寒旱區(qū)水工混凝土損傷形式及施工修復(fù)技術(shù)探析

張　迪

(遼寧省朝陽縣水務(wù)局，遼寧 朝陽　122000)

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寒旱區(qū)水工混凝土損傷形式及施工修復(fù)技術(shù)探析

張迪

(遼寧省朝陽縣水務(wù)局，遼寧 朝陽122000)

【摘要】本文針對我國寒旱地區(qū)獨特的寒冷干燥氣候環(huán)境特征，探尋了該區(qū)域水工混凝土結(jié)構(gòu)常見損傷的形式及成因機理，同時針對性地提出了相應(yīng)的水工混凝土結(jié)構(gòu)施工修復(fù)技術(shù)。本研究可為同類型區(qū)域水工混凝土構(gòu)筑物的病害診斷與施工修復(fù)提供有益借鑒。

【關(guān)鍵詞】寒旱區(qū)；水工混凝土；損傷形式；施工修復(fù)技術(shù)

我國寒旱地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)在承受安全荷載組合的同時，還受到特殊自然環(huán)境的侵蝕，如：凍融破壞、土壤鹽分離子侵蝕、高礦化度灌溉回歸水、大氣碳化及干濕循環(huán)破壞等作用的影響，導(dǎo)致水工混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、凍脹、沖磨與空蝕、碳化及堿骨料反應(yīng)等侵蝕破壞現(xiàn)象，嚴重影響該區(qū)域水利工程的安全運行，制約了水利工程效益的正常發(fā)揮。寒旱地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)需經(jīng)常進行修補，以確保結(jié)構(gòu)的強度及耐久性，消除工程運行中的安全隱患[1]。因此，有必要分析該區(qū)域水工混凝土結(jié)構(gòu)常見損傷成因并提出相應(yīng)的施工修復(fù)技術(shù)，為類似工程的更新改造和維護維修提供決策依據(jù)。

1水工混凝土結(jié)構(gòu)常見損傷形式及成因分析

1.1裂縫損傷

裂縫為影響寒旱地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的重要因素，按其產(chǎn)生原因分為外荷載裂縫、變形裂縫、施工裂縫；按裂縫的形態(tài)分為水平與垂直裂縫、橫縱向裂縫、斜向和放射形裂縫；按裂縫深淺分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫[2]。

水工混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因主要有：?新澆筑混凝土水化放熱，混凝土過大的內(nèi)外溫差引起混凝土變形，從而產(chǎn)生裂縫；?在外部約束力作用下，混凝土硬化而導(dǎo)致的裂縫；?厚度較大構(gòu)建中因混凝土塑性塌落而導(dǎo)致的裂縫；?混凝土中的活性骨料與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，使混凝土膨脹開裂；?運行中的混凝土結(jié)構(gòu)因不均勻沉陷或承受過載而產(chǎn)生的裂縫。

1.2凍脹損傷

寒旱地區(qū)混凝土襯護渠道受干旱少雨、季節(jié)及晝夜溫差大等氣候因素的影響，凍脹損傷現(xiàn)象嚴重[3]，其形式主要包括：?現(xiàn)澆混凝土板破裂：在澆筑混凝土板時的外界溫度過低，導(dǎo)致現(xiàn)澆板出現(xiàn)裂縫，并會隨著時間不斷蔓延；?隆起和塌陷：溫度變化、地下水位變化等因素會造成混凝土渠道地基隆起或塌陷，進而造成混凝土襯砌板的破損；?預(yù)制襯砌板破壞：因混凝土渠道邊坡與底板結(jié)合處受到地基土變形的影響，出現(xiàn)鼓脹、滑塌現(xiàn)象，破壞了預(yù)制混凝土板。

造成渠道混凝土襯砌凍脹損傷的原因有：?渠道基礎(chǔ)土壤入冬前的含水量超過土壤起始凍脹含水量；?襯砌基土屬于凍脹土類；?氣溫低于0℃，土壤結(jié)冰時，體積膨脹破壞混凝土襯砌面板。

1.3沖磨與空蝕損傷

寒旱地區(qū)的壓力前池、涵管、渡槽、倒虹吸、閘門等過水混凝土建筑物長期受到水流中泥沙和高速水流的磨損與空蝕，造成混凝土局部表面呈現(xiàn)凹痕麻面、粗骨料及鋼筋外露等破壞。

1.4碳化損傷

長期與大氣接觸的水工混凝土結(jié)構(gòu)，大氣中的CO2將滲入混凝土內(nèi)部孔隙并溶解于水分中，且與膠凝材料發(fā)生多相化學(xué)物理反應(yīng)產(chǎn)生鈣礬石等物質(zhì)，降低了混凝土建筑物的強度[4]。同時，混凝土內(nèi)部pH值小于10的孔隙溶液會逐漸腐蝕鋼筋的鈍化膜，致使鋼筋銹蝕膨脹，甚至剝離，引起混凝土開裂，從而嚴重影響水工混凝土建筑物的耐久性。

1.5堿骨料反應(yīng)損傷

寒旱地區(qū)水工混凝土中富含大量的堿性物質(zhì)，骨料中的氧化硅等物質(zhì)易與堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)生成吸水膨脹凝膠[5]，從而降低混凝土的強度。

2水工混凝土損傷施工修復(fù)技術(shù)

2.1環(huán)氧樹脂砂漿水下裂縫修復(fù)技術(shù)

針對寒旱地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)普遍存在的水下裂縫問題，環(huán)氧樹脂水泥砂漿具有允許砂漿帶水施工作業(yè)、水下抗分散離析性好、水下強度不損失、養(yǎng)護期短等優(yōu)勢，可在水下(20~25℃)4~6h初凝并實現(xiàn)膠黏劑與混凝土強度的疊加，對水工混凝土水下裂縫具有較好的修復(fù)效果。

環(huán)氧樹脂砂漿采用E51或殼牌828環(huán)氧樹脂、1085水下固化劑、水泥及河砂按照一定重量比與水拌和而成[6]，具體修復(fù)施工工序為：?查縫定位后鉆孔清孔，之后布設(shè)與采用的灌漿方式及地質(zhì)條件相適應(yīng)的灌漿系統(tǒng)，確保灌漿管路、出漿設(shè)施與縫面暢通；?將水泥與河砂按1∶2比例混合均勻，嚴格控制水灰比為0.36~0.40，再向水泥砂漿中摻入定量的環(huán)氧樹脂并攪拌10min，之后將1085型水下固化劑按固化劑與環(huán)氧樹脂1∶1的比例摻入上述砂漿中，均勻攪拌5min后即可使用；?采用連接灌漿泵自下而上地將環(huán)氧樹脂砂漿漿液均勻灌注整個縫面，若灌漿時發(fā)現(xiàn)漏漿、冒漿現(xiàn)象，可采用表面封堵、嵌縫、低壓間歇灌漿等方法處理。

2.2輸水防滲渠道修復(fù)技術(shù)

針對寒旱地區(qū)混凝土襯砌渠道因凍脹所引起的損傷，具體修復(fù)施工工序為：?清淤拆板：對需修復(fù)渠道清除淤泥，之后自上而下地拆除渠道舊混凝土板，輕拆輕放至合適位置，同時清除其黏結(jié)的砂漿、泥沙；?開挖削坡：按照設(shè)計的渠道中線、渠底高程及斷面尺寸進行削坡修整，對沉陷、滑坡嚴重渠段拋填夯實砂石進行換基處理；?渠道襯砌：在清理后的渠坡、渠底等處灑水潤濕，整平密實，之后緊貼基礎(chǔ)鋪設(shè)防滲塑料薄膜，并按照先渠底后坡面的順序鋪設(shè)保溫板與薄膜預(yù)制板，隨后進行砂漿墊層與混凝土板襯砌板的鋪設(shè)，確保混凝土襯砌板達到設(shè)計平整度，并用C15干硬性細石混凝土對混凝土板勾縫，要求板縫密實、光滑、飽滿；?養(yǎng)護：勾縫12h后進行灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不低于10d，同時依據(jù)襯砌混凝土板厚度與設(shè)計要求制作伸縮縫，最后將拌和好的干硬性鋸末水泥砂漿澆筑至伸縮縫并抹平。

2.3丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)技術(shù)

針對在低溫、潮濕等惡劣環(huán)境中的閘門底板、側(cè)墻、閘墩等長期處于碳化、鹽侵、水流淘刷、空蝕、氣蝕磨損及臨界水位線的水工混凝土結(jié)構(gòu)，可采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)損傷部位。丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿由P.O42.5硅酸鹽水泥、細度模數(shù)為2.5的天然河砂、粒徑為0.5~2cm的當(dāng)?shù)厥?、銑削性鋼纖維、NSF硅粉劑及丙乳按一定配合比制成[7]，較傳統(tǒng)混凝土提高了早期強度及最終強度，改善了混凝土離析和泌水性能，適用于水工建筑物溢流面及水位臨界面破壞的修復(fù)處理。具體修復(fù)施工工序為：?基面處理：采用風(fēng)把鉆機對混凝土表層進行噴砂打毛，之后用高壓水流沖洗以露出新鮮混凝土層面；?砂漿配置：將原干料按照設(shè)計配合比使用攪拌機均勻攪拌，轉(zhuǎn)運至施工作業(yè)面后，再通過人工攪拌摻加丙乳膠，確保隨拌隨用；?涂刷界面劑并噴射砂漿：在已鑿毛清洗后的混凝土基層上涂抹一層丙乳凈漿并找平受噴面較大坑洼處，待其固結(jié)后再噴射丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿，同時控制混凝土坍落度在8cm左右，施工結(jié)束后，應(yīng)鋪設(shè)塑料保水薄膜于新澆筑的混凝土砂漿表層；?養(yǎng)護：待砂漿基本固結(jié)后，可滾涂砂丙乳水泥凈漿，采用噴霧器噴霧養(yǎng)護，在混凝土砂漿澆筑72h后可緩慢浸水進行蓄水養(yǎng)護，養(yǎng)護7d以后投入使用。

2.4外包鋼加固修復(fù)技術(shù)

針對寒旱地區(qū)破壞嚴重且受力集中的出水塔、管道鎮(zhèn)墩等水工混凝土結(jié)構(gòu)，可采用型鋼外包箍緊混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的方式阻止損傷擴展，從而修復(fù)提高結(jié)構(gòu)的剛度和承載力。外包鋼加固修復(fù)技術(shù)包括干式和濕式兩種，其中干式要求鋼材同原構(gòu)件沒有任何黏結(jié)，應(yīng)使用緊固件使混凝土表面與鋼材緊密結(jié)合，以保證其協(xié)同工作。濕式則是采用乳膠黏結(jié)原構(gòu)件與鋼材，以使兩者間具有良好的同步協(xié)調(diào)工作能力[8]。外包鋼加固修復(fù)技術(shù)施工簡便，造價較低，適用于提升寒旱地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)承載力和安全性的施工修復(fù)。

3結(jié)語

我國寒旱地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)因其特有的工作環(huán)境而遭受多種病害的威脅，探究該區(qū)域水工混凝土常見損傷形式以及成因機理，提出切實可行的水工混凝土損傷修復(fù)技術(shù)與工藝，通過修復(fù)處理后的水工混凝土結(jié)構(gòu)外觀質(zhì)量明顯改善，提高了混凝土抗侵蝕的能力，增強了建筑物的安全性和耐久性。值得注意的是，應(yīng)加強該類區(qū)域水工混凝土結(jié)構(gòu)的運行管理，嚴格遵循設(shè)計預(yù)定工況運行，嚴禁超負荷運行，加強對結(jié)構(gòu)特殊易損部位的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時進行科學(xué)規(guī)范的處理，注重定期維護，嚴禁帶病運行，只有這樣才能降低水工混凝土損傷的發(fā)生概率，提高該區(qū)域水工混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命。

參考文獻

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[3]田雪竹.瀝青混凝土心墻在新疆高寒地區(qū)水利工程中的運用[J].水利建設(shè)與管理,2010(6).

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[8]王軍璽,丁東彥,楊曉琴.寒區(qū)混凝土墩臺開裂與對策[J].水利建設(shè)與管理,2013(4).

Exploration and analysis on hydraulic concrete damage form and

construction repair technology in cold and arid region

ZHANG Di

(LiaoningChaoyangCountyWaterAuthority,Chaoyang122000,China)

Abstract:In the paper, common damage form and cause formation mechanism in hydraulic concrete structure are explored aiming at the characteristics of unique cold and dry climate environment in the cold and arid region of China. Meanwhile, corresponding hydraulic concrete structure construction repair technology is proposed in a targeted mode. The research can provide beneficial reference for disease diagnosis and construction repair of hydraulic concrete structure in the same type areas.

Key words:cold and arid region; hydraulic concrete; damage form; construction repair technology

DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.11.005

中圖分類號：TV431

文獻標識碼：A

文章編號：1673-8241(2015)11-0011-03