混凝土结构在煤炭工业建筑中的耐久性研究

摘要：煤炭工业建筑中，混凝土结构广泛应用。然而，受所处复杂环境影响，其耐久性面临诸多挑战。本文深入研究了土、水及腐蚀性物质对煤炭工业建筑中混凝土结构耐久性的影响，并探讨了相应的防护措施与提升耐久性的策略，旨在为煤炭工业建筑中混凝土结构的长期安全使用提供理论依据与实践指导。

关键词：混凝土结构；煤炭工业建筑；耐久性；腐蚀性；土；水

一、引言

煤炭工业在我国能源产业中占据重要地位。在煤炭工业建筑体系里，混凝土结构因其良好的可塑性、较高的强度以及相对较低的成本等优势，被广泛应用于厂房、仓库、运输栈桥等各类建筑设施。但煤炭工业生产环境复杂，混凝土结构常受到来自土壤、水体以及腐蚀性介质的侵蚀，导致其耐久性下降，影响建筑结构的安全性与使用寿命。因此，深入研究混凝土结构在煤炭工业建筑中的耐久性问题，对保障煤炭工业持续稳定发展具有重要现实意义。

二、煤炭工业建筑中影响混凝土结构耐久性的因素

（一）土的影响

1.土壤物理性质

煤炭产区的土壤类型多样，部分地区土壤颗粒较大、孔隙率高，水分易在其中迁移。当混凝土结构基础处于此类土壤中时，水分反复冻融循环，会使混凝土内部产生膨胀应力。例如，在我国北方煤炭矿区，冬季低温时土壤中的水分冻结，体积膨胀约 9%，对混凝土基础产生向外的压力，导致混凝土表面产生微裂缝。随着时间推移，这些微裂缝不断扩展，降低了混凝土结构的整体性与承载能力。据相关研究统计，在这类土壤环境下，混凝土结构的使用寿命较正常环境缩短约 20%～30%。

2.土壤化学性质

一些煤炭矿区土壤中含有特殊化学成分，如酸性土壤中的氢离子会与混凝土中的碱性物质发展中和反应。以某酸性土壤地区的煤炭工业建筑为例，土壤 pH 值约为 4.5，混凝土中的氢氧化钙等碱性物质被逐渐消耗，使得混凝土的碱度降低，破坏了钢筋表面的钝化膜，加速了钢筋的锈蚀。钢筋锈蚀后体积膨胀，进一步导致混凝土开裂、剥落，严重影响结构耐久性。研究表明，当混凝土碱度降低到一定程度，钢筋锈蚀速率可提高 3-5 倍。

（二）水的影响

1.地下水作用

煤炭工业建筑基础常与地下水接触。地下水中的化学成分复杂，若含有大量的硫酸盐，会与混凝土中的水泥水化产物发生反应，生成钙矾石等膨胀性物质。在某煤矿工业广场的建筑物基础上，由于地下水中硫酸根离子浓度高达 1500mg/L，经过数年时间，混凝土基础出现明显膨胀裂缝，抗压强度降低了约 30%。类似案例在高硫酸盐地下水区域屡见不鲜，严重威胁建筑结构安全。

2.雨水冲刷与干湿循环

煤炭工业建筑室外部分长期受雨水冲刷，混凝土表面的水泥浆体逐渐流失，导致骨料外露，降低了混凝土的抗渗性。同时，干湿循环过程中，混凝土内部水分反复蒸发与吸收，产生收缩与膨胀应力。例如，露天的煤炭运输栈桥，在夏季高温多雨季节，频繁的干湿循环使得栈桥混凝土结构表面出现大量细微裂缝，为腐蚀性介质的侵入提供了通道。有数据显示，经过 5 年的干湿循环作用，混凝土结构的抗渗性能可下降 40%～50%。

（三）腐蚀性物质的影响

1.煤炭生产过程中的腐蚀性气体

煤炭开采、加工过程中会产生如二氧化硫、硫化氢等腐蚀性气体。这些气体在潮湿环境下会形成酸性溶液，侵蚀混凝土结构。在某选煤厂厂房内，由于长期存在高浓度的二氧化硫气体，厂房混凝土结构表面出现泛白、粉化现象，强度明显下降。经检测，混凝土表面的碳化深度超过了设计允许值的 50%，严重威胁结构安全。在一些高浓度腐蚀性气体环境下，混凝土结构的碳化速度是普通环境的 2-3 倍。

2.工业废水的侵蚀

煤炭工业产生的废水含有大量的重金属离子、酸碱物质等。当这些废水未经有效处理直接排放，接触到混凝土结构时，会发生复杂的化学反应。例如，含铜离子的废水会与混凝土中的某些成分反应生成铜的络合物，破坏混凝土内部结构。在某煤矿矿井水处理站的混凝土池壁上，因长期受酸性废水侵蚀，混凝土表面出现严重腐蚀坑洼，池壁厚度减薄，承载能力大幅下降。研究发现，受工业废水侵蚀的混凝土结构，其承载能力在 3-5 年内可降低 20%～30%。

三、提升混凝土结构在煤炭工业建筑中耐久性的措施

（一）优化混凝土配合比

1.选用优质原材料

采用低碱水泥，减少水泥中的碱含量，降低碱骨料反应的风险。同时，选用坚固、级配良好的骨料，提高混凝土的密实度。例如，在某煤炭工业建筑项目中，选用了碱含量低于 0.6% 的水泥和连续级配的碎石骨料，有效提升了混凝土的抗渗性与耐久性。经检测，该项目混凝土结构的抗渗等级较普通配合比提高了 2 个等级。

2.添加外加剂

适量添加减水剂，可降低混凝土的水灰比，减少混凝土内部孔隙，提高其抗渗性能。在有抗硫酸盐侵蚀要求的部位，添加抗硫酸盐外加剂，增强混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力。如在某煤矿地下泵房的混凝土浇筑中，添加了 3% 的抗硫酸盐外加剂，经长期监测，混凝土结构在高硫酸盐地下水环境下耐久性良好。实际工程应用表明，添加抗硫酸盐外加剂后，混凝土抵抗硫酸盐侵蚀的能力可提高 30%～40%。

（二）加强防护措施

1.混凝土表面防护涂层

在混凝土结构表面涂刷防护涂层，如环氧树脂涂层、聚氨酯涂层等，可有效隔离腐蚀性介质与混凝土的接触。在某煤炭工业厂房外墙，涂刷了厚度为 200μm 的环氧树脂涂层，经过 5 年的使用，涂层依然完好，有效阻止了腐蚀性气体对混凝土的侵蚀。相关研究表明，优质防护涂层可使混凝土结构的使用寿命延长 10-15 年。

2.设置防水层

对于与水接触的混凝土结构部位，如基础、水池等，设置防水层。采用 SBS 防水卷材、防水涂料等材料，形成可靠的防水屏障。在某煤矿工业广场的储水池底部与池壁，铺设了双层 SBS 防水卷材，并结合防水涂料施工，使用多年来未出现渗漏现象，保障了混凝土结构的耐久性。经实践验证，设置可靠防水层后，混凝土结构受水侵蚀的概率可降低 80%～90%。

（三）结构设计优化

1.合理设计混凝土保护层厚度

根据煤炭工业建筑所处环境的侵蚀等级，合理增加混凝土保护层厚度。在强腐蚀环境下，将保护层厚度增加至 50mm 以上，有效延缓钢筋锈蚀，提高结构耐久性。如在某焦化厂的混凝土框架结构设计中，对处于腐蚀性气体浓度高区域的构件，适当增加了保护层厚度，经定期检测，钢筋锈蚀情况得到有效控制。研究表明，合理增加保护层厚度，可使钢筋锈蚀时间推迟 5-10 年。

2.采用耐腐蚀结构形式

对于易受腐蚀的部位，采用耐腐蚀结构形式。如在煤炭运输栈桥的支撑结构中，采用钢管混凝土结构代替普通钢筋混凝土结构，钢管可对内部混凝土起到保护作用，提高结构的抗腐蚀性能与承载能力。实际工程应用显示，钢管混凝土结构在煤炭工业建筑中的抗腐蚀性能较普通钢筋混凝土结构提高约 50%。

四、结论

混凝土结构在煤炭工业建筑中的耐久性受土、水及腐蚀性物质等多种因素影响。通过优化混凝土配合比、加强防护措施以及进行合理的结构设计优化等手段，可以有效提升混凝土结构在复杂环境下的耐久性。在实际工程中，应根据煤炭工业建筑所处的具体环境条件，综合采取多种措施，确保混凝土结构的长期安全使用，为煤炭工业的稳定发展提供坚实的建筑保障。

参考文献

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