核電廠混凝土結構老化修復方案簡述

蔣浩威 冷凡 上海核工程研究設計院有限公司

最近幾十年，我國大力發展核電，隨著核電廠數量的增加，對于核電廠混凝土結構的老化效應，正越來越引起人們的關注。混凝土結構構筑物或建筑物的老化大多源于一種或多種老化機理單獨或共同的作用，為避免老化給核電廠安全性帶來嚴重影響，非常有必要對核電廠混凝土結構進行修復，使混凝土結構滿足其功能需求。

一、修復方案選擇

核電廠在多種類型環境的影響下，易出現開裂、腐蝕、剝落等老化現象，這些老化現象易引發構筑物發生承載力破壞。為了降低構筑物破壞帶來的嚴重影響，在檢查發現老化發生時，應盡快啟動修復方案。

構筑物老化修復方案的基本組成包括診斷（破損評估）、預測（是否能修復）、方法選擇（取決于提議的方法的可行性、環境、成本）、準備（修復范圍和破損類型）、應用。

二、前期考慮事項

任何修復行動的第一步是對于損壞結構或構件徹底的評估，包括（1）老化因素、（2）老化范圍、（3）結構或構件在功能和性能要求上的老化影響的評估。評估的基本要素包括（1）規劃和背景資料的積累（例如年代、前期條件調查、設計文件、竣工圖、材料數據表等等）、（2）外觀檢查、（3）現場和實驗室測試、（4）搜集的數據的評估和老化因素的判斷。根據這些信息，基于破壞后果、實施的時間要求、經濟性、剩余使用壽命要求來制定修復方案。基本修復方案包括：（1）不主動干預；（2）開展修復，恢復老化的或者破損的結構部分；（3）目前安全余量足夠，采取行動以防止老化變得更糟；（4）拆除和重建全部或者部分結構。選項（2）和（3）經常是綜合考慮。

三、典型鋼筋混凝土結構的修復方案

鋼筋混凝土結構的修復主要分為混凝土部分和鋼筋部分。

（一）典型混凝土的修復方案

鋼筋混凝土結構的老化一般會導致開裂、破碎、混凝土保護層剝離、滲水等現象的發生。開裂是迄今為止最常見的問題，其次則為透過施工縫或裂縫出現滲水現象。

開裂修復：導致混凝土開裂的因素有很多，例如熱脹冷縮、疲勞、過度荷載等。所有混凝土結構會有兩類裂縫：微裂縫和宏觀裂縫。混凝土內相鄰的骨料顆粒形成的微裂縫是不連續的，一般不需要修復。對于宏觀裂縫，首先要確定裂縫是否為活躍裂縫，若為活躍裂縫，則要找出導致開裂的原因，然后選擇適合的修復方案進行裂縫修補工作。

破碎修復：碰撞、預埋件腐蝕、堿骨料反應、凍融以及火燒會引起混凝土破碎。表面處理是破碎修復成功的關鍵步驟。混凝土基材必須是可靠的，需保證其表面干燥、無油脂、無油污以及無松散顆粒。去除老化混凝土時，可使用小鑿錘和高壓水槍，如果鋼筋發生暴露，則應繼續開挖以便鋼筋被封閉在修復材料中。如果鋼筋被腐蝕，則應去除腐蝕產物及鋼筋外包保護材料，例如環氧樹脂等。淺層破碎（小于20毫米）一般采用水泥砂漿進行修補。深層破碎修復時，除了粗骨料添加到修復材料中之外，與淺層破碎類似。為了確保修復的良好耐久性，所使用的材料的機械性能和物理性能與修復區域周邊的混凝土應類似。對于需要大范圍替換材料的大體積混凝土，為防止由于水泥水化熱引起的熱量過度集中，修復過程可分為兩層或好幾層。

剝離修復：剝離常發生于鋼筋出現腐蝕或者沒有足夠粘結層的混凝土層。若不及時進剝離修復，則會引起破碎發生。剝離可以通過去除和替換已經剝離的混凝土來進行修復，步驟類似于破碎修復。在不必去除混凝土的區域，剝離的混凝土可由環氧樹脂注射來修復。

滲水修復：透過施工縫和裂縫的滲水可能會導致腐蝕環境進入混凝土內部、腐蝕液體流進或流出結構內部。滲水修復程序首先應識別滲水來源，然后修復滲透路徑。當仍存在滲水時，可以使用硅酸鹽，丙烯酰胺，木質素，或樹脂（例如，環氧樹脂，聚酯，和氨基甲酸酯）的化學灌漿系統進行修復。化學灌漿是由兩種或兩種以上的化學物質組成，相互反應形成凝膠或固體沉淀，閉塞或填充混凝土中的縫隙。當滲水為間歇性現象，且混凝土的縫隙定期干燥時，則可以注入帶有環氧樹脂或聚氨酯注射系統，以促進膨脹和修復，形成一種柔性泡沫材料。

蜂窩及空隙的修復：不可見的空隙，例如蜂窩、或者過多的孔洞，可以通過鉆小直徑孔以防止空隙來修復；通過注入壓縮空氣或者水進入空隙，來確定空隙的范圍和外形，或者通過使用管道鏡來目視檢查；并且根據分層的數量，注入環氧樹脂、膨脹水泥漿或者環氧泡沫陶瓷。

（二）典型鋼筋的修復方案

鋼筋的腐蝕是目前鋼筋混凝土結構耐久性的最大威脅，結構主體中一旦發現鋼筋腐蝕，則需要及時采取修復措施。鋼筋混凝土結構腐蝕破壞的基本修復方法包括不采取措施、更換損壞的部件、阻止腐蝕過程或降低腐蝕速率幾種方法。例如，在結構接近于設計使用年限，并且評估表明它可以繼續滿足其功能和性能要求的情況下，可不采取措施。當腐蝕破壞發生在裸露的表面上，替換或者部分重建可能是最可行的解決方案。鋼筋腐蝕主要修復方法為鈍化、鋼筋涂層、陰極保護。

對鋼筋鈍化有三種基本方法：（1）使用堿性水泥或砂漿，（2）電化學再堿化，（3）氯離子萃取。鋼筋涂層是在鋼筋表面包裹一層物理屏障（例如環氧樹脂）以保護鋼筋。陰極保護是通過對鋼筋應用小的直流電流，使它成為陰極，相當于在混凝土表面或附近施加一個外部陽極，從而腐蝕過程可以有效地停止，或其速率降低。

四、總結

對于核電廠混結構，隨著時間的推移，都會面臨老化問題，為保證核電廠能安全可靠地運行，對于老化引起的損傷，定期的修復必不可少。隨著科技不斷發展，修復措施正變得越來越有全局性，修復措施著眼于整個修復過程而不僅是根據供應商提供的修復材料來選擇和應用。