水利工程建設(shè)中混凝土檢測(cè)研究

陳昱曉

廣東建科源勝工程檢測(cè)有限公司 廣東 東莞 523710

引言

為了保障水利工程施工建設(shè)質(zhì)量，需要采用科學(xué)的檢測(cè)技術(shù)，明確混凝土材料及其結(jié)構(gòu)存在的質(zhì)量問題，從而制定相應(yīng)的質(zhì)量?jī)?yōu)化措施。但是受到多種因素的影響，當(dāng)前部分水利工程在混凝土檢測(cè)工作中還存在著一些問題，采用的檢測(cè)技術(shù)不夠合理，從而無法有效檢測(cè)出混凝土結(jié)構(gòu)存在的質(zhì)量問題，進(jìn)而對(duì)水利工程產(chǎn)生很大負(fù)面影響。因此，需要結(jié)合水利工程建設(shè)實(shí)際情況，完善檢測(cè)工作體系，創(chuàng)新檢測(cè)技術(shù)及方法，是推動(dòng)水利工程施工建設(shè)的關(guān)鍵所在。

1 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)常見病害分析

在水利工程施工建設(shè)過程中，存在多種常見病害問題，尤其是混凝土結(jié)構(gòu)部分，一旦出現(xiàn)病害問題，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、性能等受到很大影響，所以在分析水利工程混凝土檢測(cè)工作前，需要明確水利工程混凝土結(jié)構(gòu)常見的病害問題。

1.1 淺表性溫度裂縫病害

在水利工程建設(shè)過程中，混凝土結(jié)構(gòu)表面容易出現(xiàn)散布沒有規(guī)律的裂縫，整體呈現(xiàn)龜裂形態(tài)，裂縫寬度較窄、深度較淺，開裂主要發(fā)生在水利工程混凝土墩墻表層，延伸深度較淺，不會(huì)對(duì)整體結(jié)構(gòu)質(zhì)量造成直接影響，裂縫深度不會(huì)超過鋼筋保護(hù)層的厚度。水利工程混凝土墩墻表面的溫度裂縫就被稱作為淺表性裂縫，也稱作為干縮性裂縫，大都發(fā)生在水利工程混凝土墩墻養(yǎng)護(hù)處理結(jié)束后[1]。

1.2 深層溫度裂縫病害分析

根據(jù)近些年來我國(guó)水利工程建筑物的實(shí)際建設(shè)情況來看，水利工程混凝土墩墻中常見具有豎向規(guī)律的裂縫，在總裂縫中占比超過90%。例如，某水利工程構(gòu)筑物中，船閘的閘首、閘室墻、節(jié)制閘閘墩、泵站站墩等區(qū)域，都出現(xiàn)明顯的深層溫度裂縫，且裂縫深度超過混凝土的鋼筋保護(hù)層厚度，對(duì)于水利工程混凝土墩墻結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。深層溫度裂縫會(huì)貫穿水利工程混凝土墩墻墻體，縫隙寬度尺寸較大，一旦出現(xiàn)深層溫度裂縫，會(huì)導(dǎo)致水利工程混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度受到很大影響。溫度性深層裂縫，主要是因?yàn)榛炷潦艿綔囟茸兓绊懗霈F(xiàn)的伸縮變形情況，與水泥水化熱和環(huán)境溫度具有直接關(guān)系，在溫度差應(yīng)力的作用下會(huì)形成外力約束和張拉力，導(dǎo)致水利工程混凝土墩墻出現(xiàn)深層裂縫。

1.3 混凝土結(jié)構(gòu)碳化病害

在水利工程施工建設(shè)期間，混凝土碳化是指受到強(qiáng)烈化學(xué)侵蝕，主要以空氣中的二氧化碳為主，二氧化碳進(jìn)入水利工程混凝土內(nèi)部后，會(huì)發(fā)生相應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)，在內(nèi)部生產(chǎn)碳酸鹽、水，使混凝土堿度降低，該過程就被稱為碳化。水利工程混凝土結(jié)構(gòu)中的水泥在碳化過程中會(huì)形成氫氧化鈣，使得其內(nèi)部孔隙中被飽和氫氧化鈣溶液充滿，從而使鋼筋表面形成難以溶解的氧化鐵，對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大危害[2]。

1.4 混凝土結(jié)構(gòu)凍融破壞病害

抗凍性是檢測(cè)水利工程混凝土質(zhì)量參數(shù)的重要標(biāo)準(zhǔn)，且不僅寒冷地區(qū)的水利工程構(gòu)筑物需要混凝土具有良好的抗凍性，溫?zé)岬貐^(qū)的水利工程構(gòu)筑物同樣需要混凝土具有良好的抗凍性，因?yàn)闀?huì)在冷熱交替過程中，如果水利工程混凝土的抗凍性較差，就會(huì)導(dǎo)致其質(zhì)量出現(xiàn)問題，在長(zhǎng)時(shí)間的使用過程中，因冷熱較低的溫度差導(dǎo)致水利工程混凝土結(jié)構(gòu)表層脫落、結(jié)構(gòu)疏松的問題出現(xiàn)，從而嚴(yán)重影響水利工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。凍融破壞主要是因?yàn)樗こ袒炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部的毛細(xì)孔水在較低的溫度下會(huì)轉(zhuǎn)化為固態(tài)冰形態(tài)，從而導(dǎo)致混凝土體積膨脹，產(chǎn)生相應(yīng)的拉應(yīng)力，使得水利工程混凝土結(jié)構(gòu)被破壞。

2 水利工程混凝土檢測(cè)技術(shù)分析

H市某水利工程為大型工程，大壩建設(shè)等級(jí)為1級(jí)，建設(shè)發(fā)電廠房為2級(jí)，在電站中配備6臺(tái)立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為120w，總?cè)萘繛?20w。該水利工程以混凝土重力壩為主體，大壩最大高度為120.5m，大壩頂部高程為215m，壩軸線長(zhǎng)度為1165m，總混凝土量約為340萬(wàn)m3。為了保障該水利工程質(zhì)量，防止出現(xiàn)上述多項(xiàng)混凝土結(jié)構(gòu)問題，需要對(duì)混凝土進(jìn)行科學(xué)的檢測(cè)。

2.1 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量檢測(cè)分析

在水利工程混凝土進(jìn)行檢測(cè)的過程中，需要按照原材料標(biāo)準(zhǔn)制作相應(yīng)的樣本，并將其放置在標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)環(huán)境中，樣本和混凝土參數(shù)相一致后，需要對(duì)被檢測(cè)樣本與標(biāo)準(zhǔn)樣本的抗壓強(qiáng)度、強(qiáng)度、密實(shí)度以及鋼筋銹蝕度進(jìn)行檢測(cè)，并將其準(zhǔn)確記錄與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比，從而能夠明確當(dāng)前被檢測(cè)混凝土是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。在本次檢測(cè)工作中，各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)包括：①?gòu)?qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)值為34MPa，平均值為46.2MPa，修正強(qiáng)度為44.3MPa。②抗壓強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)值為大于850MPa，平均值為44.7MPa，修正強(qiáng)度為42.8MPa。③密實(shí)性。標(biāo)準(zhǔn)值為5.0%，平均值為45.7，修正為47.8。④鋼筋銹蝕度。標(biāo)準(zhǔn)值為小于0.075，平均值為48.3，修正強(qiáng)度為43.4MPa。

2.2 強(qiáng)度檢測(cè)分析

在水利工程混凝土強(qiáng)度檢測(cè)工作中，需要選擇配合比相同的100cm3混凝土塊作為試件，檢測(cè)溫度需要控制在20℃，相對(duì)濕度控制在95%，在該條件下進(jìn)行恒壓靜置，靜置周期為28d，之后根據(jù)檢測(cè)結(jié)果判斷實(shí)測(cè)數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值之間的偏差，將檢測(cè)結(jié)果詳細(xì)記錄后分析，從而能夠明確該混凝土試件是否能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。根據(jù)相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)可以看出，該混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為34MPa，允許誤差為±2.5MPa，在該范圍內(nèi)說明混凝土試件強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果為合格。在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)過程中，最為常用的檢測(cè)方法為回彎沉檢測(cè)技術(shù)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別出混凝土結(jié)構(gòu)中存在的多種質(zhì)量問題，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較高，且技術(shù)應(yīng)用成本較低。以落錘式完成檢測(cè)技術(shù)為例，利用重錘下落產(chǎn)生的沖擊力，將沖擊力施加在混凝土結(jié)構(gòu)中，按照重錘彈回的情況以及混凝土結(jié)構(gòu)表面情況，即能夠明確當(dāng)前混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，且通常情況下不會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，是一種檢測(cè)結(jié)果較為準(zhǔn)確的檢測(cè)技術(shù)，通常應(yīng)用于水利工程混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)中[3]。

2.3 密實(shí)性檢測(cè)

在水利工程建設(shè)過程中，混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性對(duì)于其承載能力會(huì)產(chǎn)生直接影響，如果混凝土結(jié)構(gòu)不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則很容易導(dǎo)致水利工程出現(xiàn)結(jié)構(gòu)坍塌等安全事故，造成嚴(yán)重的后果，所以必須加強(qiáng)對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性檢測(cè)。在混凝土密實(shí)性檢測(cè)過程中，可以采用激光檢測(cè)技術(shù)。激光檢測(cè)技術(shù)是建筑工程中最為常用的技術(shù)，主要是對(duì)建筑工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量情況進(jìn)行檢測(cè)。在具體應(yīng)用過程中，激光無損檢測(cè)技術(shù)的原理是利用激光折射、激衍射和激光反射，根據(jù)激光在空間中的傳輸路徑和情況，判斷混凝土結(jié)構(gòu)是否存在質(zhì)量問題。例如，如果混凝土結(jié)構(gòu)中存在裂縫，激光路徑就會(huì)發(fā)生衍射，通過對(duì)激光路徑圖像的分析，即可判斷路面內(nèi)部裂縫存在位置、裂縫尺寸等信息[4]。

2.4 抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

抗壓強(qiáng)度是評(píng)價(jià)水利工程混凝土質(zhì)量的重要部分，與水利工程安全性和質(zhì)量具有密切關(guān)系，所以需要做好混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)工作。在對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)過程中，因?yàn)樗こ桃?guī)模較大，全面檢測(cè)難度較高，其需要花費(fèi)較大成本，所以可以采用混凝土試塊的檢測(cè)方法，確定混凝土綜合抗壓強(qiáng)度，選擇具有代表性的混凝土試塊，可以采用回彈檢測(cè)方法，能夠在不對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞的前提下，獲取混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，能夠獲取最為真實(shí)的混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)?；炷量箟簭?qiáng)度與其碳化深度具有直接關(guān)系，所以在混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)工作中，需要采用科學(xué)的碳化深度檢測(cè)方法，主要采用酚酞試劑進(jìn)行檢測(cè)，將酚酞試劑噴涂混凝土試塊的鉆孔內(nèi)，根據(jù)酚酞試劑的變化，即可判斷當(dāng)前水利工程混凝土的碳化深度，如果顯示碳化深度較為嚴(yán)重，則說明混凝土存在質(zhì)量問題，需要更換混凝土材料[5]。

2.5 鋼筋銹蝕檢測(cè)

在水利工程運(yùn)行過程中，混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生鋼筋銹蝕問題，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及綜合性能受到負(fù)面影響，為此需要開展科學(xué)的鋼筋銹蝕檢測(cè)工作。在鋼筋銹蝕度不斷提高的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度會(huì)不斷下降，在本次檢測(cè)工作中，采用半電池定位檢測(cè)技術(shù)，在混凝土試件中插入待檢測(cè)鋼筋，之后將銹蝕檢測(cè)儀器與鋼筋連接，密切觀察檢測(cè)儀器的半電池點(diǎn)位變化，從而能夠判斷當(dāng)前鋼筋側(cè)面銹蝕程度，鋼筋側(cè)面碳化程度提高到2.0mm后，則說明銹蝕程度較高，容易發(fā)生混凝土結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定問題，此時(shí)需要更換新的鋼筋材料，避免其對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

3 水利工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量問題處理措施分析

通過上文的分析可以看出，采用科學(xué)的檢測(cè)方法能夠判斷出當(dāng)前水利工程混凝土結(jié)構(gòu)存在的多項(xiàng)質(zhì)量問題，為了保證混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量合格，則需要采用相應(yīng)的處理措施，結(jié)合檢測(cè)結(jié)果，制定科學(xué)的優(yōu)化處理措施。結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，本文提出如下幾項(xiàng)有效的處理措施：①如果在水利工程混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)存在表面裂縫問題，在拆模處理后需要立即涂刷相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)劑，并在水利工程混凝土墩墻表面覆蓋塑料薄膜或土工布，為其建設(shè)良好的防風(fēng)保濕環(huán)境，能夠有效降低混凝土水分蒸發(fā)速度，從而避免裂縫出現(xiàn)。②如果在檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)抗壓強(qiáng)度存在問題，主要是由于混凝土碳化問題而導(dǎo)致，需要根據(jù)水利工程建設(shè)區(qū)域的地理環(huán)境、氣候等因素，確定最佳的混凝土規(guī)格，可以在混凝土中添加相應(yīng)的添加劑，并嚴(yán)格控制混凝土配比，保證混凝土能夠滿足當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境需求；如果混凝土結(jié)構(gòu)碳化問題較為嚴(yán)重，可以采用圍套加固技術(shù)，采用在混凝土結(jié)構(gòu)外部采用外包鋼筋套的方式，能夠提高混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載力，但是需要將其內(nèi)部破損全部清除，還可以結(jié)合鋼板箍帶的方式，能夠提高混凝土的環(huán)向抗拉強(qiáng)度。③針對(duì)水利工程混凝土墩墻的深層溫度裂縫，其重點(diǎn)在于防治措施方面，按照深層溫度裂縫的主要成因，做好預(yù)防工作。例如，在施工混凝土結(jié)果設(shè)計(jì)階段，根據(jù)水利工程構(gòu)筑物的實(shí)際質(zhì)量要求，做好混凝土配比和骨料級(jí)配工作，在保證能夠滿足構(gòu)筑物質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，可以通過增加粉煤灰、減水劑等方式，減少混凝土配置水泥用量，同時(shí)能夠降低混凝土的水膠比，使用更少的水泥則能夠減少水化熱產(chǎn)生的熱量，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)收縮量控制的目的。同時(shí)，混凝土中還可以加增加抗裂纖維，能夠全面提升混凝土墩墻的抗裂能力。針對(duì)水利工程混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題，最為有效的處理方式是利用高壓灌注漿工藝，對(duì)深度較深的裂縫進(jìn)行封閉，從而使其內(nèi)部能夠被水泥砂漿填滿，可以采用的灌漿材料包括環(huán)氧樹脂、聚氨酯等。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文全面闡述了水利工程混凝土結(jié)構(gòu)常見病害及其原因，并制定了科學(xué)的混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)措施，最后提出多項(xiàng)水利工程混凝土病害的處理措施及方法，希望能夠?qū)ξ覈?guó)水利工程建設(shè)起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高水利工程混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。