混凝土耐久性防护材料在沿海挡潮闸除险加固工程中的应用.pdf

水利建设与管理 2 0 1 1年第5期 蒋春祥 潘荣生 ( 连云港市通榆河北延送水工程管理处2 2 2 0 0 4 ) 【 摘要】 盐东控制工程建于 2 0 世纪六七十年代， 经过近 4 0 年的运行及海水侵蚀， 工程老化严重， 特别是由于混凝 土碳化原因， 造成闸墩、 排架等结构混凝土剥蚀、 露筋， 严重影响工程安全。混凝土耐久性防护材料在盐东控制除险 加固工程中的成功应用， 突出显示了其对工程的保护作用。 【 关键词】 混凝土耐久性防护材料 除险加固 沿海挡潮闸 1 前言 混凝土 已是工程中用量最多的建筑材料 ，也是最主 要 的结构材料 ，钢筋混凝土工程 已经成为世界上应用最 广泛的结构形式。但因过去人们常常忽视 了钢筋混凝 土 结构的耐久性 问题 ， 而为此付出了相当大的代价。因此 ， 加强混凝土结构的耐久性 ， 延长结构适用寿命 ， 是摆在我 们面前的一个很重要 的现实课题和任务。 2工程概 况 盐东控制工程是灌河流域 的末级控制工程 ，位于连 云港市灌南县境 内， 是一项兼有挡潮、 排涝 、 灌溉 、 防洪 、 航运等多功能综合利用 的大型水利枢纽工程 。控制范围 西到宿迁 中运河 ， 南至废黄河 ， 北至新沂河 ， 东到盐河 ， 流 域面积 4 1 6 0 k m2 。 盐东控制工程 由武障河闸 ( 1 4 孔 ) 、北六塘河闸( 9 孔 ) 、 龙沟河 闸( 1 7孔 ) 、 义泽河闸( 4孔 ) 及盐河南套闸组 成。 四节制闸总设计流量 2 4 8 0 m 3 s 。 该工程大多建造于 2 0 世纪 7 0年代 ， 由于 当时的社会经济原因及后期维护经 费 缺乏等 问题 ， 工程老化非常严重， 环境 因素对建筑物的耐 久性影响较大 ， 尤其是氯离子渗透 、 碳化 、 冻融等作用 破 坏混凝土， 使表层混凝土剥落、 钢筋锈胀、 混凝土产生裂 缝等， 病害十分严重。工程急需修复或重建。2 0 0 2 2 0 0 7 年，江苏省水利厅专家组分别对该工程所属各闸进行了 安全鉴定 ， 武障河 闸、 北六塘河 闸、 龙沟河闸为三类闸 ， 义 泽河闸为四类闸。2 0 0 7 2 0 0 8 年 ， 经江苏省水利厅批准 ， 同意对武障河闸、 北六塘河闸和龙沟河闸进行除险加 固， 对义泽河闸进行拆除重建 ，同时列入连云港市海堤达标 工程 。 针对不同的工程问题， 各闸工程加固内容如下： a 武障河 闸加固改造 的工程项 目内容主要包括 ： 工 作桥 、 排架混凝土碳化处理 ， 门槽改造 ， 公路桥拆建 ， 更换 闸门， 电气设备及线路更新改造、 自动化监控 、 管理设施 适当增添等。 b 北六塘河闸加固改造的工 程项 目内容 主要包括 ： 拆建排架、 工作桥 ， 增建启闭机房 ； 控制楼拆建； 翼墙回填 土减载处理 ； 闸墩混凝土结构表面碳化处理 ； 改造 5 号孔 门槽并检修其余 8 孔闸门门槽 ；增设一套 自动化监控系 统等。 e 龙沟河闸加 固改造的工程项 目内容 主要包括 ： 拆 建工作桥、 加 固改造排架 ； 闸墩 、 排架碳化处理； 拆建上游 公路桥 ； 改造 l 7 孔闸门门槽 ； 1 7 扇钢闸门制作安装； 增设 启闭机房 5 5 8 m z 等。 d 义泽河闸工程建设内容包括： 拆建义泽河闸， 新闸 共 3孔 ， 闸孑 L 净 宽 3 6 m， 中孔宽 1 6 m( 兼 通航 ) ， 边 孔宽 l O re； 公路桥头接线改造， 其中引桥共 6跨， 长 7 8 m； 适当 改造管理设施等。 3 工程耐久性的防护处理 由于盐东控制工程下游直接与黄海相连 ，入海 I 2 1 没 有封闭， 海水涨潮 时， 直接到闸下 ， 水 中化学离子多 ， 尤其 蒋春祥 等 混凝土耐久性防护材料 在沿海挡 潮闹除险加 固工程 中的应用 是氯离子渗透、 碳化、 冻融等作用破坏， 使混凝土表层剥 落 、 钢筋锈胀 、 混凝土产生裂缝等 ， 病害十分严重。 根据项 目批复的内容 ，并结合连云港市盐东水利工 程管理处及江苏省水利科学研究 院共 同研究成果 盐东 四挡潮闸混凝土耐久性防护技术的研究与应用 ( 获 2 0 0 9 年度江苏省水利科技优秀成果三等奖) ， 盐东控制工程除 险加固项 目部与设计等部 门按照省厅批文要求研究确定 对工程进行耐久性 防护处理措施。 3 1 防护处理部位 按 照批复工程建设 内容 ，同时为 了在实践中进一步 比较 、 分析 、 检验以上研究成果 ， 项 目部选取 了进行耐久 性 防护的工程部位 ， 具体部位见表 1 。 表 1 混凝 土耐久性 防护处理部位 闸 名 北六塘河闸 武障河闸 龙沟河闸 义泽河闸 防护的部位 闸墩、 排架 闸墩 、 排架、 翼墙 排 架 整个工程 除义泽河闸外 ，其余各闸均以对项 目成果进行了 应用 。 3 2 防护措施 根据以上项 目研究成果 ，对各闸进行了防护材料应 用。具体措施见表 2 。 表 2 混凝土耐久性防护措施 闸 名 北六塘河闸 武障河闸 龙沟河闸 防护措施 施而固和优止水 环氧厚浆、 永凝液 施而固和优止水 去除表面松动 的 对处理部位进 去除表面松动 混凝土后清洗干净， 行凿毛处理后 ， 混凝土后清洗干净 操 作方法 在混 凝 土 底 层进 行 甩高强砂 浆喷 射 在混 凝 土 底层 进 行 高强砂浆抹平后， 在 修补 ，再用环氧 高强砂浆抹平后 ， 在 表面涂防护材料 厚浆封 闭 表面涂防护材料 对混凝土进行防护材料 的处理过后 ，进行防护层 的 养护 ， 最后进行效果的测试 。 3 _ 3 耐久性防护材料 a 优 止水 。为加拿大慎实工业有 限公 司生产 的柔 性优止水高效 防护剂 ，其在混凝土处理面涂敷量为 1 5 k g m 2 。主要成分为 ： 各种特种水硬水泥混合物 ； 各种 粒度的石英砂混合物； 特种固体聚合物增强剂； 特种石 灰 ； 专用改性添加剂； 微硅灰及其他活性矿物质。具体 技术参数见表 3 。 b 施而固。为北京领邦慎实新材料股份有限公司生 表 3 加拿大 S P优止水技术参数表 项目 检测方法 施工后 3天 施工后 7天 施 工后 2 8天 抗 压强度 A S T M C 1 0 9 4 4 MP a 5 1 MP a 6 O MP a 抗 张强度 A S T M C 1 9 13 6 MP a 7 MP a 抗 弯强度 A S T M C 2 9 3 1 3 MP a 1 6 MP a 与混凝土的粘 结 强度 A S T M C 8 8 2 8 MP a 耐磨 性 A S T M C 5 0 1 6 8 g m 加速 老化 试验 A S T M C 2 6 5 0 0 0 h 耐盐雾腐蚀实验 A S T M C 1 l 7 3 0 0 h ， 合格 耐冻 融性 A S T M C 6 6 6 2 0 0次循环 ， 合格 抗霉 菌性 A S T M C 2 1 不 生长 不生长 不生 长 呼吸性 A S T M C 3 2 8 1 0 8 I J ， mi n 0 1 8 S e e s in 水 密性 r r P 1 4 1 1 ( 背水面， 涂层厚度为 1 m l n ) 4 0 m NT t 产 的施而固 C l 1 2 0快硬型水泥基渗透型 防护浆料 ， 其 在混凝土处理面涂敷量为 1 5 k g m 2 , 其技术数据见表 4 。 表 4 施而 固 C 一 1 1 2 0 技术数据 项目 测定值 项目 测定值 初凝时 间( m l n ) 2 O 3 O 2 h抗 压强度( MP a ) 1 5 4 终凝时 间( mi n ) 4 0 - 5 5 2 8 d抗折强度 ( MP a ) 6 8 2 h抗 折强度 ( MP a ) 3 8 2 8 d抗压 强度( MP a ) 3 0 2 3 h湿 基面粘结强度 ( MP a ) O 8 抗 渗压 力 2 8 d ( MP a ) 0 9 e 环氧厚浆材料。采用江苏省水利科学研究 院研发 的 H S 9 4 3 ， 其在混凝 土处理 面涂敷量为 0 5 k g m 2 ， 其技术 参数见表 5 。 d 永凝液 ( D P S ) 。为美 国永凝 国际公司专利生产的 金字塔牌永凝液， 其在混凝土处理 面喷涂用量为 3 m Z k g 。 永凝液 D O S 特性见表 6 、 表 7 。 3 4 耐久性防护材料的效果现场测试 在 防护材料涂覆一年后 ，我们选择武障河闸和北六 塘河 闸现场进行 了渗透性测试和碳化深度测试 ，并选择 未进行防护的部位进行检测并进行数据对 比。 3 4 1 混凝土渗透性的测定 混凝土的表面渗透性决定了气体、液体以及可溶性 有害物质侵入混凝土的难易程度 ，直接决定着混凝土的 碳化 、 侵蚀 、 钢筋锈蚀 和抗冻融性能 ， 是影响混凝 土结构 物耐久性最重要的因素之一 。 3 4 1 1 渗透性测定的仪器及其原理 混凝土渗 透性用瑞士 P r o c e q公司生产的 T o r r e n t 渗 蒋春祥等 , Ez L 耐久性防护材料在沿海挡潮闸除险加固工程中的应用 表 5 HS 9 4 3技术参数表 涂膜颜色及外观 天蓝色 粘度 ( s ) 8 0 使用时间( m i n ) 4 0 物理性能 指 干时 间( h ) 2 - 3 一 次成膜 厚度 ( m) 8 5 固体含量 8 5 硬笔 ( 铅笔法 ) 6 H 涂膜机械性 能 附着力( 划格法 ) 1 o o 柔韧性 68 破裂抗拉强度( M P a ) 9 粘结抗拉强度 ( MP a ) 9 2 力学性 能 粘结剥离强度 ( MP a ) 1 4 2 抗冻性 ( 冻融循环 ) 1 0 0 表 6 永凝液 I ) P S特性 序 号 项目 性能 指 标 l 成分 为硅酸钠、 专利催化剂和消泡剂的混合 2 外观 无色无味透明液体 3 清洗用 剂 用水 4 冰点 0 5 沸点 l 1 O 6 表观 比重 1 O 8 7 p H( 1 溶解) 值 1 O 1 8 环保损害 无 对钢筋锈蚀作 对金属、 植物等无害， 防止混凝 9 用 土内的钢筋生锈 1 0 渗透， 结 晶时间 1 2 I l 1 4 2 1 h 表 7 永凝液 I ) P S物理性能( 渗透性 ) 序号 项目 D B J O 1 5 4 2 O O 1 标准值 D P S 指标 1 抗压强度比( ) 1 o o 1 1 3 2 渗透深度( m m ) 2 4 1 3 4 8 h吸水量 比( ) 6 5 4 8 4 抗透水压力 比( ) 2 o o 2 5 0 5 抗冻性 2 0 2 0 E， 1 5 次， 表面无粉化、 裂纹 6 耐热性 8 0 C ， 7 2 h 表面无粉化、 裂纹 饱和氢氧化钙浸泡 1 6 8 h ，表面无粉化、 裂 7 耐碱 性 纹； 1 溶液浸泡 1 6 8 h ， 表面无粉化、 裂纹 透性测试仪测定 ，该仪器主要用来测试混凝土表面层 的 渗透性。T o r r e n t 气体渗透仪可以快速准确的测定混凝土 表面层的渗透性能 。 T O R R E N T法最突出的特点是它有一个包含两个腔 体的中空室和一个压力调节器 ，保证加在表面的气流与 内部腔体垂直 ， 这就使得渗透系数 K T可用简单的理论模 型来进行计算。用测试时真空泵抽空已知体积的真空腔 中的空气到一 1 0 0 k P a ， 然后关闭开关 阀， 记录压强每上 升 1 0 k P a 经过 的时间 ，最后 得到强度 随时间衰减 的曲线 。 D h i z r l l 经过理论推导得到下列公式： KT=V0 D A 式中 厂一空腔的体积； A 真空腔下混凝土的面积 ； D 一由压强一时间曲线 回归分析得到 ； 卜渗透性指标。 D h i r 用这种方法进行 了量 的实验 、室 内和现场 试 验 ， 得到的数据和固有渗透性试验 ( 空气 ) 的结果相关性 很好 ， 试验结果对水灰 比 、 水泥和用水量等参数有很 高 的灵敏性 。 该试验的优点是有严密的理论分析 ，试验结果和理 论分析结合性很好 ； 试验采用负压 ， 不需要其他附属的固 定设备来固定器械 ， 仪器轻巧， 携带方便 。仪器操作非常 简单 ， 只需根据输 出设备的提示进行即可， 输出设备菜单 界面友好 ， 检测仅需 7 m i n 。在混凝土为干态 的情况下， 用 K T 值可以从表 8 中查出混凝土保护层的质量等级。 表 8 混凝土抗渗透等级 混凝土的保护层 的质量 等级 KT ( 1 0 1 6 m2 ) 很差 5 l 0 差 4 1 0 - 1 0 正常 3 0 1 1 0 好 2 O 0 1 O 1 很好 l 0 0 1 3 4 1 2 渗透性测定结果 项 目部在北六塘河 闸对优止水 和施 而固进行 了应 用 ， 在武 障河 闸对 环氧 厚浆 和 D P S进行 了应用 ， 并 在 工程竣工后对两个闸的渗透性进行了检测 ， 检测结果 见表 9 。 蒋春祥等， 混凝土耐久性防护材料在沿海挡潮闸除险加固工程中的应用 6 7 表 9 渗透性 检测结果 统计表 河 闸 北六塘河闸 武 障 河 闸 部 位 闸墩 排架 工作桥 面板底部 闸墩 北翼墙 北翼墙 处理方式 优 止水 施 而固 未处理 环氧厚浆 涂 D P S 未处理 渗透系数 ( m2 ) 0 O 5 6 2 O O 3 4 O 1 3 O O o 2 0 0 8 6 5 O 1 7 从表 9中可以看出，通过混凝土抗渗透等级的评估 ， 在进行各种防护涂层后 ， 环氧厚浆的抗渗性达到了很好的 级别 ， 而其余处理均在好这一级别 ， 没有做任何处理的混 凝土只能在正常范围。对于喷涂 H S 9 4 3 环氧厚浆、优止 水、 施而固、 永凝液以后， 混凝土的渗透性均大大降低， 可 见这些材料对提高混凝土的耐久性有较大作用。另外对 比各种不 同的防护材料 ， 在现场检测 的结果来看 ， 环氧厚 浆由于其密闭的特 陛， 在防渗性能上效果最佳。 其次 ， 防渗 性能较好的是施 而圃， 优止水和 D P S次之 ， 但是 ， 相 比于 没有做过处理的混凝土 ， 它们提高防渗能力的效果还是非 常明显的， 说明其应用于挡潮闸的除险加 固是可行的。 3 4 2 碳化深度测试 在现场还进行 了碳化深度 的检测 ，检测结果为所有 测点的平均值， 结果见表 1 0 。 表 1 0 碳化深度 检测结果表 河 闸 北六塘河闸 武 障 河 闸 ， 部 位 闸墩 排架 桥面板底部 闸墩 北翼墙 北翼墙 处 理方式 优止水 施而固 未处理 环氧厚 浆 涂 D P S 未处理 碳化深度( m m) 1 4 1 2 1 3 5 O 2 2 5 4 从表 1 0中可 以看 出，在经过防碳化处理过后 的测 点 ， 其碳化深度都非常小 ， 在 1 2 - 2 2 m m之 间， 而未处理 的地方碳化深度有所增加在 5 4 1 3 5 ra m之间 ， 说明这几 种材料对于防碳化均有较好的效果。对 比各种材料之间 的差异 ，环氧厚浆仍然具有一定优势 ，但缺点也是显著 的。 而优止水 、 施而固和 D P S 在短期内的碳化深度差异不 大 ， 这需要以后长期的观测来判断孰优孰劣。 4 结语 通过对北六塘河 闸和武障河 闸经过各种 防渗处理后 的效果现场检i 贝 0 ，在涂以上 4 种混凝土耐久性防护材料 后 ， 挡潮闸的防渗性能和防碳化能力有了明显提高。 从而 说明 ，混凝土耐久性防护材料对提高混凝土耐久性的效 果非常良好 ， 并与研究成果 的结论相符 ， 在沿海挡潮闸耐 久性防护领域值得推广应用。 ( 上接第 2 l 页) 成的滑坡 ， 具有上陡下缓的滑动面 ， 后部主 滑段对滑坡的发展起着决定性 的作用 ，可采用在主滑段 减重的措施 ， 减小滑坡的推力 。 但在滑体或滑带土具有卸 载膨胀开裂特性的情形时 ， 不宜采用减重措施。 3 2 2 修筑支挡工程 因失去支撑而滑动的滑坡或滑坡床陡、滑动可能较 快的滑坡 ， 采用修筑支挡工程的办法 ， 可增加滑坡的重力 平衡条件， 使滑体迅速恢复稳定。 支挡建筑物种类有抗滑 片石垛 、 抗滑桩 、 抗滑挡墙等。 3 3 改善滑动带的土石性质 可采用坡面防护 、 混凝土格构地梁 、 边坡锚固、 焙烧 、 爆破灌浆法等方法对滑坡进行整治 。 由于滑坡成因复杂 、 影响因素多， 因此需要上述几种 方法同时使用综合治理 ， 方能达到 目的。 4 结语 滑坡是一种常见的地质灾害 ， 其频发性与严 重性都 相当惊人 。 根据上述分析 ， 滑坡 的发生 ， 固然有其本身 的 自然因素 ， 但有时人为 因素也会引发滑坡 ， 因此 我们不 仅要研究滑坡存在的各种自然因素， 采取相应的工程措 施 ， 同时也要爱护赖以生存的气候环境、 生态环境、 水环 境等自然环境 ， 与大自然和谐相处， 最大限度地减少滑 坡 的发生 。