水閘混凝土構件的病害及涂層預防技術分析

(浙江景昌建設有限公司， 浙江 麗水 323500)

水閘混凝土構件的病害及涂層預防技術分析

夏守高

(浙江景昌建設有限公司， 浙江 麗水 323500)

水閘混凝土構件長期工作在水體環境中，受水力侵蝕影響作用大，尤其是水體的凍融循環作用，導致鋼筋混凝土構件的性能隨時間推移而不斷劣化。本文分析了水閘混凝土產生劣化的原因，并通過實驗表明混凝土涂層材料能夠有效防止混凝土劣化。

水閘； 混凝土構件； 病害； 涂層防護

1 前 言

水閘主要是利用閘門擋水和泄水的中低水頭水工建筑物，水閘混凝土的主要構件包括上、下游混凝土鋪蓋、閘底板、消力池、擋土墻、閘墩、閘門、排架柱、交通橋、上部工作橋等。我國大部分水閘工程已經經過了三四十年的運行，普遍存在混凝土構件保護層脫落、鋼筋銹蝕及裂縫等老化病?，F象，造成混凝土強度降低，嚴重影響工程的正常運行，對人民的生命財產安全造成威脅，由此帶來的工程損失及處理費用也迅速增加。因此，開展對水閘混凝土構件老化病危現象的研究分析工作，了解水下混凝土開裂、失強的根本原因，并為水閘加固提出正確的處理方法并加以科學論證是非常必要的。

2 水閘混凝土構件病害原因

我國水閘工程建設時間早、運行時間長，普遍存在混凝土老化、強度降低、裂縫多等現象。水閘工作運行處于水環境中，長時間的擋水環境易造成水閘滲流、不均勻沉陷等，導致閘底板、鋪蓋、閘墩等部位混凝土因受力不均而產生裂縫，泥沙的侵蝕使得混凝土保護層脫落、鋼筋銹蝕，造成水閘混凝土構件強度降低，影響工程的正常運行。

2.1 水閘混凝土構件裂縫的成因

水閘混凝土構件產生裂縫的原因很復雜，究其原因可以分為自然環境因素、人為因素、外力影響和材質結構等幾個方面。

a.由于水閘底部混凝土沉降量過大且沉降不均勻導致地基承載能力不足，改變了水工建筑物原有的受力狀態，超出建筑物的負荷能力而產生裂縫。

b.水閘混凝土構件凝固初期會釋放出大量的熱量，混凝土表面溫度散熱快、冷卻收縮，內部因未采用降溫措施溫度升高、產生熱膨脹力，由溫度應力造成混凝土裂縫。

c.在工程建設過程中，機械設備、振搗機的振動易導致鋼筋產生變形移位，造成混凝土構件粘結性降低或喪失，鋼筋受力減弱，混凝土結構性能降低而產生裂縫。

d.混凝土的骨料強度達不到預設標準，骨料的級配、水泥標號不符合要求，骨料中雜質含量多，混凝土在攪拌過程中不滿足要求，且混凝土的運輸方式不合理，諸多因素造成混凝土的承載力不滿足設計要求，容易產生裂縫。

e.水閘混凝土后期固化養護不到位。

2.2 水閘混凝土構件劣化的成因

2.2.1 中性劣化

中性劣化是由于堿集料反應使骨料、水泥、水等物質混合后產生膨脹，在混凝土內部產生應力，引起混凝土膨脹開裂?；炷恋呐蛎涢_裂造成鋼筋與混凝土之間的黏聚性、附著力下降，混凝土抗拉強度減弱，空氣中的H2O、CO2、SO2等與混凝土中的含鈣化合物發生化學反應，生成可溶鈣，造成混凝土構件機體失強；同時pH值下降至11以下，混凝土中呈活化狀態的鈍化膜對鋼筋失去保護作用，造成鋼筋銹蝕；鋼筋的銹蝕使其體積增大，混凝土受到了巨大的膨脹力，使混凝土沿著鋼筋方向開裂；裂縫的產生加劇了腐蝕性化學成分的侵入，導致裂縫進一步擴大，使混凝土中性劣化更為強烈，最終導致混凝土構件失去設計要求的性能。

2.2.2 鹽害劣化

水閘的混凝土骨料中一般摻有含鹽骨料，且拌和用水及添加劑中也有含鹽物質；水環境中的鹽分會向混凝土內部滲透，造成劣化。鹽害劣化的主要特征是：混凝土表面產生銹斑，混凝土開裂方向大致與鋼筋布置方向平行，混凝土表層產生崩裂脫落，有露筋現象。

2.2.3 堿性骨料反應劣化

水閘長期工作在水環境中，混凝土構件內部的堿性骨料反應性硅由于水的滲透介入而發生反應，生成水玻璃(硅酸鈉)等物，生成物與水的再度接觸使混凝土膨脹，產生裂紋。

2.2.4 凍害劣化

處于嚴寒地區的水閘，滲入混凝土構件內部的水分子在低溫下結冰、固化，體積膨脹，產生約200MPa的膨脹力，導致水閘混凝土構件結構迅速老化、破壞。特別是在含鹽拌和物的水閘混凝土內，水下混凝土構件飽和度高，冰凍膨脹力大，急速加劇了混凝土的脹裂。

水閘水下混凝土構件長期工作在水體環境中，尤其是在寒冷和嚴寒地區，更加容易產生混凝土劣化，影響水閘工程的正常運行，也增加了工程運行成本。在實際過程中，混凝土的開裂劣化是上述多種因素綜合作用的結果，情況更加復雜、繁瑣。

3 混凝土劣化預防對策

水閘混凝土構件的破壞多數是各種因素綜合作用的結果，究其原因，主要是由于水閘長期工作在水體環境中，冬季凍融循環影響大，特別容易產生凍害劣化。而混凝土防護涂層能夠在混凝土構件表面形成一層有效的防護層，阻止水與其他污染雜質進入混凝土內部，從而強化混凝土的防腐能力，提高耐久性，是防止水閘混凝土劣化的一項有效措施。下面以某個水閘工程為例，說明防護涂層對水下混凝土構件的保護作用是否有效。

3.1 實驗材料

實驗材料采用兩種不同的防腐材料，為環氧樹脂防腐涂料和聚脲防腐涂料，分別標示為1號防腐材料、2號防腐材料。環氧樹脂含有多種極性基團和活性很大的環氧基，膠結強度大，固化時體積收縮率小，耐腐蝕性及介電性能好，且環氧樹脂、固化劑及添加劑品種多，可供選擇的配方多；聚脲防腐劑具有優異的理化性能，施工時不受溫度、濕度的影響，且能夠快速固化，施工方便。

3.2 防護涂層抗腐蝕性試驗

抗腐蝕實驗主要包括耐堿性、抗氯離子滲透、抗硫酸鹽3個實驗。

3.2.1 耐堿性實驗

實驗原材料是強度為C25、養護周期28天的混凝土試塊，共2塊，標示為1號試塊、2號試塊。將1號防腐材料、2號防腐材料分別涂抹在1號、2號混凝土石塊上，厚度控制在250μm左右，自然養護7天后置于氫氧化鈣溶液內浸泡30天，每隔兩天觀測一次。耐堿性實驗結果如表1所列。

表1 耐堿性實驗結果

實驗表明，兩種涂層材料的耐堿性能較好，混凝土均沒出現氣泡、龜裂、剝落等劣化現象。

3.2.2 抗氯離子滲透實驗

實驗原材料是強度為C25、養護周期28天的混凝土試塊，共2塊，標示為1號試塊、2號試塊。將1號防腐材料、2號防腐材料分別涂抹于1號試塊、2號試塊上，然后浸泡于氯離子溶液中。氯離子在直流電壓作用下能透過混凝土試件而產生劣化作用，通過測量混凝土的氯離子擴散系數能夠比較混凝土的抗氯離子滲透性能?？孤入x子滲透實驗結果如表2所列。

表2 抗氯離子滲透實驗結果

實驗結果表明2號防腐材料氯離子抗滲能力優于1號防腐涂料，但都低于國家規定水平(5×10-3mg/cm2×d)，總體氯離子抗滲能力效果較好。

3.2.3 抗硫酸鹽實驗

實驗原材料是強度為C25、養護周期28天的混凝土試塊，共2塊，標示為1號試塊、2號試塊。將1號防腐材料、2號防腐材料分別涂抹于1號試塊、2號試塊上，厚度控制在250μm左右，自然養護7天后置于5%硫酸鈣溶液內浸泡30天，每隔兩天觀測一次。實驗結果見表3。

表3 抗硫酸鹽實驗結果

實驗結果表明，1、2號防腐涂料的抗硫酸鹽性能較好，混凝土試塊均沒出現氣泡、龜裂、剝落等劣化現象。

上述實驗均表明，環氧樹脂防腐涂料和聚脲防腐涂料都能夠對水下混凝土構件起到很好的防護作用，但聚脲防腐涂料造價遠高于環氧樹脂防腐涂料。在水閘混凝土構件防護工程施工過程中，由于防護層涂抹面積大，一般建議采用環氧樹脂防腐涂料。

3.3 施工工藝及措施

規范性的混凝土表面處理是做好防腐涂料處理的基礎，表面處理的好壞，直接影響著涂料的附著力、施工質量和使用壽命。

a.混凝土表面處理。去除混凝土表面浮塵、水泥渣等及疏松的混凝土顆粒，并徹底清洗干凈，保持混凝土基體堅固、平整、密實。

b.涂料施工流程。攪拌均勻的涂料須過濾去除掉其中的雜質和臟物方可使用，面漆涂料濃度一般35～40s為宜，其中底漆適當稀釋一些為25～35s，能夠增加涂料與基體浸潤能力和粘結力。一般環氧樹脂施工為2底3面，漆膜厚度為180μm左右。可使用人工刷圖或者機械噴涂的方法。

4 結 語

鋼筋混凝土已逐漸成為現代水工建筑的主要結構材料，根據混凝土的工作環境針對性地查找出其病害發生的原因并從外源進行隔斷，是防止混凝土病害的根本方法。水閘混凝土構件由于其特殊的水下工作環境，冬季凍融循環影響作用大，采取防護涂層技術對混凝土進行防護，可以有效地提高建筑材料的耐久性能。

Analysis of Water Sluice Concrete Component and Coating Preventive Technique

XIA Shou-gao

(ZhejiangJingchangConstructionCo.,Ltd.,Lishui323500,China)

Water sluice concrete component is operated in water environment for long-term, which greatly suffers from water erosion influence. Especially water freeze-thaw cycle effect leads to continuous worsening of steel concrete component performance with time. Worsening reasons of water sluice concrete are analyzed in the paper. Experiment shows that concrete coating material can effectively prevent concrete worsening.

water sluice; concrete component; disease; coating protection

TV523

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1005-4774(2014)07-0063-03