寒旱区水工混凝土损伤形式及施工修复技术探析.pdf

第1 1 期 ( 总第1 2 8 期) 中国水能及电 化 N o ． 1 1( T O T A L N o ． 1 2 8 ) 2 0 1 5 年1 1 月 C h i n a Wa t e r P o w e r &E l e c 仃 i f i c a t i o n D OI ：1 0 ． 1 6 6 1 7 ／ j ． c n k i ． 1 1 5 5 4 3 ／ T K ． 2 0 1 5 ． 1 1 ． 0 0 4 寒旱 区水 工混凝 土损伤形式 及施 工修 复技术探析 张 迪 ( 辽宁省朝阳县水务局，辽宁 朝阳 1 2 2 0 0 0 ) 【 摘 要】 本文针对我国 寒旱地区独 特的寒冷干燥气候环境特征， 探寻了 该区 域水工混凝土结构常见损伤的形 式及成因机理，同时针对性地提出了相应的水工混凝土结构施工修复技术。本研究可为同类型区域水工混凝土 构筑物的病害诊断与施工修复提供有益借鉴。 【 关键词】 寒旱区；水工混凝土；损伤形式；施工修复技术 中图分类号 ：T V 4 3 1 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 6 7 3 - 8 2 4 1 ( 2 0 1 5 )1 1 - 0 0 1 1 - 0 3 Ex pl o r a t i o n a n d a na l y s i s o n h yd r a ul i c c o n c r e t e da m a g e f o r m a nd c o ns t r uc t i o n r e pa i r t e c hno l o g y i n c o l d a nd a r i d r e g i o n Z HANG Di ( L i a o n i n g C h a o y a n g C o u n t y W a t e r A u t h o r i t y ，C h a o y a n g 1 2 2 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ：I n t h e p a p e r ，c o mmo n d a ma g e f o r m a n d c a u s e f o rm a t i o n me c h a n i s m i n h y d r a u l i c c o n c r e t e s t r u c t u r e a r e e x p l o r e d a i mi n g a t t h e c h a r a c t e ri s t i c s o f u n i q u e c o l d a n d d r y c l i ma t e e n v i r o n me n t i n t h e c o l d a n d a ri d r e g i o n o f Ch i n a ．Me a n w h i l e ， c o r r e s p o n d i n g h y d r a u l i c c o n c r e t e s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n r e p a i r t e c h n o l o g y i s p r o p o s e d i n a t a r g e t e d mo d e ．T h e r e s e a r c h c a n p r o v i de b e n e fic i a l r e f e r e n c e for di s e a s e di a g no s i s a n d c o ns t ru c t i o n r e pa i r o f h y dr a ul i c c o n c r e t e s t ruc t ur e i n t he s a me t y p e ar ea s． Ke y wo r d s ：c o l d a n d a r i d r e g i o n；h y d r a u l i c c o n c r e t e；d a ma g e f o r m；c o n s t r u c t i o n r e p a i r t e c h n o l o gy 我 国寒旱地 区水工混凝 土结 构在承受安全荷 载组 合 的同时 ，还受到特殊 自然环境 的侵蚀 ，如 ：冻融 破 坏 、土壤盐分离子侵蚀 、高矿化度 灌溉 回归水 、大气 运行 ，制 约了水 利工程 效益的正常发挥 。寒旱地 区水 工混凝土结构需经常进行修补 ，以确保结构 的强 度及 耐久性 ，消除工程运行 中的安全 隐患⋯。因此 ，有必 碳化 及干湿 循环破坏等作用的影响 ，导致水工 混凝土 要分析该 区域水工混凝土结构常见损伤成 因并 提 出相 结构 出现裂缝 、冻胀 、冲磨与空蚀 、碳化及碱 骨料反 应等侵蚀破坏现象 ，严重影响该 区域水利 工程的安全 应 的施工修 复技术 ，为类似工程 的更新 改造和维护维 修提供决策依据 。 1 1 施工技术 Con s t r uc t i on Te c hn o l o g y 1 水工混凝土结构常见损伤形式及成因分析 1 ． 1 裂缝损伤 裂缝 为影响寒旱地 区水工 混凝 土结构耐久性 的重 要因素 ，按其产生 原 因分 为外荷 载裂 缝 、变 形裂缝 、 施 工裂缝 ；按裂缝 的形态分为水平与 垂直裂缝 、横纵 向裂缝 、斜 向和放射形裂缝 ；按裂缝深 浅分为贯穿裂 缝 、深层裂缝 和表 面裂缝 。 水工 混凝土结构裂缝产生 的原 因主要有 ：⑧新浇 筑混凝土水化放热 ，混凝土过大 的内外温差 引起混凝 土变形 ，从而产生裂缝 ；⑥在外部约束力作用下，混 凝 土硬化 而导致 的裂缝 ；⑥厚 度较 大构建 中因混凝 土 塑性塌落 而导致 的裂缝 ；③混凝 土中的活性骨料 与碱 性物质发生反应 ，使混凝 土膨胀 开裂 ；⑥运行 中的混 凝 土结构 因不均 匀沉 陷或承受过载而产生的裂缝 。 1 ． 2 冻胀损伤 寒旱地 区混凝土衬 护渠道受 干旱少 雨 、季节及 昼 夜温差大等气 候 因素 的影 响 ，冻 胀损 伤现 象严 重 ， 其形式 主要包括 ：⑧现浇混凝土板破 裂 ：在浇筑混凝 土板 时的外界温度过低 ，导致现浇板 出现裂缝 ，并会 随着 时间不断蔓延 ；⑥ 隆起和塌 陷 ：温度变化 、地下 水 位变化 等因素会 造成混凝 土渠道 地基 隆起 或塌 陷 ， 进而造成混凝 土衬砌 板 的破损 ；⑥ 预制衬 砌板 破坏 ： 因混凝土渠道边坡与底板结合处受到地基土变形 的影 响 ，出现鼓胀 、滑塌现象 ，破坏了预制混凝 土板 。 造成渠道 混凝 土衬砌冻胀损 伤的原 因有 ：④渠 道 基 础土壤 入冬前 的含水量 超过土 壤起始冻 胀含水 量 ； ⑥衬砌基土属 于冻胀土类 ；⑥ 气温低 于 0 ℃ ，土壤结 冰时 ，体积膨胀破坏混凝土衬砌面板 。 1 ． 3 冲磨与空蚀损伤 寒 旱地区的压力前池 、涵管 、渡槽 、倒虹 吸 、闸 门等过水混凝 土建筑 物长期 受到水 流中泥沙和高 速水 流的磨 损与 空蚀 ，造成 混 凝 土局部 表 面 呈现 凹痕麻 面、粗骨料及钢筋外露等破坏 。 1 ． 4 碳化损伤 长期与大 气 接触 的水工 混 凝 土结 构 ，大气 中的 C O ： 将渗入混凝土 内部 孔隙并 溶解 于水分 中，且 与胶 凝材料发生多相化学物理反应产生钙矾石等 物质 ，降 低 了混凝 土建 筑物 的强度 。同时 ，混凝 土 内部 p H 值小于 1 0的孔隙溶液会逐渐腐蚀钢筋 的钝化膜 ，致 使钢筋锈蚀膨胀 ，甚 至剥 离 ，引起 混凝土开裂 ，从 而 严 重影响水工混 凝土建 筑物的耐久性 。 1 ． 5 碱骨料反应损伤 寒旱地 区水工混凝土 中富含大量 的碱性物质 ，骨 料 中的氧化硅等物质易与碱性物质发生反应 生成吸水 膨胀凝胶 ，从而降低混凝 土的强度。 2 水工混凝土损伤施工修复技术 2 ． 1 环氧树脂砂浆水下裂缝修复技术 针对寒旱地 区水工混凝土结构普遍存在 的水下裂 缝问题 ，环氧树脂水 泥砂 浆具有允许砂浆带 水施工作 业 、水下抗分散离析性好 、水下强度不损失 、养护期 短等优 势 ，可在水下( 2 0～2 5 (℃)4～6 h初凝并 实现 胶黏剂 与混凝 土强度 的叠加 ，对水 工混凝土水 下裂缝 具有较好 的修 复效果 。 环 氧 树脂 砂 浆 采 用 E 5 1或 壳牌 8 2 8环 氧 树 脂 、 1 0 8 5水下 固化 剂 、水 泥及 河砂 按 照一 定重 量 比与 水 拌 和而成 J ，具体修复施工工序为 ：⑧查 缝定位后 钻 孔清孔 ，之后布设与采用 的灌浆方式及地 质条件相适 应 的灌 浆 系统 ，确保 灌 浆管 路 、出浆 设施 与 缝 面 畅 通 ；⑩将水泥与河砂按 1 ： 2 比例混合 均匀 ，严格 控制 水灰 比为 0 ． 3 6～ 0 ． 4 0 ，再 向水泥砂浆 中掺入定量的环 氧树脂 并搅拌 1 0 m i n ，之后将 1 0 8 5型水下固化剂按 固 化剂 与环氧树脂 1 ： 1 的比例掺人 上述砂浆 中，均 匀搅 拌 5 m i n后 即可使用 ；@ 采 用连 接灌 浆泵 自下 而上 地 将环氧树脂砂浆浆液 均匀灌 注整个缝 面 ，若灌浆 时发 现漏浆 、冒浆现象 ，可采用表 面封 堵 、嵌缝 、低压 间 歇灌浆等方法处理 。 2 ． 2 输水防渗渠道修复技术 针对寒 旱地 区混凝 土衬砌渠 道因冻胀所 引起 的损 伤 ，具体修复施工工序为 ：⑧清淤拆板 ：对需修 复渠 道清 除淤泥 ，之后 自上 而下地 拆 除渠道 旧混凝 土 板 ， 轻拆轻 放 至合 适位 置 ，同时 清 除其 黏 结 的砂 浆 、泥 沙 ；⑥开挖削坡 ：按照设 计的渠道 中线 、渠底 高程及 施工技术 Co ns t r u c t i o n Te c h n o l o g y 断面尺寸进行削坡修整 ，对沉陷 、滑坡严重 渠段抛 填 夯实砂 石进行 换基处理 ；@ 渠道衬砌 ：在清 理后 的渠 坡 、渠底等处洒水润湿 ，整平密实 ，之后 紧贴基础铺 设防渗塑料薄膜 ，并按照先渠底后坡面 的顺 序铺设保 温板与薄膜预制板 ，随后进行砂浆垫层 与混凝土板 衬 砌板 的铺设 ，确保 混凝土衬砌板达到设计 平整度 ，并 用 C 1 5干硬性 细石混凝 土对混凝土板勾缝 ，要求板缝 密实 、光滑 、饱满 ；⑧养护 ：勾缝 1 2 h后进 行洒水 养 护 ，养护时间不低于 l O d ，同时依 据衬 砌混凝 土板 厚 度与设 计要求制作伸缩缝 ，最后将拌和好 的干硬性锯 末水 泥砂浆 浇筑至伸缩缝并抹平 。 2 ． 3 丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆修复技术 针对在低 温 、潮湿等恶劣环境 中的闸门底板 、侧 墙 、闸墩等长期 处于 碳化 、盐侵 、水流 淘 刷 、空蚀 、 气蚀磨 损及临界水位线 的水工混凝土结构 ，可采用丙 乳硅粉钢纤维混凝土砂浆修复损伤部位 。丙 乳硅粉 钢 纤维混凝土砂浆 由 P ． 0 4 2 ． 5硅 酸盐水 泥 、细度模数 为 2 ． 5的天然河 砂 、粒 径 为 0 ． 5～ 2 c m 的 当地石 料 、铣 削性 钢 纤 维 、N S F硅 粉 剂 及 丙 乳 按 一 定 配 合 比制 成 ，较传统混凝土提高 了早期 强度及最终 强度 ，改 善 了混凝 土离析和泌水性能 ，适用于水工建筑 物溢流 面及水位 临界 面破坏 的修复处理 。具体修复施 工工序 为 ：⑧基 面处理 ：采用 风把 钻机对 混凝土表层 进行 喷 砂打毛 ，之后 用 高 压水 流 冲 洗 以露 出新 鲜 混凝 土 层 面 ；⑥砂浆配置 ：将原 干料按 照设计 配合 比使 用搅拌 机均匀搅拌 ，转运 至施 工作 业面后 ，再通过人 工搅拌 掺加丙乳胶 ，确保 随拌随用 ；⑥涂 刷界面剂 并喷射砂 浆 ：在 已凿 毛清洗后的混凝土基层上涂抹一 层丙乳净 浆并找 平受 喷面较大坑洼处 ，待其 固结后再 喷射丙乳 硅粉钢纤维 混凝 土 砂 浆 ，同 时控 制混 凝 土坍 落 度在 8 c m左 右 ，施 工结束后 ，应铺设塑料 保水薄 膜于新 浇 筑 的混凝土砂 浆表 层 ；⑧ 养护 ：待 砂浆 基本 固结后 ， 可滚涂砂丙乳水泥净浆 ，采用 喷雾器 喷雾养护 ，在 混 凝土砂浆浇筑 7 2 h后可缓慢浸水进行 蓄水养 护 ，养 护 7 d以后投入使用 。 2 ． 4 外包钢加固修复技术 针对寒旱地 区破坏严重且受力集 中 的出水塔 、管 道镇 墩等水工混凝土结构 ，可采用 型钢外包箍 紧混凝 土结 构基础的方式阻止损 伤扩展 ，从 而修 复提高结 构 的刚度和承载力 。外包 钢加固修 复技 术包 括干式 和湿 式两种 ，其 中干式要 求钢 材 同原 构件没 有任 何黏 结 ， 应使用紧 固件使混凝土表面与钢材紧密结合 ，以保 证 其协 同工作 。湿式则是 采用 乳胶 黏结原 构件 与钢 材 ， 以使 两者间具 有 良好 的同步协调工作能力 。外包 钢 加固修 复技术 施工简便 ，造 价较低 ，适 用于提升寒 旱 地区水工混凝 土结构承载力和安全性 的施 工修 复。 3 结语 我 国寒旱地 区水 工混凝 土结构 因其 特有 的工作环 境而遭 受多种病害的威胁 ，探究该 区域水 工混凝土 常 见损伤形式以及成因机理 ，提出切实可行的水工混 凝 土损 伤修复技 术与工 艺 ，通 过修 复处理后 的水工混凝 土结构 外观质量明显改善 ，提高了混凝 土抗侵蚀 的能 力 ，增 强 了建筑 物 的安 全性 和耐 久性 。值 得 注 意 的 是 ，应加强该类 区域水工混凝 土结 构的运行管理 ，严 格遵循设计 预定工况 运行 ，严禁超 负荷运行 ，加强对 结构特殊易损部位 的监测 ，发现 问题及 时进行科 学规 范的处理 ，注重定期维护 ，严禁带病运行 ，只有这样 才 能降低水工 混凝土损伤 的发生概率 ，提高该 区域水 工混凝 土结构 的使用 寿命 。A 参考文献 [ 1 ] 戚立荣． 混凝土裂缝成因及防治措施[ J ] ． 水利建设与管理， 2 O L O( 6 ) ． [ 2 ] 于月文 ， 解学相， 卢存伟． 浅谈透水混凝土的应用前景[ J ] ． 水 利建设与管理 ， 2 0 1 2 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