混凝土耐久性防护材料在沿海挡潮闸除险加固工程中的应用

蒋春祥 潘荣生

（连云港市通榆河北延送水工程管理处 222004）

1 前言

混凝土已是工程中用量最多的建筑材料，也是最主要的结构材料，钢筋混凝土工程已经成为世界上应用最广泛的结构形式。但因过去人们常常忽视了钢筋混凝土结构的耐久性问题，而为此付出了相当大的代价。因此，加强混凝土结构的耐久性，延长结构适用寿命，是摆在我们面前的一个很重要的现实课题和任务。

2 工程概况

盐东控制工程是灌河流域的末级控制工程，位于连云港市灌南县境内，是一项兼有挡潮、排涝、灌溉、防洪、航运等多功能综合利用的大型水利枢纽工程。控制范围西到宿迁中运河，南至废黄河，北至新沂河，东到盐河，流域面积4160km2。

盐东控制工程由武障河闸（14孔）、北六塘河闸（9孔）、龙沟河闸（17孔）、义泽河闸（4孔）及盐河南套闸组成。四节制闸总设计流量2480m3/s。该工程大多建造于20世纪70年代，由于当时的社会经济原因及后期维护经费缺乏等问题，工程老化非常严重，环境因素对建筑物的耐久性影响较大，尤其是氯离子渗透、碳化、冻融等作用破坏混凝土，使表层混凝土剥落、钢筋锈胀、混凝土产生裂缝等，病害十分严重。工程急需修复或重建。2002～2007年，江苏省水利厅专家组分别对该工程所属各闸进行了安全鉴定，武障河闸、北六塘河闸、龙沟河闸为三类闸，义泽河闸为四类闸。2007～2008年，经江苏省水利厅批准，同意对武障河闸、北六塘河闸和龙沟河闸进行除险加固，对义泽河闸进行拆除重建，同时列入连云港市海堤达标工程。

针对不同的工程问题，各闸工程加固内容如下：

a.武障河闸加固改造的工程项目内容主要包括：工作桥、排架混凝土碳化处理，门槽改造，公路桥拆建，更换闸门，电气设备及线路更新改造、自动化监控、管理设施适当增添等。

b.北六塘河闸加固改造的工程项目内容主要包括：拆建排架、工作桥，增建启闭机房；控制楼拆建；翼墙回填土减载处理；闸墩混凝土结构表面碳化处理；改造5号孔门槽并检修其余8孔闸门门槽；增设一套自动化监控系统等。

c.龙沟河闸加固改造的工程项目内容主要包括：拆建工作桥、加固改造排架；闸墩、排架碳化处理；拆建上游公路桥；改造17孔闸门门槽；17扇钢闸门制作安装；增设启闭机房558m2等。

d.义泽河闸工程建设内容包括：拆建义泽河闸，新闸共3孔，闸孔净宽36m，中孔宽16m（兼通航），边孔宽10m；公路桥头接线改造，其中引桥共6跨，长78m；适当改造管理设施等。

3 工程耐久性的防护处理

由于盐东控制工程下游直接与黄海相连，入海口没有封闭，海水涨潮时，直接到闸下，水中化学离子多，尤其是氯离子渗透、碳化、冻融等作用破坏，使混凝土表层剥落、钢筋锈胀、混凝土产生裂缝等，病害十分严重。

根据项目批复的内容，并结合连云港市盐东水利工程管理处及江苏省水利科学研究院共同研究成果《盐东四挡潮闸混凝土耐久性防护技术的研究与应用》（获2009年度江苏省水利科技优秀成果三等奖），盐东控制工程除险加固项目部与设计等部门按照省厅批文要求研究确定对工程进行耐久性防护处理措施。

3.1 防护处理部位

按照批复工程建设内容，同时为了在实践中进一步比较、分析、检验以上研究成果，项目部选取了进行耐久性防护的工程部位，具体部位见表1。

表1 混凝土耐久性防护处理部位

除义泽河闸外，其余各闸均以对项目成果进行了应用。

3.2 防护措施

根据以上项目研究成果，对各闸进行了防护材料应用。具体措施见表2。

表2 混凝土耐久性防护措施

对混凝土进行防护材料的处理过后，进行防护层的养护，最后进行效果的测试。

3.3 耐久性防护材料

a.优止水。为加拿大慎实工业有限公司生产的柔性优止水高效防护剂，其在混凝土处理面涂敷量为1.5kg/m2。主要成分为：各种特种水硬水泥混合物；各种粒度的石英砂混合物；特种固体聚合物增强剂；特种石灰；专用改性添加剂；微硅灰及其他活性矿物质。具体技术参数见表3。

b.施而固。为北京领邦慎实新材料股份有限公司生产的施而固C—1120快硬型水泥基渗透型防护浆料，其在混凝土处理面涂敷量为1.5kg/m2，其技术数据见表4。

表3 加拿大SP优止水技术参数表

表4 施而固C—1120技术数据

c.环氧厚浆材料。采用江苏省水利科学研究院研发的HS943，其在混凝土处理面涂敷量为0.5kg/m2，其技术参数见表5。

d.永凝液（DPS）。为美国永凝国际公司专利生产的金字塔牌永凝液，其在混凝土处理面喷涂用量为3m2/kg。永凝液DOS特性见表6、表7。

3.4 耐久性防护材料的效果现场测试

在防护材料涂覆一年后，我们选择武障河闸和北六塘河闸现场进行了渗透性测试和碳化深度测试，并选择未进行防护的部位进行检测并进行数据对比。

3.4.1 混凝土渗透性的测定

混凝土的表面渗透性决定了气体、液体以及可溶性有害物质侵入混凝土的难易程度，直接决定着混凝土的碳化、侵蚀、钢筋锈蚀和抗冻融性能，是影响混凝土结构物耐久性最重要的因素之一。

3.4.1.1 渗透性测定的仪器及其原理

混凝土渗透性用瑞士Proceq公司生产的Torrent渗透性测试仪测定，该仪器主要用来测试混凝土表面层的渗透性。Torrent气体渗透仪可以快速准确的测定混凝土表面层的渗透性能。

表5 HS943技术参数表

表6 永凝液DPS特性

表7 永凝液DPS物理性能（渗透性）

TORRENT法最突出的特点是它有一个包含两个腔体的中空室和一个压力调节器，保证加在表面的气流与内部腔体垂直，这就使得渗透系数KT可用简单的理论模型来进行计算。用测试时真空泵抽空已知体积的真空腔中的空气到-100kPa，然后关闭开关阀，记录压强每上升10kPa经过的时间，最后得到强度随时间衰减的曲线。Dhizrll经过理论推导得到下列公式：

式中V0——空腔的体积；

A——真空腔下混凝土的面积；

D——由压强—时间曲线回归分析得到；

KT——渗透性指标。

Dhir用这种方法进行了量的实验、室内和现场试验，得到的数据和固有渗透性试验（空气）的结果相关性很好，试验结果对水灰比、水泥和用水量等参数有很高的灵敏性。

该试验的优点是有严密的理论分析，试验结果和理论分析结合性很好；试验采用负压，不需要其他附属的固定设备来固定器械，仪器轻巧，携带方便。仪器操作非常简单，只需根据输出设备的提示进行即可，输出设备菜单界面友好，检测仅需7min。在混凝土为干态的情况下，用KT值可以从表8中查出混凝土保护层的质量等级。

表8 混凝土抗渗透等级

3.4.1.2 渗透性测定结果

项目部在北六塘河闸对优止水和施而固进行了应用，在武障河闸对环氧厚浆和DPS进行了应用，并在工程竣工后对两个闸的渗透性进行了检测，检测结果见表 9。

表9 渗透性检测结果统计表

从表9中可以看出，通过混凝土抗渗透等级的评估，在进行各种防护涂层后，环氧厚浆的抗渗性达到了很好的级别，而其余处理均在好这一级别，没有做任何处理的混凝土只能在正常范围。对于喷涂HS943环氧厚浆、优止水、施而固、永凝液以后，混凝土的渗透性均大大降低，可见这些材料对提高混凝土的耐久性有较大作用。另外对比各种不同的防护材料，在现场检测的结果来看，环氧厚浆由于其密闭的特性，在防渗性能上效果最佳。其次，防渗性能较好的是施而固，优止水和DPS次之，但是，相比于没有做过处理的混凝土，它们提高防渗能力的效果还是非常明显的，说明其应用于挡潮闸的除险加固是可行的。

3.4.2 碳化深度测试

在现场还进行了碳化深度的检测，检测结果为所有测点的平均值，结果见表10。

表10 碳化深度检测结果表

从表10中可以看出，在经过防碳化处理过后的测点，其碳化深度都非常小，在1.2～2.2mm之间，而未处理的地方碳化深度有所增加在5.4～13.5mm之间，说明这几种材料对于防碳化均有较好的效果。对比各种材料之间的差异，环氧厚浆仍然具有一定优势，但缺点也是显著的。而优止水、施而固和DPS在短期内的碳化深度差异不大，这需要以后长期的观测来判断孰优孰劣。

4 结语

通过对北六塘河闸和武障河闸经过各种防渗处理后的效果现场检测，在涂以上4种混凝土耐久性防护材料后，挡潮闸的防渗性能和防碳化能力有了明显提高。从而说明，混凝土耐久性防护材料对提高混凝土耐久性的效果非常良好，并与研究成果的结论相符，在沿海挡潮闸耐久性防护领域值得推广应用。