北方地区水工混凝土建筑物常见病害及修复对策.pdf

规 划 战略 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 5 期 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 2 2 4 6 9 2 0 1 6 0 5 0 0 8 北方地区水工混凝土建筑物常见病 害及修复对策 王俊达 ( 辽宁省水利工 程建 设质量与安全监督 中心站 ，辽 宁 沈 阳 1 1 0 0 0 3 ) 摘要 ：针对我 国北方地区独特的寒冷干旱 气候环 境特 征 ，探 寻该 区域水 工建 筑物 常见病 害的类型及 成 因机理 ，同 时有针对性地提 出了水工建筑物施 X - 修 复对 策。研 究可为 同类型 区域水 工混凝 土建筑物的病害诊 断与施工修 复提 供有益借鉴 。 关键词 ：北方地 区；水工建筑物 ；病 害机理 ；修 复对策 中图分类 号 ：T V 6 9 8 2 文献标识码 ：A 文章 编号 ：1 6 7 2 - 2 4 6 9 ( 2 0 1 6 ) 0 5 - 0 0 1 7 0 3 引言 我 国北 方地 区水 工 混凝 土建 筑 物在 承 受 满足 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 碳 化及 干湿 循环 破坏 等 作 用 的影 响 ，进 而导致水工混凝土建筑物出现裂缝 、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运行 ，制约了水利工程效 益 的正常 发挥 。北 方地 区水工 混凝 土 结 构需 经 常进 行 修 补 ，以确 保该 区域 水 工混 凝土 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 要分析该区域水工混凝土建筑物常见病害成 因并提 出相应的施工修复技术 ，研究可为类似工程 的更新 改造和维护维修提供决策依据。 1 水工 混凝土建筑物 常见病 害类型及成 因 1 1 裂 缝 裂缝为影响北方地区水工混凝 土建筑物耐久性 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 。 水工混凝土建筑 物裂缝产 生的原因主要包括 ： 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 ；在外部约束力 作用下 ，混凝土硬化而导致的裂缝 ；厚度较大构 件 中因混凝土塑性塌落而导致的裂缝 ；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；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 破坏 北方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 破 坏 现 象 严 重 ，其形式主要包括 ：现浇混凝土板破裂 。在 浇筑混凝土板时外界温度过低 ，将会导致现浇板出 现裂缝 ，并会 随着 时间不断蔓延 ； 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 ； 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 破坏 的原 因包 括 ； 渠 道基 础 土壤入 冬 前 的含水 量超过 土 壤起 始 冻胀 含 水量 ； 衬 砌 基 土属 于冻 胀 土 类 ； 气 温低 于 O q C。土壤 结 冰时 ，体积 膨胀 破坏 昆 凝 土衬 砌面 板 。 1 3冲磨与空蚀 北 方 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 破坏 长期与大气接触的水工 昆 凝土建筑物 ，大气中 的 C O 将渗入混凝土内部孑 L 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 收稿 日期 ：2 0 1 5 0 8 0 2 作者简介 ：王俊达 ( 1 9 8 5年一 ) ，男 ，工程师。 1 7 2 0 1 6年第 5期 水利规划与设计 规 划战 略 物质 ，降低 了混凝土建筑物的强度H 。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 北方 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 易与这 些碱 性 物质 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 土建筑物施工修复对策 2 1 环 氧树脂 砂 浆水 下裂缝 修复 技术 针对 北方 地 区水工 混凝 土建筑 物 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 02 5 ) 4 6 h 初 凝并 实现 了胶 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 水拌合而成 ，具体修复施工工序为 ：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 ；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 ，之 后在 水泥砂 浆 中 掺入定量的环氧树脂并搅拌 1 0 m i n ，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 掺入 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 北方 地 区混 凝 土衬砌 渠道 因冻 胀 所 引起 的 破 坏 ，具 体修 复施 工工 序为 ： 清淤 拆板 。对 需 修 复渠道清除淤泥 ，自上而下地拆 除渠道 旧混凝 土 板 ，轻拆 轻放 并整 齐码 放在合 适 位置 ，同时 清除 其 粘结的砂浆、泥沙 ；开挖削坡。按照设计的渠道 中线、渠底高程及断 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 1 8 混凝 土衬 砌板 达 到设 计 平 整 度 ，并 用 C 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 。养护。勾缝 1 2 h后进行洒水养护 ，养护时 间不 低于 1 0 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 拌合 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 建 筑 物 ， 可 采用丙 乳硅 粉 钢 纤 维 混凝 土 砂 浆 修 复 破 损 部 位 。 丙 乳 硅粉 钢 纤 维 混凝 土 砂 浆 采 用 P o 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 e 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 昆凝土 提高 了早 期 强 度及 最 终 强 度 ，改 善 了混 凝 土 离 析 和 泌 水 的 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：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 ；砂浆配置。 应将原干料按照设计配合 比使 用搅拌机均匀搅拌 ， 在转 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 ；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 土塌落度 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 ；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 进 行 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以后才可投入使用。 2 4外 包钢加 固修 复技 术 针对 北方 地 区破 坏 严 重 且 受 力 集 中 的出 水塔 、 管 道镇墩 等水 工建 筑物 ，可采 用 型钢外 包 箍 紧混 凝 土结构基础的方式阻止破坏扩展 ，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 ，以使两者问具有 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 提升北 方地 区水 工混凝 土 建 筑物 承载 力 和安全 性 的施工修 复 。 规 划 战略 水利规划与设计 2 0 1 6 年第 5 期 综 上所 述 ，采 用环 氧树 脂砂 浆 技 术 、输 水 防渗 渠 道技 术 、丙 乳硅 粉钢 纤 维混凝 土 砂浆 技 术 以及 外 包 钢 加 固技术 可 针对性 地 修复 我 国北 方地 区水 工 混 凝土建筑物的常见病害，最大限度地降低水工混凝 土 结构 损 坏对 水工 构筑 物运 行 的影 响 ，在 北 方 地 区 水工混 凝 土 建 筑 物修 复 工 程 中拥 有 广 阔 的应 用 前 景 。 3 结 语 我 国北方 地 区水 工混 凝 土建 筑物 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 病害 的成 因与机 理 ，提 出切 实 可行 的水 工 混凝土建筑物修复技术与工艺 ，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 区域水工混凝土建筑物 的运行管理 ，严格遵循设计预定工况运行 ，严禁超 负荷运行 ，加强对建筑物特殊易损部位 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 ，这样才能降低水工混凝土病害发生 几率 ，提高该 区域水 工混 凝土建 筑 物 的使 用 寿命 。 参 考文 献 1 吴永斌浅析水工混凝土裂缝原因及应对措施 J 水利规划与 设计 ， 2 0 1 3 ( 0 4 ) ： 7 5 7 7 2 张焕敏 ，涂兴怀水工混凝土裂 缝的成 因及 控制 J 混凝土 ， 2 0 0 5 ( 1 0) ： 7 4 7 7 3 王俊发 ，马旭 ，周海波混凝土衬砌渠 道冻胀破坏 的机理及力 学分析 J 佳木 斯 大学学 报 (自然科 学版 ) ， 2 0 0 6 ，2 4( 0 2) ： 3 08 3 1 1 4傅 晓松 ，崔兆充 ，邱红霞 塔里 木灌 区混凝土碳化 问题的思考 J 水利规划与设计 ， 2 0 1 0 ( 0 3 )： 5 7 5 9+6 8 5 丙乳硅粉钢纤 维混凝 土在水 工混凝 土缺 陷处理 工程 中的应用 J 科技信息 ， 2 0 1 1 ( 0 8 ) ： 3 6 4 3 6 5 6 杨贱秀 ，黄新珠 水工混凝土表面缺陷处理初探 J 水利技术 监督 ， 2 0 0 9 ( 0 6 ) ： 7 7 7 9 7陈雯龙水工混凝土耐久性影响因素分 析及防治措施 J 水利 规划与设计 ， 2 0 1 1 ( 0 5) ： 3 5 3 8 ， 8 路维水工混凝土结构修复材料述评 J 四川建 筑科 学研究 ， 2 0 1 4， 4 0 ( 0 2 ) ： 2 2 9 - 2 3 1 ( 上接第 4页) 使用管理的各类违规违纪问题。一是 要 严 格新 建 和改 造项 目的 申报 管 理 。二是 建 立 健 全 项 目资金使用检查 、抽查 、验收 、总结 、考评等管 理制度 ，对 水利项 目资金使用 全过程 进行有 效监 管 。三是 主 动接 受各 方 面 的监 督 ，开展 多 种形 式 的 监 督 检查 。 4 3加 大经 费 投入 力度 落实灌溉发展总体规划工作领导小组办公室各 成员单位实施经费。灌溉发展总体规划工作领导小 组按照省财政预算管理的规定和现行资金渠道 ，安 排 和落 实所 需 经费 。综 上所 述 ，此 次规 划 应 要从 加 强领 导 、完 善制 度 、强 化 监 管 、加 大 投 入 等 方 面 ， 有针对性地提出规划实施 的保 障措施 ，有效地保障 规划顺利实施 ，以强化辽宁省灌溉发展基础 ，保 障 区域 粮 食 安 全 ，促 进 辽 宁 省 农 业 和 农 村 经 济 繁荣 。 5 结 语 通 过对 灌 区节 水改 造规 划 的实 施 ，可 以充分 利 用当地水资源 ，可改良土壤 ，使 自然生态环境得 以 良性 循 环 ，也 使农 业生 态环 境得 到 协 调 发展 ，提 高 了作物产量 ，促进 了农民增产增收 ，同时提高了灌 溉保证率和灌溉水利用系数 ，节约了水资源 ，加快 了区域农民脱贫致富奔小康的步伐 ，促进 了当地社 会 文 明 、经济 发 展 、社 会 稳 定 等 方 面 综 合 性 社 会 效益 。 参考 文献 1 徐 飞沈阳地区水 资源短缺原 因分析及对策研究 J 水资源开 发与管理 ， 2 0 1 5 ( 0 1 ) ： 2 4 2 6 2 王利伟 东 方红 灌区节 水配 套改 造项 目水资 源供 需平衡 分析 J J 水资源开发 与管理 ， 2 0 1 5 ( 0 1 ) ： 6 1 0 3 何荣星辽阳灌 区骨干工程主要 问题与项 目建设必要性 J 水 利技术监督 ， 2 0 1 5 ( O 1 ) ： 2 3 - 2 4+4 8 4 黄金库灌 区节水 配套 改造二期工程环境影响评价分析 J 黑 龙江水利科技 ， 2 0 1 4 ( 1 2 )： 3 1 1 3 1 2 5 徐洪云 对大型灌区续建 配套节水改造规划 的几点思考 J 江 苏水利 ， 2 0 0 1 ( 0 5 ) ： 3 5 3 7 6 刘玉兰石津灌 区续建配套与节水改造项 目成效分析 J 中国 水利 ， 2 0 0 7 ( 1 5) ： 3 6 3 7 7 张静 ， 张文科 ，姜兴涛浅析河 东新城 起步 区水 系工程水 土保 持 与环境影响评价 J 黑龙江科技信息 ， 2 0 1 1 ( 1 1 ) ： 4 6 8 王玉华 ， 任 红，武慧枣庄 市岩马水库 灌区续 建配套及节 水改 造 工程 可行性分析 J 山东水利 ， 2 0 0 5 ( 0 6 ) ： 3 0 9 崔玉智 ，胡环辽宁省大 中型灌区发展现状及 管理对策 J 内 蒙古水 利 ， 2 0 1 4 ( 0 6 ) ：1 1 5 1 1 6 1 9