水闸混凝土病害及检测特性分析

2012-08-15刘凤莲余甫坤

水科学与工程技术 2012年3期

刘凤莲，余甫坤

（1.华北水利水电学院，郑州450011；2.黄河水利委员会，郑州450003）

水闸在水利水电工程中的应用非常广泛，对旧闸、危闸的维修和加固，必须在详尽的调查基础上，结合工程的实际情况，重点进行混凝土部分的病害机理分析，建立多种损伤模型，制订出科学合理的诊治方案。本文主要对水闸混凝土病害产生原因及检测方法进行初步分析。

1 水闸混凝土病害的主要形式

水闸出现病害的原因很多，如土石结构损伤、混凝土病变，钢结构与机电设备故障等，而混凝土病害是导致其引起安全事故的主要原因之一，必须引起高度重视。常见的有以下几种表现形式。

1.1 裂缝

裂缝是混凝土中最普遍和最常见的病害之一。其种类有：①不均匀的沉降裂缝；②不规则的裂缝；③钢筋锈蚀引起的裂缝；④碱骨料反应引起的裂缝等［1］。

1.2 混凝土碳化及钢筋锈蚀

当混凝土碳化的深度接近或超过混凝土的保护层厚度时，混凝土结构内的钢筋多已锈蚀。凡裂缝较多、混凝土质量较差的闸，其钢筋锈蚀程度必然较严重。

1.3 剥蚀

主要有冻融剥蚀、冲磨空蚀，以及水质侵蚀、风化剥落等。

1.4 构造破坏

水闸混凝土结构关键部位的构造，因年代久远而引起的结构构造变化、变形等，在一定程度上会影响水闸的安全运行。

1.5 地基不均匀沉降引起的破坏

如闸翼墙和护坡的破损、滑动，毛石的贯通裂缝等。

1.6 冻融

混凝土冻融破坏，是由于混凝土中的水受冻结冰后体积膨胀，在混凝土内部产生应力，由于反复作用或内应力超过混凝土抵抗强度致使混凝土破坏。

1.7 人为破坏

主要是撞击等人为因素。

2 病害分析

水闸混凝土病害机理复杂，根据实际调查和检测的情况，对各项病害机理进行具体分析，找出其产生危害的主要原因，研究其处理对策，以便于今后的管理。

2.1 裂缝产生

裂缝的产生往往是多种因素联合作用的结果，其对水闸的钢筋混凝土的危害程度不一。严重的裂缝如贯通缝、网裂缝会严重危及水闸的安全运行，另一方面也往往会引起其他病害的发生与发展，如冻融破坏、钢筋锈蚀等。这些病害与裂缝形成恶性循环，会对水闸的耐久性产生很大的危害。

2.2 混凝土碳化及钢筋锈蚀

混凝土质量差、裂缝多，都是混凝土碳化的主要原因，混凝土碳化又会导致水闸混凝土结构内部的钢筋锈蚀。混凝土的碳化和钢筋的锈蚀会严重危害水闸的安全。

2.3 剥蚀

剥蚀是从混凝土的外观破坏形态着眼，指水闸混凝土结构表面发生的蜂窝麻面、露筋、酥松起皮和剥落等现象。

2.4 结构的破坏

结构破坏是由于结构的老化、地基的不均匀沉降、人为的破坏等原因产生，当结构遭到破坏时，必须要有针对性地进行结构补强加固措施［2］。

3 主要检测方法

3.1 回弹法

该方法是应用广泛、使用历史悠久的无损检测方法。它根据混凝土表面硬度和碳化深度来推定其强度，属于表面硬度法的一种。其基本原理是依靠回弹仪中运动的重锤以一定冲击动能撞击顶在混凝土表面的冲击杆后，测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值作为与强度相关的指标，来推定混凝土的强度。应用该方法要注意以下几点：①该方法不适应于表层和内部质量有明显差异或内部存在缺陷的构件；②对于粒径大于60mm的粗骨料混凝土、特种成型工艺制作的混凝土、检测部的曲率小于250mm的混凝土、潮湿或浸水混凝土，应制定专用检测强度曲线或通过试验进行修正；③当构件混凝土抗压强度大于60MPa时，可采用标准能量大于2.207J的混凝土回弹仪，并应另行制定检测方法［3］。

3.2 超声回弹综合法

该方法是在结构混凝土同一侧区分别测量声时值和回弹值，然后利用已建立的测强公式推算混凝土抗压强度的一种方法。应用该方法应注意的事项有：①不适用于检测因冻害、化学侵蚀、火灾、高温等已经造成表面疏松、剥落的混凝土；②对结构或构件的每一测区，应先进行回弹测试，后进行超声测试；③计算混凝土抗压强度换算值时，同一测区内的回弹值和声速值不得混用。

3.3 钻芯法

该方法是利用工程检测专用钻机，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度的一种半破损方法。该方法结果准确、直观，但对结构有局部损坏，费用也较高。使用时应该注意：①芯样应使用标准试件，其公称直径不宜小于骨料最大粒径的3倍；当采用小直径试件时，公称直径不小于70mm，且不得小于骨料最大粒径的2倍。②确定单个构件的混凝土强度推定值时，有效芯样不应少于3个；较小构件，有效构件不应小于2个。

3.4 超声法

该方法是根据超声波在混凝土中传播的声学参数变化情况来判定混凝土缺陷。应用该方法时，要注意其不同的适用条件：①对于裂缝深度检测，当结构的裂缝部位具有相互平行的测试表面时，应采用双面穿透测法进行检测。②如果进行不密实区或空洞检测，被测部位应具有一对（或两对）相互平行的测试面；测区的范围除应大于被怀疑区外，还要进行同条件下正常混凝土的对比，且对比测点不应少于20个。③对于混凝土结合面的检测，构件的被测部位应具有使声波垂直或斜穿结合面的测试条件。