水工混凝土建筑物老化病害的产生预防及修补技术

殷 辉

摘要水工混凝土建筑物在其建成投入使用后,由于受各种自然条件的影响,很容易产生各种老化病害现象,而每一种病害都可以根据其产生原因采取一定的预防措施和修补技术。本文将浅谈混凝土施工中老化病害的产生、预防措施及修补技术。

关键词水工混凝土裂缝渗漏剥蚀

中图分类号:TU528文献标识码:A

1 裂缝

1.1裂缝产生的原因

裂缝在水工建筑物当中往往由于多种因素联合作用而最容易出现。其各种裂缝对不同部位的水工混凝土危害程度也不一样,关键部位严重程度的裂缝不仅危害到建筑物整体性和稳定性,而且很容易形成恶性循环,甚至还会产生大量的漏水,严重威胁到下游的人民生命及财产安全,因而必须引起我们的高度重视。本文对水工混凝土裂缝的原因加以分析,并提出一些预防措施和修补技术。

1.2裂缝的预防措施

1.2.1混凝土材料

为了减少各种裂缝,一般选用中热水泥或具有微膨胀性的中热水泥(自生体积变形微膨胀变形,如水泥中的MgO含量较高,但不大于5%)和热膨胀系数较小的骨料。尤其是大体积混凝土在施工中严格采取温控措施,尽量避免裂缝发生。而由于某种原因采用硅酸盐水泥或普通水泥时,可在混凝土中掺入粉煤灰或减水剂,从而减少水泥用量,主要是通过减少水泥用量,减少混凝土的发热量,从而降低混凝土温度,避免温度裂缝的发生。改善骨料级配,石子采用直径适中的,并采用连续级配的碎石。如果温度过高,及时对骨料进行预冷。砂子宜采用细度模数较大的内河中粗砂,含砂率不应超过35%。

1.2.2混凝土浇筑

如果浇筑时温度过高,可以采用薄层浇筑,以加速混凝土散热,并适当延长间歇时间。混凝土在振捣过程中,骨料下沉,水泥浆填充骨料间的空隙,原空隙中的水和气泡被排出,混凝土表面形成泌水现象,对泌出的水分,不能直接排除,而要用吸水材料把水分吸走,把水分中的水泥留下。从而避免泌水裂缝的发生。对于厚度比较薄的混凝土,经脱水后水灰比控制在在0.31-0.36之间,而强度却可提高20%-50%,从而增强了混凝土的抗裂性能。 混凝土初凝前,往往由于温差会出现表面裂缝,这时应进行及时收浆二次抹面,使混凝土表面进一步密实,表面产生的裂缝愈合。从而避免早期裂缝的产生。合理安排混凝土的浇筑时间,错开高温(大于35度)或低温(小于5度)时段,以降低混凝土的入仓温度,避免裂缝发生。

1.2.3混凝土养生

混凝土养生的目的是使混凝土凝结时间内保持一个良好的外部环境,创造良好的温度和湿度条件,从而使混凝土在预期内达到设计强度。混凝土应浇筑后立即用棚罩遮盖或膜式养护剂喷洒,避免水分蒸发过快。如果温度过高,必须及时洒水养护。传统覆盖物多用湿草帘类,但其密实性比较差。因此目前多采用针刺土工布洒水覆盖混凝土表面并用塑料薄膜保湿的办法进行养生, 效果也比较理想。混凝土洒水养护时间不宜小于7d,如果温度过高,应适当延长,粉煤灰水泥应14d。当建筑物混凝土未达到设计强度时,禁止超载,避免超载裂缝的发生。水工建筑物尤其是大体积水工建筑物,施工时必须严格按规范进行地基施工,严把工程质量,从而避免地基不均匀裂缝的发生。

1.3裂缝的修补技术

首先进行初步调查,对裂缝进行检测,推断裂缝原因,具体分析。然后再根据调查结果,结合设计要求,判断产生裂缝的混凝土是否需要修补,如需要修补,修补方法归纳起来有三类。

1.3.1充填法

这是一种修补较宽裂缝(%]>0.5mm)的方法,具体做法是沿裂缝处凿 “V”形槽,槽顶宽约10cm,再在槽中填充密封材料,以起到修补作用。如果钢“V”形槽中钢筋已经锈蚀,则将混凝土凿除到能够充分处理已经生锈的钢筋部分,先进行钢筋除锈,然后进行防锈处理,最后再填充个密封材料。充填修补材料主要有水泥砂浆、预缩水泥砂浆、丙乳砂浆、BAC砂浆、环氧砂浆、弹性环氧砂浆材料等。

1.3.2注入法

注入法分为压力灌浆法与真空吸入法两种。压力灌浆法就是通过灌浆泵的压力,通过钻孔、预埋管路或其他方式把具有胶凝性质材料与水搅拌混合的浆液或化学溶液灌注到岩石、土层或混凝土的裂缝内,以达到加固、防渗的施工方法;而真空注入法则是利用真空泵使缝内形成真空,将浆材吸入缝内,从而使各种表面裂缝得到修补的施工方法。灌浆材料有水泥浆材、普通环氧浆材、弹性环氧浆材、弹性聚氨酯浆材、水溶性聚氨酯浆材等。

1.3.3表面覆盖法

这种方法适用于细微裂缝(一般宽度小于0.2mm),其施工方法为在混凝土表面涂一层膜,以提高混凝土的防水性及耐久性。这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部,对延伸裂缝难以追踪其变化。表面覆盖法所用材料根据修补部位的重要性及其修补部位所处用环境不同而异,其中最常采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏、聚合物薄膜等材料。施工时首先用钢丝刷子将有裂缝的混凝土表面打毛,然后清除表面杂物,再用水冲洗干净后并充分晾干,然后用树脂均匀填充混凝土表面的气孔,最后再用修补材料凃摸表面。

2 渗漏

2.1渗漏的产生

每个水工混凝土建筑物都有其修建后各自不同的任务,但都与压力水密切相关。许多水工建筑物往往由于各种原因在压力水的作用下产生渗漏。因此,渗漏也是水工建筑物常见的主要病害之一。渗漏会使建筑物基础及内部产生较大的渗透压力和浮托力,从而危害建筑物的稳定和安全;渗漏还会引发溶蚀、侵蚀、冻融、钢筋锈蚀、地基冻胀等病害,加速混凝土结构老化,缩短建筑物的使用寿命。同时渗漏会导致水量损失,影响经济效益和社会效益。

2.2渗漏的预防措施

(1)防止渗漏的发生,预防措施同裂缝的预防措施。

(2)水工混凝土止水施工前,一定要选用优质沥青及止水片材,施工工艺严格按规范和设计施工。

(3)混凝土原材料一定要选用优质材料,混凝土搅拌一定要均匀,浇筑振捣要密实不漏振。

2.3渗漏的修补技术

首先要通过调查及成因分析,并结合建筑物据图部位的设计要求及运行环境,选择合适的修补材料和修补方法进行修补。本节主要介绍点渗漏的处理方法。点渗漏根据渗水压力及渗水量的大小采用以下两种不同的渗漏处理方法:

(1)直接堵漏法。当水压小于1m水头,漏水孔较小时可用此法。先将漏水孔凿毛,并把孔壁凿成与混凝土表面接近垂直的形状,用水冲洗壁槽,随即将快凝止水灰浆碾成与槽直径相近的圆锥体,待灰浆开始凝固时,迅速用力堵塞于槽内,并向孔壁四周挤压,使灰浆与孔壁紧密结合,堵住漏水。最后再在外面涂抹防水砂浆保护层。

(2)下管堵漏法。本法适用于水压为1-4m水头,且漏水孔洞大的情况。

3 剥蚀

3.1剥蚀的产生

水工混凝土往往由于是由于环境因素(包括水、气、温度、介质)及混凝土内部的水化产物、砂石骨料、掺合料、外加剂、钢筋相互之间产生一系列复杂的作用而产生剥蚀破坏现象,最常见的剥蚀破坏有冻融破坏、冲磨与空蚀等现象。

3.2剥蚀的修补技术

首先要通过调查研究,进行破坏机理分析,并结合工程实际情况,选择合适的修补材料和修补工艺进行修补。由于我国水质侵蚀破坏的修补技术研究目前尚处于起步阶段,工程实际经验不足,因此本节着重介绍冻融剥蚀、冲磨气蚀的修补技术。

3.2.1冻融剥蚀破坏的修补

对遭受冻融破坏的水工建筑物,目前的修补方法主要为将已遭冻融破坏的混凝土全部凿除,然后回填具有高抗冻性能的优质修补材料。在某些情况下还可采取防水、止住渗漏和排水等补救处理措施。

3.2.2冲磨气蚀破坏的预防和修补

挟带悬移质和推移质的高速水流对泄水建筑物混凝土的冲磨剥蚀破坏(某些情况下还同时存在或诱发空蚀破坏)是无法避免的。目前只有在设计时充分考虑其危害,合理设计,施工过程中严把质量,对衬砌采用高抗冲磨材料,延缓其磨蚀速度,延长使用寿命,并且要在每个汛期后密切观测磨蚀破坏的发展,及时进行“凿旧补新”修补,以免造成严重的冲毁事故,并对以遭受空蚀破坏的工程,查明破坏的主要原因后,可以“对症下药”采取如下修补措施。

(1)通过水力学模型试验修改体型,改善水流流态,达到水流不空化。

(2)施工中关键部位严格控制和处理不平整度。

(3)当水流空化系数或流速过大时,而控制不平整度有困难时,可以在改建工程中采用通气设施。

(4)由于闸门运行方式不合理,造成水流恶化的空蚀破坏,可以考虑改进运行方式,消除空蚀破坏。

(5)修改体型、控制和处理不平整度、设置通气设施,是从降低高速水流空蚀强度着手的修补措施。但对已建工程,要完全消除空蚀相当困难,只能将空蚀强度降低到一定程度。而高抗空蚀材料所能降低的空蚀强度也是有限的。因此同时从降低空蚀强度和采用高抗空蚀材料护面两方面入手,是处理空蚀破坏既经济又有效的途径。

4 结语

虽然有时水工混凝土的老化现象不可避免,从而影响混凝土强度,影响建筑物的运行安全,但通过各种预防措施及各种修补工艺,是可以进行弥补的,从而正常发挥水工建筑物的作用,使其安全运行,并延长使用寿命。本文所谈的水工混凝土老化病害产生的预防措施及修补措施仅仅是适用于大部分混凝土浇筑。