涵闸混凝土老化研究与应对技术

摘 要：施工质量、冻融破坏、碳化反应、水（渗）侵蚀等因素是导致涵闸混凝土老化的关键因素，混凝土老化易产生剥落、裂缝、崩碎等病害现象。因此，建议采用清除碳化部位与清理剥蚀表面后予以修补的处理措施；采用填充修补法、灌浆修补法、表面涂膜法处理不同裂缝；采用混凝土外包法、型钢外包法等加固处理混凝土构件。

关键词：涵闸；混凝土；老化原因；处理措施

同马大堤宿松段自上而下有刘港闸、驿三闸、中棚闸和孤山闸四座通江涵闸，承担着防汛排涝和灌溉的重要任务，也是历年的防汛工作的重点。四座涵闸为2级穿堤建筑物，均采用单孔砼涵箱式结构，闸门为钢筋混凝土平板门，采用螺杆启闭，四座涵闸始建于60年代，在历年检查中，发现了因砼老化导致的砼结构强度降低，造成闸门闸身的砼碳化、埋件锈蚀、裂缝、孔隙、闸基渗流破坏等等现象，危及大堤防洪安全，虽然2002年已经整修改建险情得到处理，但此前多年的涵闸混凝土老化研究与应对经验仍然具有现实意义。

混凝土的耐久性即抗老化性，指混凝土抵抗外部环境与内部结构劣化、损伤和破坏，并长期保持其良好的使用性能、强度性能和外观完整性，从而维持混凝土结构安全、稳定、正常使用的能力，主要包括抗渗性、抗冻性、耐蚀性、抗碳化性和抗碱骨料破坏性等指标。

混凝土出现老化的主要表征为混凝土在碳化损坏、不均匀沉陷、超负荷运载等作用下产生剥落、裂缝、崩碎等现象，严重时甚至会出现混凝土结构的整体性破坏现象。

1 涵闸混凝土老化的主要原因

在满足设计指标的正常运用年限内，出现不同程度的老化病害现象，既影响到工程效益的稳定实现，又威胁到人民的生命财产安全。混凝土老化的主要原因如下：

1.1 施工质量

施工质量是导致涵闸混凝土老化的直接因素，例如使用强度不满足设计指标的水泥；使用未除锈或者质量未达标的钢筋；碎石、卵石含大量有害物质或者用量过少；混凝土的养护龄期过短、浇筑混凝土的密实度过低等，均成为导致涵闸混凝土老化的直接原因。

1.2 冻融破坏

冻融破坏是导致涵闸混凝土老化的外界因素，主要指混凝土在昼夜温差大、季节温差大的外部环境下，其内部的游离水受冻结冰且产生体积膨胀，于内部产生反复或者超过混凝土抵抗强度的内应力，使涵闸混凝土在不断、反复的冻融循环下发生损伤、破坏现象，致使混凝土出现剥蚀的老化表现。

1.3 碳化反应

碳化反应是导致涵闸混凝土老化的重要因素，其反应速度与混凝土中水泥用量、密实度相关，混凝土浇筑完成后，空气中的CO2沿混凝土裂缝、孔隙或其他未密实部位进入混凝土内，反应生成起到保护作用的碳化膜。但在过程中，混凝土由碱性变为中性，而且当碳化层厚度超过保护层厚度时，混凝土保护层强度下降、破碎或胀裂，使钢筋钝化膜破坏并直接与大气接触，加之上述冻融循坏破坏作用，造成混凝土本身强度降低而老化，并加剧钢筋锈蚀程度使混凝土迅速剥落。

1.4 水（渗）侵蚀

水（渗）侵蚀是导致涵闸混凝土老化的间接因素，在暴露于含硫酸盐、硝酸盐等侵蚀性水的环境中，与混凝土反应而生成新的盐类，使混凝土生成大量结晶水而体积、应力增加，成为导致混凝土老化、损失、破坏的间接因素。

另外，渗漏、磨蚀、气蚀、水流冲刷等也可造成混凝土老化。

2 涵闸混凝土老化的处理措施

涵闸混凝土老化的处理措施指采取修补、加固技术对建成并使用的涵闸混凝土进行缺陷处理。我们主要处理措施如下：

2.1 碳化与剥蚀处理

碳化处理主要视碳化程度与部位不同，遵循“碳化保护”原则，采取不同的处理方式。一般而言，混凝土碳化程度低者（钢筋未漏或未锈蚀），可将碳化部位混凝土全部清除并全面清理，然后用强度高一级的混凝土或其他材料予以修补即可；混凝土碳化程度高者（钢筋外露并产生锈蚀），须先清除钢筋锈饰后，重复上述处理方法。混凝土出现剥蚀要分析剥蚀原因，对混凝土剥蚀面进行清洗处理后予以修补处理。

2.2 裂缝处理

涵闸混凝土裂缝易引起渗漏和腐蚀破坏而降低混凝土的使用强度，是涵闸混凝土老化最常见的病害，处理首先要分析裂缝类别，根据裂缝类别进行处理。水闸混凝土裂缝分类见表1。处理方法根据裂缝表征和程度不同分为下述三类：其一是填充修补法，适用于宽度较大的裂缝修补，若裂缝是死缝，则可沿裂缝凿出“U”型或“V”修补槽，并在槽中填充密封的修补材料即可；若裂缝是活缝，即裂缝的宽度会随着环境的变化而变化的裂缝，如温度缝、基础尚未稳定的沉降缝等，则可沿裂缝走向凿出“U”型修补槽，于槽底位置铺垫塑料片、木片等不与混凝土发生强烈粘结的材料，然后在槽中填充弹性、密封的修补材料，使其充分与槽两侧粘结，保证在裂缝在发生张拉变形破坏时不损伤嵌缝材料；若裂缝处混凝土钢筋外漏且发生锈蚀，则首先处理钢筋生锈部位并完成防锈措施，在凿出的修补槽填充材料。一般而言，裂缝修补、填充的材料可选用环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、水泥砂浆等嵌缝材料。其二是灌浆修补法，适用于较深较细的裂缝修补，又分为压力灌浆法和真空灌浆法两类，其中真空灌浆法可用于表面裂缝的修补。其三是表面涂膜法，适用于微细裂缝的修补，一般将修补材料分涂或全涂于裂缝表面以提高其耐蚀性、防水性和耐久性。

2.3 加固处理

加固处理一般应用于涵闸混凝土梁板、框架构件强度下降或损害严重时，常采用下述加固措施：第一是混凝土外包法，即于原构件一侧、双侧、三面或四周根据损伤程度增加混凝土或增设配筋量；第二是型钢外包法，即于原构件四周根据损伤程度用乳胶水泥粘结、缀条配套、螺栓套箍等形式外包型钢或角钢，使其与原构件连成整体而大幅提升构建承载力。另外，还有预应力加固法和混凝土喷射法。分别采用预应力结构和喷射（钢纤维）混凝土对原构件进行加固。

3 结束语

涵闸混凝土老化是施工质量、冻融破坏、碳化反应、水（渗）侵蚀等因素所导致，危及涵闸安全。针对涵闸混凝土老化的应对建议为：首先定期开展涵闸的安全鉴定和除险加固工作，建立涵闸病害档案，以控制并降低涵闸的病险率，当发现一般病害时，应采取全面、彻底、及时的针对性补救；当发现老化严重构件影响正常使用，应采取加固、拆除、重建等处理措施；其次应加强涵闸的日常养护和监控管理工作，做好一般性观测项目和专门性观测项目工作，通过计算机远程监控等技术手段优化调度、科学管理，实现延缓老化周期和保证运行安全的管理目标；最后涵闸工程设计与施工应借鉴国内外先进水平创新应用新材料、新工艺、新技术，当涵闸混凝土出现老化现象时，分析、评估老化病害的原因和危害性，灵活运用各类处理措施和加固方法，改善涵闸工程的运行现状，提高涵闸混凝土（结构）的强度和耐久性。

参考文献

[1]徐善华.混凝土结构退化模型与耐久性评估[D].西安：西安建筑科技大学，2008：113-120.

[2]徐子 .水闸闸室底板及闸墩混凝土裂缝原因及处理措施浅析[J].水利建设与管理，2010（7）：13-14.

作者简介：姜世勇（1965，10-），男，籍贯：安徽长丰，汉族，工程师，主要研究方向：水利工程施工与管理以及计算机水利行业应用。