北方地區(qū)水工混凝土建筑物常見病害及修復(fù)對策

王俊達(dá)

（遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽110003）

北方地區(qū)水工混凝土建筑物常見病害及修復(fù)對策

王俊達(dá)

（遼寧省水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督中心站，遼寧沈陽110003）

針對我國北方地區(qū)獨(dú)特的寒冷干旱氣候環(huán)境特征，探尋該區(qū)域水工建筑物常見病害的類型及成因機(jī)理，同時有針對性地提出了水工建筑物施工修復(fù)對策。研究可為同類型區(qū)域水工混凝土建筑物的病害診斷與施工修復(fù)提供有益借鑒。

北方地區(qū)；水工建筑物；病害機(jī)理；修復(fù)對策

引言

我國北方地區(qū)水工混凝土建筑物在承受滿足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，進(jìn)而導(dǎo)致水工混凝土建筑物出現(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(yán)重影響該區(qū)域水利工程的安全運(yùn)行，制約了水利工程效益的正常發(fā)揮。北方地區(qū)水工混凝土結(jié)構(gòu)需經(jīng)常進(jìn)行修補(bǔ)，以確保該區(qū)域水工混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度及耐久性，消除工程運(yùn)行中的安全隱患［1］。因此，有必要分析該區(qū)域水工混凝土建筑物常見病害成因并提出相應(yīng)的施工修復(fù)技術(shù)，研究可為類似工程的更新改造和維護(hù)維修提供決策依據(jù)。

1 水工混凝土建筑物常見病害類型及成因

1.1裂縫

裂縫為影響北方地區(qū)水工混凝土建筑物耐久性的重要因素，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］。

水工混凝土建筑物裂縫產(chǎn)生的原因主要包括∶①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；②在外部約束力作用下，混凝土硬化而導(dǎo)致的裂縫；③厚度較大構(gòu)件中因混凝土塑性塌落而導(dǎo)致的裂縫；④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；⑤運(yùn)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凍脹破壞

北方地區(qū)混凝土襯護(hù)渠道受干旱少雨、季節(jié)及晝夜溫差大等氣候因素的影響，凍脹破壞現(xiàn)象嚴(yán)重［3］，其形式主要包括∶①現(xiàn)澆混凝土板破裂。在澆筑混凝土板時外界溫度過低，將會導(dǎo)致現(xiàn)澆板出現(xiàn)裂縫，并會隨著時間不斷蔓延；②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(jìn)而造成混凝土襯砌板的破損；③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破壞的原因包括；①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；②襯砌基土屬于凍脹土類；③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

北方地區(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碳化破壞

長期與大氣接觸的水工混凝土建筑物，大氣中的C O2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(qiáng)度［4］。同時，混凝土內(nèi)部P H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(yán)重影響水工混凝土建筑物的耐久性。

1.5堿骨料反應(yīng)

北方地區(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)易與這些堿性物質(zhì)反應(yīng)生成吸水膨脹凝膠［5］，從而降低混凝土的強(qiáng)度。

2 水工混凝土建筑物施工修復(fù)對策

2.1環(huán)氧樹脂砂漿水下裂縫修復(fù)技術(shù)

針對北方地區(qū)水工混凝土建筑物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(qiáng)度不損失、養(yǎng)護(hù)期短等優(yōu)勢，可在水下（20～25℃）4～6h初凝并實(shí)現(xiàn)了膠黏劑與混凝土強(qiáng)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E 51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合而成［6］，具體修復(fù)施工工序?yàn)椤芒俨榭p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；②將水泥與河砂按1∶2比例混合均勻，嚴(yán)格控制水灰比為0.36～0.40，之后在水泥砂漿中摻入定量的環(huán)氧樹脂并攪拌10m i n，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5m i n后即可使用；③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)

針對北方地區(qū)混凝土襯砌渠道因凍脹所引起的破壞，具體修復(fù)施工工序?yàn)椤芒偾逵俨鸢?。對需修?fù)渠道清除淤泥，自上而下地拆除渠道舊混凝土板，輕拆輕放并整齊碼放在合適位置，同時清除其粘結(jié)的砂漿、泥沙；②開挖削坡。按照設(shè)計(jì)的渠道中線、渠底高程及斷面尺寸進(jìn)行削坡修整，對沉陷、滑坡嚴(yán)重渠段拋填夯實(shí)砂石進(jìn)行換基處理；③渠道襯砌。在清理后的渠坡、渠底等處灑水潤濕、整平密實(shí)。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(jìn)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(dá)到設(shè)計(jì)平整度，并用C15干硬性細(xì)石混凝土對混凝土板勾縫，要求板縫密實(shí)、光滑、飽滿。④養(yǎng)護(hù)。勾縫12h后進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間不低于10d，同時依據(jù)襯砌混凝土板厚度與設(shè)計(jì)要求制作伸縮縫，最后將拌合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建筑物，可采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復(fù)破損部位。丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿采用P o 42.5硅酸鹽水泥，細(xì)度模數(shù)為2.5的天然河砂，粒徑為0.5～2c m的當(dāng)?shù)厥?，銑削性鋼纖維，N SF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(qiáng)度及最終強(qiáng)度，改善了混凝土離析和泌水的性能，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?yàn)椤芒倩嫣幚?。采用風(fēng)把鉆機(jī)對混凝土表層進(jìn)行噴砂打毛，之后用高壓水流沖洗以露出新鮮混凝土層面；②砂漿配置。應(yīng)將原干料按照設(shè)計(jì)配合比使用攪拌機(jī)均勻攪拌，在轉(zhuǎn)運(yùn)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；③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，同時控制混凝土塌落度在8c m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；④養(yǎng)護(hù)。待砂漿基本固結(jié)后，可滾涂砂丙乳水泥凈漿，采用噴霧器噴霧進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在混凝土砂漿澆筑72h后可緩慢浸水進(jìn)行蓄水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)7d以后才可投入使用。

2.4外包鋼加固修復(fù)技術(shù)

針對北方地區(qū)破壞嚴(yán)重且受力集中的出水塔、管道鎮(zhèn)墩等水工建筑物，可采用型鋼外包箍緊混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的方式阻止破壞擴(kuò)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，適用于提升北方地區(qū)水工混凝土建筑物承載力和安全性的施工修復(fù)。綜上所述，采用環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)、輸水防滲渠道技術(shù)、丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿技術(shù)以及外包鋼加固技術(shù)可針對性地修復(fù)我國北方地區(qū)水工混凝土建筑物的常見病害，最大限度地降低水工混凝土結(jié)構(gòu)損壞對水工構(gòu)筑物運(yùn)行的影響，在北方地區(qū)水工混凝土建筑物修復(fù)工程中擁有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)語

我國北方地區(qū)水工混凝土建筑物因其特有的工作環(huán)境而遭受多種病害的威脅，探究該區(qū)域水工混凝土常見病害的成因與機(jī)理，提出切實(shí)可行的水工混凝土建筑物修復(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(qiáng)了建筑物的安全性和耐久性。值得注意的是，應(yīng)加強(qiáng)該類區(qū)域水工混凝土建筑物的運(yùn)行管理，嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)預(yù)定工況運(yùn)行，嚴(yán)禁超負(fù)荷運(yùn)行，加強(qiáng)對建筑物特殊易損部位的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)問題及時進(jìn)行科學(xué)規(guī)范的處理，注重定期維護(hù)、嚴(yán)禁帶病運(yùn)行，這樣才能降低水工混凝土病害發(fā)生幾率，提高該區(qū)域水工混凝土建筑物的使用壽命。

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T V 698.2

：A

：1672-2469（2016）05-0017-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.008

2015-08-02

王俊達(dá)（1985年—），男，工程師。