很有可能会导致混凝土水泥用量偏高、混凝土温升速度较快且最高温度较高，进而导致混凝土产生较多裂缝的不利后果。相比之下，对尺寸较大、实际承载龄期较长的混凝土结构，我们可以多掺粉煤灰等掺和料，尽量充分利用粉煤灰混凝土的后期强度，采用90d甚至更长龄期强度。事实上，将粉煤灰等掺和料合理掺加到混凝土中，一方面可以节省水泥的用量，进而使混凝土早期温升速度和混凝土最高温度有所降低，最终一定程度上减少混凝土的开裂风险；另一方面则可以使水泥水化反应产物逐步趋于稳定，有利于提高混凝土的耐久性。
2.2优选原材料
在水工结构混凝土中，骨料所占的体积比例大约为80%，它对混凝土综合抗裂性能和耐久性十分关键，因此对于大型水利工程来说，必须谨慎的选择混凝土骨料。比如灰岩骨料混凝土，一般具有线胀系数较低、混凝土单位用水量和胶凝材料用量较低、混凝土综合抗裂性能较高且耐久性较好的优点，如果条件可以达到，我们基本上都会优先选用灰岩骨料。但在实际施工中，往往对骨料的需求极大，远距离运输可能会严重影响施工的进程并且增加运输成本，因此施工单位在购买混凝土骨料时，综合考虑施工进度和费用后，大多选择就地取材，没有很大的骨料优选余地。从一些工程实践中可以看出，我们与其过度看重骨料岩性和品质，还不如认真选择骨料加工设备和加工工艺，通过对骨料的级配及粒形优化，从而减少混凝土单位用水量和胶凝材料用量，最终实现提高混凝土综合性能的目的。
3影响水工结构工程耐久性的主要问题
3.1水工结构工程出现的裂缝问题
对于水工结构工程来说，有时候由于结构的混凝土体积过大，在混凝土初期硬化的过程中会产生较多的水化热，导致结构出现温度应力，致使混凝土抗拉性能减弱，从而导致混凝土裂缝的出现。另外，大体积混凝土的施工还易产生收缩裂缝，引起渗漏、冻融等问题。这些问题对水工结构工程的耐久性是一种严峻的考验。
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3.2水工结构工程出现的冻融破坏问题
水工结构工程中的冻融破坏主要指的是在温度低于零度的地区，混凝土在潮湿或经常与水接触的环境下，由于温度正负值交替变化，在混凝土内部出现冻结水的膨胀以及溶解收缩，使混凝土出现疲劳应力，从而导致混凝土产生冻融破坏现象。权威部门的调查研究表明，在我国有多达1/4的水工结构工程存在冻融破坏问题，这是一个非常高的比例，必须引起我们足够的重视。
3.3渗漏溶蚀
当混凝土压实不足或出现裂缝时，渗漏将导致混凝土产生可溶性侵蚀。也就是说，混凝土中的氢氧化钙被水带走，白色碳酸钙结晶形成于混凝土外面，溶解破坏了水泥水化产物稳定性的平衡条件。混凝土表面的裂缝进一步让更多的二氧化碳进入到混凝土的内部，如此循环往复，使混凝土出现中性化的变化，从而让混凝土保护层失去作用，不能够有效地保护钢筋抵抗腐蚀，导致钢筋锈蚀，使钢筋的强度下降，影响整个水工结构工程的耐久性。
4水工结构工程的耐久性设计
4.1施工质量是保证结构耐久性的重要环节
绝大多数的工程耐久性事故都是由施工质量引起的。施工中水泥用量达不到规定，采用劣质或过期水泥，掺用劣质混合材料，水灰比失控；没有根据气候条件测定骨料含水量以调整骨料加水量，甚至任意加大用水量；骨料中含泥量过多，冲洗达不到要求；漏振或过振形成表面蜂窝麻面或严重离析；混凝土运输时严重泌水，入仓不加溜槽串筒，自由倾落超过2m，浇筑后不充分湿养护，发生早期干燥；保护层厚度偏小；预制垫块强度过低，吊点、铁丝、预埋件和钢筋等露出表面，形成易腐蚀的通道等等，都会影响结构的耐久性。施工中如采用薄膜养护剂、均匀振捣、真空脱水密实成型作业、喷射混凝土等工艺，能大幅度地提高抗渗抗冻等耐久性指标。
4.2混凝土温控防裂
在一些尺寸较大的水工结构施工时，由于实际条件制约，我们往往会选择强度较高的二级配泵送混凝土进行浇筑。与普通的混凝土相比，其胶凝材料用量较大，绝热温升较高，且混凝土早期升温速度较快、达到温峰的时间较短，温控防裂难度大，很可能会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而产生一定的裂缝，进而影响到混凝土地耐久性。在实际工程建设中，我们除了要尽量优选混凝土原材料，减小混凝土绝热温升、迟缓混凝土温峰出现时间之外，采取合理的温控措施来防止裂缝产生也是非常必要的。
4.3水工混凝土结构的极限状态控制
在水工结构中，有两种限制状态，一种是承载能力极限，一种是正常使用的极限。承载能力的极限状态主要是指结构或构件的最大承载能力，或不适合连续承载的变形极限状态。极限状态的正常使用主要是指结构或构件在正常使用或耐用性方面达到规定极限的状态。结构的耐久性受极限状态的正常使用控制。为了保证结构的耐久性性能，在设计过程中要通过计算确定结构正常使用的极限应力值，并确保结构上施加的荷载不大于该极限应力。
结论
随着我国水利工程建设规模的不断扩大和发展，人们对水工结构耐久性的重要性认识也在逐渐增强，提高水工结构的耐久性是今后发展的必然趋势。然而，我国地域辽阔，环境条件十分复杂，到目前为止，如何提高水工结构耐久性仍是一道难题。在本文中，笔者在对水工结构耐久性反复研究的基础上，初步得到了一些相关结论，希望能为我国水工建筑的安全发展贡献自己的力量。
参考文献：
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论文作者:李强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第9期
论文发表时间:2018/5/31
标签：混凝土论文; 耐久性论文; 水工论文; 结构论文; 骨料论文; 工程论文; 裂缝论文; 《基层建设》2018年第9期论文;