輸水渠道混凝土結構病害治理淺述

張祥吉，高明國，劉龍騰

（淄博市太河水庫管理中心，山東 淄博 255000）

淄博市城鄉同源同網引水安全輸水工程位于淄博市淄川區全長31 km。為確保供水水質，對原開敞式總干渠15.83 km 實施預制蓋板蓬蓋工程，由原明渠輸水渠道變為封閉式輸水渠道。經多次輸水干渠巡查，發現渠道預應力空心板板底出現大面積混凝土保護層脫落、局部鋼筋裸露及銹蝕等現象，且破壞呈現明顯加速的趨勢，預制板的承載能力已不能滿足設計要求。

1 病害原因分析及對策

1.1 原因分析

太河水庫主干渠蓬蓋以后，冬季輸水期間渠道內部溫度在4 ℃以上，由于通風設施不足，水汽上升至混凝土蓋板底部后滲入蓋板混凝土內部。預應力混凝土預制板板屬薄層結構，混凝土板溫度與渠道外氣溫的變化保持一致，當氣渠外氣溫低于0 ℃時，板底飽和水出現結冰凝固；氣溫升高時，板底冰霜融解，形成一次凍融循環過程。由此可見，渠道內、外環境差異（水、溫度等）是導致預應力混凝土預制板板底產生凍融劣化的原因。

1.2 防治對策

為延長混凝土壽命，確保渠道正常運行，有必要研究影響混凝土結構的機理。基于混凝土破壞機理，優選提高混凝土耐久性措施，為改善或加固輸水渠道提供決策和理論依據。輸水渠道混凝土耐久性是當今國內外學術界和工程界研究的重要課題，大量研究表明，滲透性是影響混凝土耐久性能的關鍵因素，與混凝土耐久性之間存在著密切的關系。裂縫導致混凝土的滲透性增加，加劇了混凝土凍融破壞。因此，增強和改善混凝土抗滲性是提高渠道混凝土耐久性的一種重要途徑。

2 治理研究

2.1 混凝土表面噴涂滲透結晶材料的凍融試驗

1）試驗方法。拌合成型C30 混凝土標準抗凍試件，養護20 d 齡期后，分別在混凝土表層噴涂滲透結晶材料。繼續養護至28 d 齡期，分別進行混凝土凍融試驗和吸水試驗。

2）試驗結果與分析。成型C30 混凝土試件，分別在混凝土表層噴涂滲透結晶材料0，1.06 g/m2，3.54 g/m2，4.04 g/m2，標準養護 28 d，采用快速凍融試驗，進行抗凍（快凍法）和吸水率試驗，結果見表1 和表2。

表2 混凝土凍融循環結果

從表1 可以看出，未噴涂滲透結晶材料的混凝土質量損失率最小，吸水率與噴涂4.04 g/m2時基本相等，表現為較高的吸水性；而噴涂1.06g/m2，3.54g/m2時吸水率較低，質量損失率較低，但大于基準混凝土。綜合試驗結果，噴涂1.06 g/m2效果最佳。分析原因有：一方面噴涂齡期短，涂料與基體的粘結強度低，難以抵御混凝土的凍融破壞，涂層脫落，造成試驗結果質量損失率大，涂層脫落部分形成新的界面，空隙率大，吸水率高；另一方面混凝土涂層量大，涂層厚，標準試件尺寸增大，在試件凍融過程中受到的應力較大，涂層脫落量較大，表現為吸水率增加，質量損失率高。

表1 混凝土凍融后質量損失和吸水率

從表2 可以看出，噴涂3.54 g/m2的混凝土相對動彈模量大于噴涂1.06 g/m2。結合凍融前后，混凝土表面狀況可以看出，噴涂滲透結晶材料的試件表面完好，而基準混凝土在凍融25 次后，表面剝蝕嚴重。

2.2 覆蓋技術治理病害應用

拆除覆蓋的混凝土板，在渠道上面搭建彩鋼板。渠道內部彩鋼板附近（靠近彩鋼板表面10 cm 左右）懸掛溫度計和濕度計，觀測溫度和濕度變化。

此種覆蓋技術方案部分解決了混凝土梁、蓋板保溫防凍融和渠道內部通風除濕的問題。安裝彩鋼板覆蓋后，對混凝土梁有一定的保溫效果。經實際觀測研究，發現該段渠道內濕度明顯下降。覆蓋彩鋼板技術降低了渠道內濕度，增強了保溫效果，能夠減緩混凝土構件的劣化，現狀質量較好，但造價成本高，經濟效益差。

2.3 通風技術治理病害應用

在封閉式渠道上，分別每隔500 m，1 000 m，2 000 m 拆除覆蓋的預應力混凝土空心板，并用彩鋼板圍擋新建開口，增強通風力度。分別在距離開口處每隔125～250 m 處埋設濕度計，測試渠道內濕度變化。

據觀測數據分析，開孔間隔500 m 的渠道內濕度變化小；濕度在26%～41%之間變化；開孔間隔1 000 m 的渠道，在渠道中間（500 m）觀測點處的濕度達到50%左右，整個渠道的濕度在28%～50%之間；開孔間隔2 000 m 的渠道，距離開孔500 m，渠道內濕度達到70%左右，中間（1 000 m）觀測點處的濕度則為80%左右。通過上述分析，開孔距離小于1 000 m，渠道內濕度小于50%，可有效降低混凝土的凍融破壞程度。

3 結 論

1）滲透結晶材料增強了混凝土的致密性，在一定程度上減緩了凍融循環對鋼筋混凝土的破壞程度。

2）覆蓋彩鋼板技術降低了渠道內濕度，增強了保溫效果，能夠減緩混凝土構件的劣化，現狀質量較好，但造價成本高，經濟效益差。

3）在封閉式渠道上開孔可降低渠道內濕度，是解決渠道凍融破壞的一種有效技術措施，但開孔間隔距離是影響渠道內濕度分布的關鍵，開孔距離應小于1 000 m，渠道內濕度小于50%。