涵閘混凝土老化研究與應對技術

摘 要：施工質量、凍融破壞、碳化反應、水（滲）侵蝕等因素是導致涵閘混凝土老化的關鍵因素，混凝土老化易產生剝落、裂縫、崩碎等病害現象。因此，建議采用清除碳化部位與清理剝蝕表面后予以修補的處理措施；采用填充修補法、灌漿修補法、表面涂膜法處理不同裂縫；采用混凝土外包法、型鋼外包法等加固處理混凝土構件。

關鍵詞：涵閘；混凝土；老化原因；處理措施

同馬大堤宿松段自上而下有劉港閘、驛三閘、中棚閘和孤山閘四座通江涵閘，承擔著防汛排澇和灌溉的重要任務，也是歷年的防汛工作的重點。四座涵閘為2級穿堤建筑物，均采用單孔砼涵箱式結構，閘門為鋼筋混凝土平板門，采用螺桿啟閉，四座涵閘始建于60年代，在歷年檢查中，發現了因砼老化導致的砼結構強度降低，造成閘門閘身的砼碳化、埋件銹蝕、裂縫、孔隙、閘基滲流破壞等等現象，危及大堤防洪安全，雖然2002年已經整修改建險情得到處理，但此前多年的涵閘混凝土老化研究與應對經驗仍然具有現實意義。

混凝土的耐久性即抗老化性，指混凝土抵抗外部環境與內部結構劣化、損傷和破壞，并長期保持其良好的使用性能、強度性能和外觀完整性，從而維持混凝土結構安全、穩定、正常使用的能力，主要包括抗滲性、抗凍性、耐蝕性、抗碳化性和抗堿骨料破壞性等指標。

混凝土出現老化的主要表征為混凝土在碳化損壞、不均勻沉陷、超負荷運載等作用下產生剝落、裂縫、崩碎等現象，嚴重時甚至會出現混凝土結構的整體性破壞現象。

1 涵閘混凝土老化的主要原因

在滿足設計指標的正常運用年限內，出現不同程度的老化病害現象，既影響到工程效益的穩定實現，又威脅到人民的生命財產安全。混凝土老化的主要原因如下：

1.1 施工質量

施工質量是導致涵閘混凝土老化的直接因素，例如使用強度不滿足設計指標的水泥；使用未除銹或者質量未達標的鋼筋；碎石、卵石含大量有害物質或者用量過少；混凝土的養護齡期過短、澆筑混凝土的密實度過低等，均成為導致涵閘混凝土老化的直接原因。

1.2 凍融破壞

凍融破壞是導致涵閘混凝土老化的外界因素，主要指混凝土在晝夜溫差大、季節溫差大的外部環境下，其內部的游離水受凍結冰且產生體積膨脹，于內部產生反復或者超過混凝土抵抗強度的內應力，使涵閘混凝土在不斷、反復的凍融循環下發生損傷、破壞現象，致使混凝土出現剝蝕的老化表現。

1.3 碳化反應

碳化反應是導致涵閘混凝土老化的重要因素，其反應速度與混凝土中水泥用量、密實度相關，混凝土澆筑完成后，空氣中的CO2沿混凝土裂縫、孔隙或其他未密實部位進入混凝土內，反應生成起到保護作用的碳化膜。但在過程中，混凝土由堿性變為中性，而且當碳化層厚度超過保護層厚度時，混凝土保護層強度下降、破碎或脹裂，使鋼筋鈍化膜破壞并直接與大氣接觸，加之上述凍融循壞破壞作用，造成混凝土本身強度降低而老化，并加劇鋼筋銹蝕程度使混凝土迅速剝落。

1.4 水（滲）侵蝕

水（滲）侵蝕是導致涵閘混凝土老化的間接因素，在暴露于含硫酸鹽、硝酸鹽等侵蝕性水的環境中，與混凝土反應而生成新的鹽類，使混凝土生成大量結晶水而體積、應力增加，成為導致混凝土老化、損失、破壞的間接因素。

另外，滲漏、磨蝕、氣蝕、水流沖刷等也可造成混凝土老化。

2 涵閘混凝土老化的處理措施

涵閘混凝土老化的處理措施指采取修補、加固技術對建成并使用的涵閘混凝土進行缺陷處理。我們主要處理措施如下：

2.1 碳化與剝蝕處理

碳化處理主要視碳化程度與部位不同，遵循“碳化保護”原則，采取不同的處理方式。一般而言，混凝土碳化程度低者（鋼筋未漏或未銹蝕），可將碳化部位混凝土全部清除并全面清理，然后用強度高一級的混凝土或其他材料予以修補即可；混凝土碳化程度高者（鋼筋外露并產生銹蝕），須先清除鋼筋銹飾后，重復上述處理方法。混凝土出現剝蝕要分析剝蝕原因，對混凝土剝蝕面進行清洗處理后予以修補處理。

2.2 裂縫處理

涵閘混凝土裂縫易引起滲漏和腐蝕破壞而降低混凝土的使用強度，是涵閘混凝土老化最常見的病害，處理首先要分析裂縫類別，根據裂縫類別進行處理。水閘混凝土裂縫分類見表1。處理方法根據裂縫表征和程度不同分為下述三類：其一是填充修補法，適用于寬度較大的裂縫修補，若裂縫是死縫，則可沿裂縫鑿出“U”型或“V”修補槽，并在槽中填充密封的修補材料即可；若裂縫是活縫，即裂縫的寬度會隨著環境的變化而變化的裂縫，如溫度縫、基礎尚未穩定的沉降縫等，則可沿裂縫走向鑿出“U”型修補槽，于槽底位置鋪墊塑料片、木片等不與混凝土發生強烈粘結的材料，然后在槽中填充彈性、密封的修補材料，使其充分與槽兩側粘結，保證在裂縫在發生張拉變形破壞時不損傷嵌縫材料；若裂縫處混凝土鋼筋外漏且發生銹蝕，則首先處理鋼筋生銹部位并完成防銹措施，在鑿出的修補槽填充材料。一般而言，裂縫修補、填充的材料可選用環氧砂漿、聚合物水泥砂漿、水泥砂漿等嵌縫材料。其二是灌漿修補法，適用于較深較細的裂縫修補，又分為壓力灌漿法和真空灌漿法兩類，其中真空灌漿法可用于表面裂縫的修補。其三是表面涂膜法，適用于微細裂縫的修補，一般將修補材料分涂或全涂于裂縫表面以提高其耐蝕性、防水性和耐久性。

2.3 加固處理

加固處理一般應用于涵閘混凝土梁板、框架構件強度下降或損害嚴重時，常采用下述加固措施：第一是混凝土外包法，即于原構件一側、雙側、三面或四周根據損傷程度增加混凝土或增設配筋量；第二是型鋼外包法，即于原構件四周根據損傷程度用乳膠水泥粘結、綴條配套、螺栓套箍等形式外包型鋼或角鋼，使其與原構件連成整體而大幅提升構建承載力。另外，還有預應力加固法和混凝土噴射法。分別采用預應力結構和噴射（鋼纖維）混凝土對原構件進行加固。

3 結束語

涵閘混凝土老化是施工質量、凍融破壞、碳化反應、水（滲）侵蝕等因素所導致，危及涵閘安全。針對涵閘混凝土老化的應對建議為：首先定期開展涵閘的安全鑒定和除險加固工作，建立涵閘病害檔案，以控制并降低涵閘的病險率，當發現一般病害時，應采取全面、徹底、及時的針對性補救；當發現老化嚴重構件影響正常使用，應采取加固、拆除、重建等處理措施；其次應加強涵閘的日常養護和監控管理工作，做好一般性觀測項目和專門性觀測項目工作，通過計算機遠程監控等技術手段優化調度、科學管理，實現延緩老化周期和保證運行安全的管理目標；最后涵閘工程設計與施工應借鑒國內外先進水平創新應用新材料、新工藝、新技術，當涵閘混凝土出現老化現象時，分析、評估老化病害的原因和危害性，靈活運用各類處理措施和加固方法，改善涵閘工程的運行現狀，提高涵閘混凝土（結構）的強度和耐久性。

參考文獻

[1]徐善華.混凝土結構退化模型與耐久性評估[D].西安：西安建筑科技大學，2008：113-120.

[2]徐子 .水閘閘室底板及閘墩混凝土裂縫原因及處理措施淺析[J].水利建設與管理，2010（7）：13-14.

作者簡介：姜世勇（1965，10-），男，籍貫：安徽長豐，漢族，工程師，主要研究方向：水利工程施工與管理以及計算機水利行業應用。