北方地區水工混凝土建筑物常見病害及修復對策

王俊達

（遼寧省水利工程建設質量與安全監督中心站，遼寧沈陽110003）

北方地區水工混凝土建筑物常見病害及修復對策

王俊達

（遼寧省水利工程建設質量與安全監督中心站，遼寧沈陽110003）

針對我國北方地區獨特的寒冷干旱氣候環境特征，探尋該區域水工建筑物常見病害的類型及成因機理，同時有針對性地提出了水工建筑物施工修復對策。研究可為同類型區域水工混凝土建筑物的病害診斷與施工修復提供有益借鑒。

北方地區；水工建筑物；病害機理；修復對策

引言

我國北方地區水工混凝土建筑物在承受滿足安全荷載組合的同時，還受到特殊自然環境的侵蝕，如凍融破壞、土壤鹽分離子侵蝕、高礦化度灌溉回歸水、大氣碳化及干濕循環破壞等作用的影響，進而導致水工混凝土建筑物出現裂縫、凍脹、沖磨與空蝕、碳化及堿骨料反應等侵蝕破壞現象，嚴重影響該區域水利工程的安全運行，制約了水利工程效益的正常發揮。北方地區水工混凝土結構需經常進行修補，以確保該區域水工混凝土結構的強度及耐久性，消除工程運行中的安全隱患［1］。因此，有必要分析該區域水工混凝土建筑物常見病害成因并提出相應的施工修復技術，研究可為類似工程的更新改造和維護維修提供決策依據。

1 水工混凝土建筑物常見病害類型及成因

1.1裂縫

裂縫為影響北方地區水工混凝土建筑物耐久性的重要因素，按其產生原因分為∶外荷載裂縫、變形裂縫、施工裂縫；按裂縫的形態分為∶水平與垂直裂縫、橫縱向裂縫、斜向和放射形裂縫；按裂縫深淺分為∶貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫［2］。

水工混凝土建筑物裂縫產生的原因主要包括∶①新澆筑混凝土水化放熱，混凝土過大的內外溫差引起混凝土變形，從而產生裂縫；②在外部約束力作用下，混凝土硬化而導致的裂縫；③厚度較大構件中因混凝土塑性塌落而導致的裂縫；④混凝土中的活性骨料與堿性物質發生反應，使混凝土膨脹開裂；⑤運行中的混凝土結構因不均勻沉陷或承受過載而產生的裂縫。

1.2凍脹破壞

北方地區混凝土襯護渠道受干旱少雨、季節及晝夜溫差大等氣候因素的影響，凍脹破壞現象嚴重［3］，其形式主要包括∶①現澆混凝土板破裂。在澆筑混凝土板時外界溫度過低，將會導致現澆板出現裂縫，并會隨著時間不斷蔓延；②隆起和塌陷。溫度變化、地下水位變化等因素會造成混凝土渠道地基隆起或塌陷，進而造成混凝土襯砌板的破損；③預制襯砌板破壞。因混凝土渠道邊坡與底板結合處受到地基土變形的影響，出現鼓脹、滑塌現象，破壞了預制混凝土板。

造成渠道混凝土襯砌凍脹破壞的原因包括；①渠道基礎土壤入冬前的含水量超過土壤起始凍脹含水量；②襯砌基土屬于凍脹土類；③氣溫低于0℃。土壤結冰時，體積膨脹破壞混凝土襯砌面板。

1.3沖磨與空蝕

北方地區的壓力前池、涵管、渡槽、倒虹吸、閘門等過水混凝土建筑物長期受到水流中泥沙和高速水流的磨損與空蝕，造成混凝土局部表面呈現凹痕麻面、粗骨料及鋼筋外露等破壞。

1.4碳化破壞

長期與大氣接觸的水工混凝土建筑物，大氣中的C O2將滲入混凝土內部孔隙并溶解于水分中，且與膠凝材料發生多相化學物理反應，產生鈣礬石等物質，降低了混凝土建筑物的強度［4］。同時，混凝土內部P H值小于10的孔隙溶液會逐漸腐蝕鋼筋的鈍化膜，致使鋼筋銹蝕膨脹，甚至剝離，引起混凝土開裂，從而嚴重影響水工混凝土建筑物的耐久性。

1.5堿骨料反應

北方地區水工混凝土中富含大量的堿性物質，骨料中的氧化硅等物質易與這些堿性物質反應生成吸水膨脹凝膠［5］，從而降低混凝土的強度。

2 水工混凝土建筑物施工修復對策

2.1環氧樹脂砂漿水下裂縫修復技術

針對北方地區水工混凝土建筑物普遍存在的水下裂縫問題，環氧樹脂水泥砂漿具有允許砂漿帶水施工作業、水下抗分散離析性好、水下強度不損失、養護期短等優勢，可在水下（20～25℃）4～6h初凝并實現了膠黏劑與混凝土強度的疊加，對水工混凝土水下裂縫具有較好的修復效果。

環氧樹脂砂漿采用E 51或殼牌828環氧樹脂、1085水下固化劑、水泥及河砂按照一定重量比與水拌合而成［6］，具體修復施工工序為∶①查縫定位后鉆孔清孔，之后布設與采用的灌漿方式及地質條件相適應的灌漿系統，確保灌漿管路、出漿設施與縫面暢通；②將水泥與河砂按1∶2比例混合均勻，嚴格控制水灰比為0.36～0.40，之后在水泥砂漿中摻入定量的環氧樹脂并攪拌10m i n，將1085型水下固化劑按固化劑與環氧樹脂1∶1的比例摻入上述砂漿中，均勻攪拌5m i n后即可使用；③采用連接灌漿泵自下而上地將環氧樹脂砂漿漿液均勻灌注整個縫面，若灌漿時發現漏漿、冒漿現象，可采用表面封堵、嵌縫、低壓間歇灌漿等方法處理。

2.2輸水防滲渠道修復技術

針對北方地區混凝土襯砌渠道因凍脹所引起的破壞，具體修復施工工序為∶①清淤拆板。對需修復渠道清除淤泥，自上而下地拆除渠道舊混凝土板，輕拆輕放并整齊碼放在合適位置，同時清除其粘結的砂漿、泥沙；②開挖削坡。按照設計的渠道中線、渠底高程及斷面尺寸進行削坡修整，對沉陷、滑坡嚴重渠段拋填夯實砂石進行換基處理；③渠道襯砌。在清理后的渠坡、渠底等處灑水潤濕、整平密實。之后緊貼基礎鋪設防滲塑料薄膜，并按照先渠底后坡面的順序鋪設保溫板與薄膜預制板，隨后進行砂漿墊層與混凝土板襯砌板的鋪設，確?；炷烈r砌板達到設計平整度，并用C15干硬性細石混凝土對混凝土板勾縫，要求板縫密實、光滑、飽滿。④養護。勾縫12h后進行灑水養護，養護時間不低于10d，同時依據襯砌混凝土板厚度與設計要求制作伸縮縫，最后將拌合好的干硬性鋸末水泥砂漿澆筑至伸縮縫并抹平。

2.3丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復技術

針對在低溫、潮濕等惡劣環境中的閘門底板、側墻、閘墩等長期處于碳化、鹽侵、水流淘刷、空蝕、氣蝕磨損及臨界水位線的水工混凝土建筑物，可采用丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿修復破損部位。丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿采用P o 42.5硅酸鹽水泥，細度模數為2.5的天然河砂，粒徑為0.5～2c m的當地石料，銑削性鋼纖維，N SF硅粉劑及丙乳按一定配合比制成［7］，較傳統混凝土提高了早期強度及最終強度，改善了混凝土離析和泌水的性能，適用于水工建筑物溢流面及水位臨界面破壞的修復處理。具體修復施工工序為∶①基面處理。采用風把鉆機對混凝土表層進行噴砂打毛，之后用高壓水流沖洗以露出新鮮混凝土層面；②砂漿配置。應將原干料按照設計配合比使用攪拌機均勻攪拌，在轉運至施工作業面后，再通過人工攪拌摻加丙乳膠，確保隨拌隨用；③涂刷界面劑并噴射砂漿。在已鑿毛清洗后的混凝土基層上涂抹一層丙乳凈漿并找平受噴面較大坑洼處，待其固結后再噴射丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿，同時控制混凝土塌落度在8c m左右。施工結束后，應鋪設塑料保水薄膜于新澆筑的混凝土砂漿表層；④養護。待砂漿基本固結后，可滾涂砂丙乳水泥凈漿，采用噴霧器噴霧進行養護，在混凝土砂漿澆筑72h后可緩慢浸水進行蓄水養護，養護7d以后才可投入使用。

2.4外包鋼加固修復技術

針對北方地區破壞嚴重且受力集中的出水塔、管道鎮墩等水工建筑物，可采用型鋼外包箍緊混凝土結構基礎的方式阻止破壞擴展，從而修復提高結構的剛度和承載力。外包鋼加固修復技術包括干式和濕式兩種，其中干式要求鋼材同原構件沒有任何黏結，應使用緊固件使混凝土表面與鋼材緊密結合，以保證其協同工作。濕式則是采用乳膠黏結原構件與鋼材，以使兩者間具有良好的同步協調工作能力［8］。外包鋼加固修復技術施工簡便，造價較低，適用于提升北方地區水工混凝土建筑物承載力和安全性的施工修復。綜上所述，采用環氧樹脂砂漿技術、輸水防滲渠道技術、丙乳硅粉鋼纖維混凝土砂漿技術以及外包鋼加固技術可針對性地修復我國北方地區水工混凝土建筑物的常見病害，最大限度地降低水工混凝土結構損壞對水工構筑物運行的影響，在北方地區水工混凝土建筑物修復工程中擁有廣闊的應用前景。

3 結語

我國北方地區水工混凝土建筑物因其特有的工作環境而遭受多種病害的威脅，探究該區域水工混凝土常見病害的成因與機理，提出切實可行的水工混凝土建筑物修復技術與工藝，通過修復處理后的水工混凝土結構外觀質量明顯改善，提高了混凝土抗侵蝕的能力，增強了建筑物的安全性和耐久性。值得注意的是，應加強該類區域水工混凝土建筑物的運行管理，嚴格遵循設計預定工況運行，嚴禁超負荷運行，加強對建筑物特殊易損部位的監測，發現問題及時進行科學規范的處理，注重定期維護、嚴禁帶病運行，這樣才能降低水工混凝土病害發生幾率，提高該區域水工混凝土建筑物的使用壽命。

［1］吳永斌.淺析水工混凝土裂縫原因及應對措施［J］.水利規劃與設計，2013（04）∶75-77.

［2］張煥敏，涂興懷.水工混凝土裂縫的成因及控制［J］.混凝土，2005（10）∶74-77.

［3］王俊發，馬旭，周海波.混凝土襯砌渠道凍脹破壞的機理及力學分析［J］.佳木斯大學學報（自然科學版），2006，24（02）∶308-311.

［4］傅曉松，崔兆充，邱紅霞.塔里木灌區混凝土碳化問題的思考［J］.水利規劃與設計，2010（03）∶57-59＋68.

［5］丙乳硅粉鋼纖維混凝土在水工混凝土缺陷處理工程中的應用［J］.科技信息，2011（08）∶364-365.

［6］楊賤秀，黃新珠.水工混凝土表面缺陷處理初探［J］.水利技術監督，2009（06）∶77-79.

［7］陳雯龍.水工混凝土耐久性影響因素分析及防治措施［J］.水利規劃與設計，2011（05）∶35-38.

［8］路維.水工混凝土結構修復材料述評［J］.四川建筑科學研究，2014，40（02）∶229-231.

T V 698.2

：A

：1672-2469（2016）05-0017-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.008

2015-08-02

王俊達（1985年—），男，工程師。