大型灌区渡槽病害处理及降糙防护技术研究.pdf

工程实践水利技术监督 年第 期:/大型灌区渡槽病害处理及降糙防护技术研究南江江(山西省水利水电勘测设计研究院有限公司 山西 太原)摘要:针对山西省禹门口灌区输水渡槽出现混凝土剥蚀、钢筋锈蚀、伸缩缝失效、混凝土碳化等老化病害现象为了及时消除病害 文中提出了渡槽内壁降糙防护、适应大变形伸缩缝防渗止水、混凝土剥蚀及防碳化处理技术方案 有效解决了相关病害 工程已完工验收并经运行检验 达到提高输水能力和工程安全运行的目的 为水工混凝土工程尤其是薄壁混凝土工程的修补防护、提高过流能力及混凝土结构的耐久性积累了宝贵经验关键词:单组份手刮聚脲涂层 防碳化涂层 降糙 伸缩缝中图分类号:文献标识码:文章编号:()收稿日期:作者简介:南江江(年)女 高级工程师:国内目前有大中型灌区 多处 大型引调水工程数十处 随着早期工程运行年限的增加 大型灌区及调水工程中的各种不同类型的建筑物(如渡槽、隧洞、箱涵、水闸、管道、泵站等)均将出现不同程度的老化病害问题 且不断加剧 对工程安全和效益的发挥影响越来越大 如何在基本不影响工程正常供水的前提下 采用何种性能优越的防渗材料对老化混凝土进行修复及表面耐久性防护显得尤为重要 所以材料的选择和严格的处理技术就成为混凝土结构修补防护成败的关键 经过对禹门口灌区渡槽病害检测评估和机理研究 提出了一套系统性水工混凝土修补加固及防护技术方案 渡槽的病害问题禹门口灌区工程 座输水渡槽均为 形薄壳结构 槽壳直径 槽深 跨长 壁厚 槽身采用 号钢筋混凝土结构简支于两端排架上 槽身顶部设拉梁 中间设宽人行走道 槽身由钢筋混凝土排架支撑禹门口灌区渡槽已运行 余年 建筑物的老化病害现象日趋严重 主要表现为混凝土剥落、冻融剥蚀、钢筋外漏锈蚀、混凝土严重碳化、伸缩缝止水老化渗水漏水等现象 严重影响工程输水安全 需对其进行修复加固 并且本渡槽又增加了为山西省大水网禹门口东扩工程的输水任务 输水流量需达到/而原输水能力仅有/需要找到一种低成本、高效率的改造方式 来修复加固渡槽并能提高其过流能力 混凝土剥蚀修补处理技术 混凝土剥蚀机理薄壁结构混凝土极易受到冻融破坏 主要破坏机理为:混凝土中的孔隙水在温度降低至零摄氏度以下结冰时 体积膨胀产生的膨胀力会降低混凝土强度 在反复冻融造成的疲劳破坏及钢筋锈胀的同时作用下 最终会导致表层的混凝土大面积剥蚀因此修复已剥蚀的混凝土 同时必须加强混凝土表层的防护 改性水泥砂浆的特点改性水泥砂浆是乳胶和水泥砂浆的一种聚合物 其中的乳胶脱水后形成的胶粒 充填了水泥砂浆间的孔隙 提高了聚合物的密实性 加强了粘结性和延展性 与普通水泥砂浆相比 改性水泥砂浆的强度高、渗透性低、粘接力大 因此改性水泥砂浆适合对受剥蚀的混凝土表面进行修补由于聚合物水泥砂浆良好的抗渗性 较高的抗折强度及其良好的适应变形能力 因此作为高等级水泥混凝土建筑修补材料 不但减少了水泥混凝土面层的开裂 延长了使用寿命 相对普通混凝土或砂浆 聚合物则对水泥砂浆改性后改善了其脆性大、干缩变形大、抗腐蚀性不佳等特点 并使聚合 年第 期水利技术监督工程实践物水泥材料向柔性材料方向发展聚合物改性纤维水泥砂浆的材料配比:改性丙烯酸酯类乳液 水泥 砂 水 减水剂 纤维 消泡剂 水泥采用 普通硅酸盐水泥 其主要物理力学指标见表 表 聚合物纤维水泥砂浆主要物理力学指标表项目指标实测结果抗压强度()抗折强度()与基层混凝土的粘接强度()或基材本体破坏最小值 抗渗等级合格抗冻等级合格 工艺技术()采用电锤将剥蚀混凝土及劣质混凝土等凿除 边沿尽可能垂直且呈凸多边形 深度以至坚固基面并不少于 控制()对锈蚀的钢筋先除锈 再刷防锈剂()对处理面用高压水冲洗干净()冲洗后的基面保持潮湿状态 但不得有积水 先涂刷一层聚合物水泥净浆(乳液水泥)涂刷均匀后即可进行聚合物纤维水泥砂浆施工()待表面不粘手时 刷一层聚合物水泥净浆封闭表面空隙 采用塑料薄膜覆盖保湿 后进行喷雾保湿养护 伸缩缝的修复处理技术 伸缩缝老化失效机理现状渡槽伸缩缝预留槽底部粘贴三层玻璃丝布 缝内上部采用聚氯乙烯胶泥填平 具体做法如图 所示 改造前现场测量伸缩缝最大缝宽 最大变形位移 伸缩缝表层胶泥被扯断裂 缝内外侧沥青麻丝脱落致使玻璃丝布风化老化 造成渡槽伸缩缝处不同程度渗水、漏水、冬季输水挂冰现象 危及渡槽安全 伸缩缝的修复方案结合禹门口灌区渡槽工程的特点及要求 为了保证渡槽伸缩缝能够适应微小转动或不均匀沉降的变形功能及止水效果 采用预留槽内嵌入能够适应较大变形的 形 型复合橡胶止水带 为保障上部聚合物纤维水泥砂浆与止水带的良好结合 止水带上部表层挂一层钢丝网 在钢丝网表面槽内填充聚合物纤维水泥砂浆 为了防止缝内填充的沥青麻絮风化老化 在伸缩缝底部采用柔性的厚 的双组份聚硫密封膏对伸缩缝外侧进行密封保护 伸缩缝改造方案如图 所示 橡止水带采用 型复合型止水带 技术指标见表 该止水结构的特点:采用预留槽内嵌入能够适应较大变形的 形 型复合橡胶止水带 止水带中部的 形槽尺寸根据接缝变形设计 可以适应槽身微小转动或不均匀沉降的变形 橡胶止水带嵌埋在聚合物水泥砂浆和沥青麻絮中间 可以增加其耐久性 止水带上部表层粘挂一层钢丝密目网 可以增加聚合物纤维水泥砂浆与止水带的良好结合 伸缩缝底部采用柔性的厚 的双组份聚硫密封膏对伸缩缝外侧进行密封保护 防止沥青麻絮风化脱落 采用 形 型复合橡胶止水带结合柔性良好的双组份聚硫密封膏和性能优越的 手刮聚脲三重柔性防护止水结构形式 提高防渗止水保障图 渡槽伸缩缝改造前大样图图 渡槽伸缩缝改造后大样图工程实践水利技术监督 年第 期表 橡胶止水带技术指标表项目技术指标 型邵氏硬度/度 拉断伸长率/拉伸强度/撕裂强度/()压缩永久变形量/工艺技术()将缝内杂物清理干净 冲洗干净并保持混凝土面干燥 采用聚合物水泥砂浆对基层混凝土表面修补整平()伸缩缝槽内底部粘贴 型橡胶止水带在止水带外侧用聚合物砂浆坐浆挂钢丝网 再在预留槽内填充聚合物纤维水泥砂浆至密实并表面平整()在填充的聚合物纤维水泥砂浆表面及两侧手刮 单组份聚脲 涂层宽度、厚度不小于(中间厚、两侧薄)手刮聚脲应在界面剂允许的时段内进行施工 应均匀、平整、光滑()伸缩缝内嵌入的 型橡胶止水带外侧采用沥青麻絮填塞密实 最外侧采用厚 的双组份聚硫密封膏填压密实 槽身内壁降糙处理技术选择一种具有可靠的防渗性、柔韧性、抗冲磨、优良耐久性和环境友好的低糙率表面防护涂料 通过降低渡槽过流断面的糙率来提高渡槽的过流能力 是一种低成本、高效率的改造方式 单组份聚脲材料的特点通过室内材料性能试验研究和现场工艺性试验 单组份聚脲材料的特点:施工不需要人工配比 固化过程中 无 产生 修补表面不会有气泡 可以任意厚度成膜 材料质量易保证不需要专门的设备 分层施工能保证涂层厚度的均匀性 可以多个工作面同时施工 提高工作效率 单组份聚脲材料为脂肪族 耐老化性能好 不变色 在室温或 低温环境下 与基层混凝土粘接强度相差不大 冻融循环 次前后粘结强度均大于 在低温环境下仍具有良好的柔性 在 拉断伸长率为 圆环高速水流冲刷实验结果表明聚脲涂层抗冲磨性能非常优异 是 混凝土材料的 倍以上 无毒 对水质无污染单组份聚脲主要物理力学指标见表 表 单组份聚脲主要物理力学指标表项目技术指标检测结果拉伸强度/黏接强度/或不小于其与基层混凝土的抗拉强度 或大多为混凝土本体内聚破坏拉断伸长率/固含量/表干时间/撕裂强度/()硬度/(邵)不透水性/()不透水不透水抗冲磨强度/()降糙防护机理渡槽内壁混凝土保护层厚度欠缺 在碳化及水中腐蚀性离子的影响下 内部钢筋产生锈蚀、膨胀 进而引发表层混凝土的剥落 因此对于渡槽这种薄壁混凝土结构 加强表层防护是非常关键的 能够阻滞钢筋锈蚀的发展 保证结构强度渡槽槽身为钢筋混凝土结构 糙率为 而试验结果表明单组份手刮聚脲材料的糙率仅为 槽身内壁涂刮聚脲涂层后 一是表面比较光滑 二是聚脲材料是憎水性材料在降低过流表面糙率的同时 对混凝土表面能够起到很 好 的 防 护 作 用 改 造 后 的 渡 槽 糙 率 为 经过流能力复核 现渡槽断面尺寸即可满足流量/的要求 工艺技术()底层处理 对修补完成后的槽身内壁用角磨机对表面进行全面打磨冲洗并风干()刷界面剂 在混凝土表面均匀涂刷界面剂()手刮 单组份聚脲涂层 手刮聚脲时间要在界面剂初始固化(沾手而不拉丝时)时涂刮第一遍手刮聚脲 后序涂刮应在前一道涂刮表干后进行 大面积聚脲刮涂遍数 遍 直至达到设计厚度 聚脲应单向均匀涂刮 两次涂刷手刮聚 年第 期水利技术监督工程实践脲作业面之间的搭接宽度应不小于 手刮聚脲之间停歇时间大于一天以上或有水 需要底层聚脲表面刷一遍活化剂()养护 聚脲涂刮完成后 内不要有水浸泡 大于 气温常温养护 混凝土防碳化处理技术 混凝土碳化机理混凝土碳化是混凝土中()与空气中的 反应生成 混凝土 值逐渐降低 只有在强碱性环境中才能稳定存在的钢筋表面的钝化膜 当混凝土 值降低到一定值时 钝化膜分解破坏 失去了对钢筋的保护作用 导致钢筋生锈膨胀 致使表层混凝土开开裂剥落 运行 余年的禹门口灌区渡槽混凝土多处碳化深度已达钢筋层 造成混凝土大面积剥落 已失去对钢筋的保护作用 经检测 对渡槽混凝土结构表面进行防碳化处理 可大大延长建筑物的使用寿命 混凝土防碳化方案目前 国内水利工程防碳化处理多采用涂层封闭法 渡槽内壁采用单组份聚脲涂层进行了全面防渗降糙的同时 已具备了防碳化功能 对于渡槽外壁和排架 由于不长期接触水 选用柔性聚合物水泥防水涂料 防碳化涂料有多种 如改性、优龙等 均具有较好的防碳化效果 根据现场试验及工程应用情况 柔性的 防碳化涂料防渗性能优异、耐候性好 施工简便 价格便宜等优点由于槽身及排架的混凝土碳化速度较快 为了延缓发展 提高混凝土耐久性 考虑在结构表面涂刷柔性的改性 防碳化涂层 可提高混凝土防碳化能力 倍 各层改性 防碳化防碳化材料的配比见表 主要物理力学性能见表 表 改性 防碳化涂料配比遍数材料名称水改性 乳液超细水泥添加剂备注第 遍 第 遍 第 遍 第 遍 重量比表 改性 防碳化涂层主要物理力学指标表项目技术指标检测结果拉伸强度/()拉断伸长率/()不透水性/()不透水不透水与原混凝土黏接强度/()工艺技术()基底混凝土处理 将损坏的混凝土清除干净 采用聚合物纤维水泥砂浆对混凝土构件残缺部分进行修补复原 全面打磨清洗干净并充分风干()喷涂或辊涂防碳化涂料 在混凝土表面涂刷 遍改性 防碳化涂层 每一遍涂层表面风干后 才可喷下一遍 涂层总厚度不小于 喷涂要均匀光滑 结语禹门口灌区渡槽加固后通过现场监测试验 混凝土弹性模量相对加固前提高 说明修补加固对渡槽性能改善效果明显 修补加固后 渡槽设计水位运行一天可多输水近 万 过流能力显著提高 具有重大的经济社会效益 通过维修改造、降糙防护处理 渡槽工程焕然一新 相关病害问题已消除 经过 的运行检验 无渗漏水现象处理效果依然良好选用有效的修补材料、合适的材料配合比及严格的工艺技术是混凝土结构修复工作成败的关键禹门口渡槽系统性的修补加固防护处理技术方案为水工混凝土工程尤其是薄壁混凝土工程的修补加固、防护及提高过流能力积累了宝贵经验 值得类似工程借鉴和推广参考文献 王迪.我国大型灌区结构组成分析及现代化评价研究.河北农业大学.孙振华.高性能混凝土耐久性试验研究.郑州大学.李梦怡.聚合物改性水泥砂浆研究.长安大学.王娇.基于冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用的水工混凝土耐久性试验研究.水利规划与设计():.王国逵.水工混凝土表面及内部封堵修补材料的性能综合比选.水利技术监督():.倪俊 劳复兴.可注浆式钢边橡胶止水带的试制及应用.中国建筑防水期刊():./.水利水电工程聚脲涂层施工技术规程./.水工混凝土建筑物修补加固技术规程.