水閘混凝土構(gòu)件的病害及涂層預(yù)防技術(shù)分析

(浙江景昌建設(shè)有限公司， 浙江 麗水 323500)

水閘混凝土構(gòu)件的病害及涂層預(yù)防技術(shù)分析

夏守高

(浙江景昌建設(shè)有限公司， 浙江 麗水 323500)

水閘混凝土構(gòu)件長期工作在水體環(huán)境中，受水力侵蝕影響作用大，尤其是水體的凍融循環(huán)作用，導(dǎo)致鋼筋混凝土構(gòu)件的性能隨時間推移而不斷劣化。本文分析了水閘混凝土產(chǎn)生劣化的原因，并通過實(shí)驗(yàn)表明混凝土涂層材料能夠有效防止混凝土劣化。

水閘； 混凝土構(gòu)件； 病害； 涂層防護(hù)

1 前 言

水閘主要是利用閘門擋水和泄水的中低水頭水工建筑物，水閘混凝土的主要構(gòu)件包括上、下游混凝土鋪蓋、閘底板、消力池、擋土墻、閘墩、閘門、排架柱、交通橋、上部工作橋等。我國大部分水閘工程已經(jīng)經(jīng)過了三四十年的運(yùn)行，普遍存在混凝土構(gòu)件保護(hù)層脫落、鋼筋銹蝕及裂縫等老化病?，F(xiàn)象，造成混凝土強(qiáng)度降低，嚴(yán)重影響工程的正常運(yùn)行，對人民的生命財產(chǎn)安全造成威脅，由此帶來的工程損失及處理費(fèi)用也迅速增加。因此，開展對水閘混凝土構(gòu)件老化病?，F(xiàn)象的研究分析工作，了解水下混凝土開裂、失強(qiáng)的根本原因，并為水閘加固提出正確的處理方法并加以科學(xué)論證是非常必要的。

2 水閘混凝土構(gòu)件病害原因

我國水閘工程建設(shè)時間早、運(yùn)行時間長，普遍存在混凝土老化、強(qiáng)度降低、裂縫多等現(xiàn)象。水閘工作運(yùn)行處于水環(huán)境中，長時間的擋水環(huán)境易造成水閘滲流、不均勻沉陷等，導(dǎo)致閘底板、鋪蓋、閘墩等部位混凝土因受力不均而產(chǎn)生裂縫，泥沙的侵蝕使得混凝土保護(hù)層脫落、鋼筋銹蝕，造成水閘混凝土構(gòu)件強(qiáng)度降低，影響工程的正常運(yùn)行。

2.1 水閘混凝土構(gòu)件裂縫的成因

水閘混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因很復(fù)雜，究其原因可以分為自然環(huán)境因素、人為因素、外力影響和材質(zhì)結(jié)構(gòu)等幾個方面。

a.由于水閘底部混凝土沉降量過大且沉降不均勻?qū)е碌鼗休d能力不足，改變了水工建筑物原有的受力狀態(tài)，超出建筑物的負(fù)荷能力而產(chǎn)生裂縫。

b.水閘混凝土構(gòu)件凝固初期會釋放出大量的熱量，混凝土表面溫度散熱快、冷卻收縮，內(nèi)部因未采用降溫措施溫度升高、產(chǎn)生熱膨脹力，由溫度應(yīng)力造成混凝土裂縫。

c.在工程建設(shè)過程中，機(jī)械設(shè)備、振搗機(jī)的振動易導(dǎo)致鋼筋產(chǎn)生變形移位，造成混凝土構(gòu)件粘結(jié)性降低或喪失，鋼筋受力減弱，混凝土結(jié)構(gòu)性能降低而產(chǎn)生裂縫。

d.混凝土的骨料強(qiáng)度達(dá)不到預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，骨料的級配、水泥標(biāo)號不符合要求，骨料中雜質(zhì)含量多，混凝土在攪拌過程中不滿足要求，且混凝土的運(yùn)輸方式不合理，諸多因素造成混凝土的承載力不滿足設(shè)計要求，容易產(chǎn)生裂縫。

e.水閘混凝土后期固化養(yǎng)護(hù)不到位。

2.2 水閘混凝土構(gòu)件劣化的成因

2.2.1 中性劣化

中性劣化是由于堿集料反應(yīng)使骨料、水泥、水等物質(zhì)混合后產(chǎn)生膨脹，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，引起混凝土膨脹開裂。混凝土的膨脹開裂造成鋼筋與混凝土之間的黏聚性、附著力下降，混凝土抗拉強(qiáng)度減弱，空氣中的H2O、CO2、SO2等與混凝土中的含鈣化合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶鈣，造成混凝土構(gòu)件機(jī)體失強(qiáng)；同時pH值下降至11以下，混凝土中呈活化狀態(tài)的鈍化膜對鋼筋失去保護(hù)作用，造成鋼筋銹蝕；鋼筋的銹蝕使其體積增大，混凝土受到了巨大的膨脹力，使混凝土沿著鋼筋方向開裂；裂縫的產(chǎn)生加劇了腐蝕性化學(xué)成分的侵入，導(dǎo)致裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大，使混凝土中性劣化更為強(qiáng)烈，最終導(dǎo)致混凝土構(gòu)件失去設(shè)計要求的性能。

2.2.2 鹽害劣化

水閘的混凝土骨料中一般摻有含鹽骨料，且拌和用水及添加劑中也有含鹽物質(zhì)；水環(huán)境中的鹽分會向混凝土內(nèi)部滲透，造成劣化。鹽害劣化的主要特征是：混凝土表面產(chǎn)生銹斑，混凝土開裂方向大致與鋼筋布置方向平行，混凝土表層產(chǎn)生崩裂脫落，有露筋現(xiàn)象。

2.2.3 堿性骨料反應(yīng)劣化

水閘長期工作在水環(huán)境中，混凝土構(gòu)件內(nèi)部的堿性骨料反應(yīng)性硅由于水的滲透介入而發(fā)生反應(yīng)，生成水玻璃(硅酸鈉)等物，生成物與水的再度接觸使混凝土膨脹，產(chǎn)生裂紋。

2.2.4 凍害劣化

處于嚴(yán)寒地區(qū)的水閘，滲入混凝土構(gòu)件內(nèi)部的水分子在低溫下結(jié)冰、固化，體積膨脹，產(chǎn)生約200MPa的膨脹力，導(dǎo)致水閘混凝土構(gòu)件結(jié)構(gòu)迅速老化、破壞。特別是在含鹽拌和物的水閘混凝土內(nèi)，水下混凝土構(gòu)件飽和度高，冰凍膨脹力大，急速加劇了混凝土的脹裂。

水閘水下混凝土構(gòu)件長期工作在水體環(huán)境中，尤其是在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)，更加容易產(chǎn)生混凝土劣化，影響水閘工程的正常運(yùn)行，也增加了工程運(yùn)行成本。在實(shí)際過程中，混凝土的開裂劣化是上述多種因素綜合作用的結(jié)果，情況更加復(fù)雜、繁瑣。

3 混凝土劣化預(yù)防對策

水閘混凝土構(gòu)件的破壞多數(shù)是各種因素綜合作用的結(jié)果，究其原因，主要是由于水閘長期工作在水體環(huán)境中，冬季凍融循環(huán)影響大，特別容易產(chǎn)生凍害劣化。而混凝土防護(hù)涂層能夠在混凝土構(gòu)件表面形成一層有效的防護(hù)層，阻止水與其他污染雜質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，從而強(qiáng)化混凝土的防腐能力，提高耐久性，是防止水閘混凝土劣化的一項(xiàng)有效措施。下面以某個水閘工程為例，說明防護(hù)涂層對水下混凝土構(gòu)件的保護(hù)作用是否有效。

3.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)材料采用兩種不同的防腐材料，為環(huán)氧樹脂防腐涂料和聚脲防腐涂料，分別標(biāo)示為1號防腐材料、2號防腐材料。環(huán)氧樹脂含有多種極性基團(tuán)和活性很大的環(huán)氧基，膠結(jié)強(qiáng)度大，固化時體積收縮率小，耐腐蝕性及介電性能好，且環(huán)氧樹脂、固化劑及添加劑品種多，可供選擇的配方多；聚脲防腐劑具有優(yōu)異的理化性能，施工時不受溫度、濕度的影響，且能夠快速固化，施工方便。

3.2 防護(hù)涂層抗腐蝕性試驗(yàn)

抗腐蝕實(shí)驗(yàn)主要包括耐堿性、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽3個實(shí)驗(yàn)。

3.2.1 耐堿性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原材料是強(qiáng)度為C25、養(yǎng)護(hù)周期28天的混凝土試塊，共2塊，標(biāo)示為1號試塊、2號試塊。將1號防腐材料、2號防腐材料分別涂抹在1號、2號混凝土石塊上，厚度控制在250μm左右，自然養(yǎng)護(hù)7天后置于氫氧化鈣溶液內(nèi)浸泡30天，每隔兩天觀測一次。耐堿性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所列。

表1 耐堿性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)表明，兩種涂層材料的耐堿性能較好，混凝土均沒出現(xiàn)氣泡、龜裂、剝落等劣化現(xiàn)象。

3.2.2 抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原材料是強(qiáng)度為C25、養(yǎng)護(hù)周期28天的混凝土試塊，共2塊，標(biāo)示為1號試塊、2號試塊。將1號防腐材料、2號防腐材料分別涂抹于1號試塊、2號試塊上，然后浸泡于氯離子溶液中。氯離子在直流電壓作用下能透過混凝土試件而產(chǎn)生劣化作用，通過測量混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)能夠比較混凝土的抗氯離子滲透性能。抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所列。

表2 抗氯離子滲透實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明2號防腐材料氯離子抗?jié)B能力優(yōu)于1號防腐涂料，但都低于國家規(guī)定水平(5×10-3mg/cm2×d)，總體氯離子抗?jié)B能力效果較好。

3.2.3 抗硫酸鹽實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)原材料是強(qiáng)度為C25、養(yǎng)護(hù)周期28天的混凝土試塊，共2塊，標(biāo)示為1號試塊、2號試塊。將1號防腐材料、2號防腐材料分別涂抹于1號試塊、2號試塊上，厚度控制在250μm左右，自然養(yǎng)護(hù)7天后置于5%硫酸鈣溶液內(nèi)浸泡30天，每隔兩天觀測一次。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 抗硫酸鹽實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，1、2號防腐涂料的抗硫酸鹽性能較好，混凝土試塊均沒出現(xiàn)氣泡、龜裂、剝落等劣化現(xiàn)象。

上述實(shí)驗(yàn)均表明，環(huán)氧樹脂防腐涂料和聚脲防腐涂料都能夠?qū)λ禄炷翗?gòu)件起到很好的防護(hù)作用，但聚脲防腐涂料造價遠(yuǎn)高于環(huán)氧樹脂防腐涂料。在水閘混凝土構(gòu)件防護(hù)工程施工過程中，由于防護(hù)層涂抹面積大，一般建議采用環(huán)氧樹脂防腐涂料。

3.3 施工工藝及措施

規(guī)范性的混凝土表面處理是做好防腐涂料處理的基礎(chǔ)，表面處理的好壞，直接影響著涂料的附著力、施工質(zhì)量和使用壽命。

a.混凝土表面處理。去除混凝土表面浮塵、水泥渣等及疏松的混凝土顆粒，并徹底清洗干凈，保持混凝土基體堅(jiān)固、平整、密實(shí)。

b.涂料施工流程。攪拌均勻的涂料須過濾去除掉其中的雜質(zhì)和臟物方可使用，面漆涂料濃度一般35～40s為宜，其中底漆適當(dāng)稀釋一些為25～35s，能夠增加涂料與基體浸潤能力和粘結(jié)力。一般環(huán)氧樹脂施工為2底3面，漆膜厚度為180μm左右?？墒褂萌斯にD或者機(jī)械噴涂的方法。

4 結(jié) 語

鋼筋混凝土已逐漸成為現(xiàn)代水工建筑的主要結(jié)構(gòu)材料，根據(jù)混凝土的工作環(huán)境針對性地查找出其病害發(fā)生的原因并從外源進(jìn)行隔斷，是防止混凝土病害的根本方法。水閘混凝土構(gòu)件由于其特殊的水下工作環(huán)境，冬季凍融循環(huán)影響作用大，采取防護(hù)涂層技術(shù)對混凝土進(jìn)行防護(hù)，可以有效地提高建筑材料的耐久性能。

Analysis of Water Sluice Concrete Component and Coating Preventive Technique

XIA Shou-gao

(ZhejiangJingchangConstructionCo.,Ltd.,Lishui323500,China)

Water sluice concrete component is operated in water environment for long-term, which greatly suffers from water erosion influence. Especially water freeze-thaw cycle effect leads to continuous worsening of steel concrete component performance with time. Worsening reasons of water sluice concrete are analyzed in the paper. Experiment shows that concrete coating material can effectively prevent concrete worsening.

water sluice; concrete component; disease; coating protection

TV523

A

1005-4774(2014)07-0063-03