水库大坝混凝土面板抗碳化技术研究.pdf

工程设备与材料 1042023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究摘要：常规的混凝土面板抗碳化技术多数采用水泥基涂层作为抗碳化涂层，防护效果较差，导致混凝土面板碳化速度较快，碳化深度较大，无法充分起到化学保护与抗碳化作用。基于此，文章以 S 水库大坝工程为例，开展了混凝土面板抗碳化技术的全方位研究。首先，对混凝土面板表面进行预处理，使其表面保持清洁。其次，选取二氧化碳与水玻璃溶液发生化学反应生成的硅凝胶，作为抗碳化涂层，涂刷在面板表面。在此基础上，对混凝土面板进行喷浆与养护处理，完成抗碳化技术流程。根据实例分析结果可知，新的技术具有较高的可行性，混凝土面板最大碳化深度始终不超过 5 mm。关键词：水库；抗碳化涂层；大坝；混凝土面板Abstract:The conventional carbonation resistance technology of concrete panels mostly uses cement-based coating as anti-carbonation coating,and the protective effect is poor,which leads to rapid carbonation and large carbonation depth of concrete panels,and can not fully play the role of chemical protection and carbonation resistance.Based on this,taking S reservoir dam engineering as an example,a comprehensive study on the carbonation resistance technology of concrete panels is carried out.Firstly,the surface of the concrete panel is preprocessed to keep the surface clean.Secondly,the silica gel produced by the chemical reaction between carbon dioxide and water glass solution is selected as the anti-carbonation coating to be brushed on the surface of the panel.On this basis,the concrete panel is sprayed and cured to complete the anti-carbonation technical process.According to the results of case analysis,it can be seen 水库大坝混凝土面板抗碳化技术研究郑立臣，谭树芬青州水建工程建设有限公司，山东 潍坊 262500Research on Carbonation Resistance Technology for the Concrete Panel of Reservoir DamsZHENG Lichen,TAN ShufenQingzhou Water Engineering Construction Limited Company,Weifang 262500,Shandong,China034.DOI:10.19537/ki.2096-2789.2023.12.混凝土面板作为水库大坝建设的重要组成部分，对水库大坝运行的稳定性与牢固性具有直接影响1。在混凝土面板应用过程中，受到各项因素与条件的影响，可能出现不同程度的碳化问题，一方面会降低混凝土面板的保护作用，另一方面会对混凝土面板整体结构的耐久性产生不利影响2。基于广义角度分析，引发混凝土面板碳化的主要原因在于，其内部的氢氧化钙与空气中的二氧化碳发生反应，导致其内部碱性大幅度降低，进而出现碳化现象3。某种情况下，混凝土面板碳化也可以看作是一种化学腐蚀，其内部产生大小不一的裂缝，整体结构遭受了破坏4。为了提高水库大坝混凝土面板结构的牢固性，保证大坝运行的稳定性与安全性，合理地应用抗碳化技术至关重要。基于此，文章以 S 水库大坝工程为例，提出了混凝土面板抗碳化技术研究，为延缓混凝土面板碳化进程，帮助水库大坝除险加固作出贡献。1 水库大坝混凝土面板抗碳化技术设计1.1 混凝土面板表面预处理文章设计的水库大坝混凝土面板抗碳化技术中，首先，根据大坝混凝土面板的实际情况与结构特征，对其表面进行预处理，为后续的抗碳化操作提供基础作者简介：郑立臣，男，本科，工程师，研究方向为水利工程。that the new technology has high feasibility,and the maximum carbonation depth of concrete panels is always less than 5 mm.Key Words:reservoir;anti-carbonation coating;dam;concrete panel分类号：TU528工程设备与材料 105工程技术研究 第 8 卷 总第 140 期 2023 年 6 月保障。可以采用人工处理的方式，使用凿除工具，凿除面板混凝土表面存在破损问题的混凝土块，使其表面保持清洁。其次，使用干燥洁净的压缩空气，对混凝土面板表面进行喷射处理5。综合考量各个型号喷浆机的使用性能与特点，选择 PS 型号的喷浆机作为喷砂设备，其技术参数设置如表 1 所示。表 1 喷浆机技术参数设置面板表面，起到保护作用。在制作抗碳化涂层过程中，受到空气中二氧化碳浓度的影响，制作周期较长，效率较低7。针对这一问题，可以采用固化剂，加速涂层固化。在水玻璃溶液中添加一定浓度与含量的氟硅酸钠，使硅凝胶快速析出。涂刷环节应当在混凝土面板处于干燥状态下进行，将析出后的硅凝胶涂刷在混凝土面板表面，使其形成抗碳化涂层，降低碳化深度，起到化学防护作用。涂刷后静置 7 d，使涂层与混凝土面板充分融合，提高硅凝胶保护层的质量。1.3 面板喷浆与养护在上述抗碳化涂层涂刷完毕后，接下来，对混凝土面板进行喷浆与养护处理。首先对喷射砂浆的配合比进行设计，保证喷射砂浆的设计强度。利用挤压式砂浆泵，辅助空气压缩机，进行喷浆作业。喷浆过程中，不断搅拌水泥砂浆，控制其稠度变化。采用雾化喷射的方式，在每道喷浆结束后，立即抹平，对喷射面作出检查，保证喷射面自然平顺8。喷浆结束后，按时实行保养，防止太阳暴晒，终凝 1 2 h 后洒水养护，避免混凝土面板表面浆体遭受破坏。最后对混凝土面板进行为期 15 d 的养护，养护结束后方可投入水库大坝使用。2 水库大坝混凝土面板抗碳化技术工程实例分析上述内容是水库大坝混凝土面板抗碳化技术的整体设计流程，在该项技术投入实际水库大坝工程前，需要对其抗碳化效果作出客观检验，避免抗碳化效果较差，对水库大坝工程产生不利影响。2.1 工程概况选取 S 水库大坝工程作为此次研究目标，水库流域面积约为 80 km2，总库容为 27.42106 m3，以城市供水为主，兼顾防洪防涝，整体属于中型水库。该工程所在地区气候较温和，无严寒酷暑的气候变化，降水较集中，在 79 月，多年平均湿度均在 66.5%，平均日照时长为 2 802.4 h。工程所在地区地理位置较特殊，降水量分配不均匀，冷高压持续时间较长。S 水库大坝工程等级为三等。水库大坝的溢流坝段布设了混凝土面板，其坝顶高程为 341.2 m，最大坝高 59.2 m，总长约为 263 m，共计 10 个坝段。由于建成时间较长，部分混凝土面板出现了不同程度的碳化现象，严重降低了溢流坝的稳定性与牢固性9。经过钻探取芯发现，S 水库大坝溢流坝的混凝土面板与板岩之间胶结状态指标参数工作压力0.5 0.7 MPa混凝土最大出口压力0.4 0.6 MPa料斗提升速度1.1 1.3 m/min额定进料容量2 m3额定出料容量2 m3骨料最大粒径20 mm搅拌功率7.5 kW混凝土理论输送量5 7 m3/h此次研究选择的 PS 型号喷浆机的各项技术参数设置如表 1 所示。设定喷浆机的喷砂方向，此方向可以根据水库大坝混凝土面板的实际抗碳化处理需求进行调控。利用喷浆机，对混凝土面板进行喷砂处理，去除其表面的混凝土面层6。喷砂完毕后，对混凝土面板表面进行打毛与起层处理，检验面板表面是否存在缺陷。若无缺陷，则使用风枪，去除表面多余的混凝土飞沫。1.2 涂刷抗碳化涂层基于上述水库大坝混凝土面板表面预处理结束后，接下来，在面板上涂刷抗碳化涂层，使面板碳化速度减缓。涂刷涂层后混凝土面板的碳化过程示意图如图 1所示。二氧化碳涂层碳化区域未碳化区域图 1 涂刷涂层后混凝土面板碳化过程涂刷涂层后，水库大坝混凝土面板的碳化速度明显降低，起到了重要的作用。综合考虑各种抗碳化涂层的作用后，可以选择水玻璃溶液涂层作为抗碳化涂层。此种涂层主要通过空气中的二氧化碳与水玻璃溶液发生化学反应，生成相应的硅凝胶，附着在混凝土工程设备与材料 1062023 年 第 12 期 总第 140 期 工程技术研究较差，板岩整体呈弱风化状态，且坝肩部分位置存在绕渗问题10。在掌握上述相关情况后，将上文提出的混凝土面板抗碳化技术应用到 S 水库大坝中，检验其抗碳化效果。2.2 应用效果分析选取水库大坝混凝土面板碳化深度作为此次实例应用分析的评价指标，其计算公式如下：Ht=（1）式中：H 为混凝土面板碳化深度；为混凝土面板碳化速度系数，通常情况下，轻集料混凝土面板的碳化速度系数取值为 4.18，普通混凝土面板的碳化速度系数取值为 2.32；Ht=表示混凝土面板快速碳化龄期。通过计算，得出水库大坝混凝土面板抗碳化效果评价指标，碳化深度越小，表示抗碳化效果越好，反之同理11。设置文章提出的抗碳化技术为试验组，文献 1、文献 3 提出的混凝土抗碳化技术为对照组 1与对照组 2，进行对比分析，获取更加直观的抗碳化效果。随机在溢流坝混凝土面板不同位置上布设 6 组监测点，标号为 HNTMB-01、HNTMB-02、HNTMB-03、HNTMB-04、HNTMB-05、HNTMB-06。设置监测周期，将上述三种抗碳化技术分别应用到水库大坝工程中，利用 MATLAB 模拟分析软件，模拟并测定监测周期内6 组监测点所在位置混凝土面板的碳化深度12，对比结果如图 2 所示。试验组01030405碳化深度/mm246810监测点编号0206对照组1对照组2HNTMB-01108642HNTMB-02HNTMB-03监测点编号碳化深度/mmHNTMB-04 HNTMB-05 HNTMB-06试验组对照组 1对照组 1图 2 混凝土面板抗碳化评价指标对比结果通过图 2 的对比结果可知，在应用文章提出的混凝土面板抗碳化技术后，水库大坝溢流坝混凝土面板的碳化深度均小于应用另外两种抗碳化技术的情况，碳化深度始终不超过 5 mm。由此不难看出，文章提出的混凝土面板抗碳化技术具有较高的可行性，抗碳化效果优势显著，在长期应用情况下，其碳化深度未出现明显增加的趋势，保证了水库大坝整体的稳定性与牢固性。3 结束语综上所述，为了改善当前传统水库大坝混凝土面板抗碳化技术在实际应用中存在的问题与缺陷，文章以 S 水库大坝工程为例，开展了全方位的深入研究，提出了一种新的混凝土面板抗碳化技术，延缓了水库大坝混凝土面板的碳化进程，延长了混凝土面板的使用寿命与使用周期，保证了水库大坝运行的稳定性与安全性。参考文献1 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