水闸混凝土构件的病害及涂层预防技术分析

(浙江景昌建设有限公司， 浙江 丽水 323500)

水闸混凝土构件的病害及涂层预防技术分析

夏守高

(浙江景昌建设有限公司， 浙江 丽水 323500)

水闸混凝土构件长期工作在水体环境中，受水力侵蚀影响作用大，尤其是水体的冻融循环作用，导致钢筋混凝土构件的性能随时间推移而不断劣化。本文分析了水闸混凝土产生劣化的原因，并通过实验表明混凝土涂层材料能够有效防止混凝土劣化。

水闸； 混凝土构件； 病害； 涂层防护

1 前 言

水闸主要是利用闸门挡水和泄水的中低水头水工建筑物，水闸混凝土的主要构件包括上、下游混凝土铺盖、闸底板、消力池、挡土墙、闸墩、闸门、排架柱、交通桥、上部工作桥等。我国大部分水闸工程已经经过了三四十年的运行，普遍存在混凝土构件保护层脱落、钢筋锈蚀及裂缝等老化病危现象，造成混凝土强度降低，严重影响工程的正常运行，对人民的生命财产安全造成威胁，由此带来的工程损失及处理费用也迅速增加。因此，开展对水闸混凝土构件老化病危现象的研究分析工作，了解水下混凝土开裂、失强的根本原因，并为水闸加固提出正确的处理方法并加以科学论证是非常必要的。

2 水闸混凝土构件病害原因

我国水闸工程建设时间早、运行时间长，普遍存在混凝土老化、强度降低、裂缝多等现象。水闸工作运行处于水环境中，长时间的挡水环境易造成水闸渗流、不均匀沉陷等，导致闸底板、铺盖、闸墩等部位混凝土因受力不均而产生裂缝，泥沙的侵蚀使得混凝土保护层脱落、钢筋锈蚀，造成水闸混凝土构件强度降低，影响工程的正常运行。

2.1 水闸混凝土构件裂缝的成因

水闸混凝土构件产生裂缝的原因很复杂，究其原因可以分为自然环境因素、人为因素、外力影响和材质结构等几个方面。

a.由于水闸底部混凝土沉降量过大且沉降不均匀导致地基承载能力不足，改变了水工建筑物原有的受力状态，超出建筑物的负荷能力而产生裂缝。

b.水闸混凝土构件凝固初期会释放出大量的热量，混凝土表面温度散热快、冷却收缩，内部因未采用降温措施温度升高、产生热膨胀力，由温度应力造成混凝土裂缝。

c.在工程建设过程中，机械设备、振捣机的振动易导致钢筋产生变形移位，造成混凝土构件粘结性降低或丧失，钢筋受力减弱，混凝土结构性能降低而产生裂缝。

d.混凝土的骨料强度达不到预设标准，骨料的级配、水泥标号不符合要求，骨料中杂质含量多，混凝土在搅拌过程中不满足要求，且混凝土的运输方式不合理，诸多因素造成混凝土的承载力不满足设计要求，容易产生裂缝。

e.水闸混凝土后期固化养护不到位。

2.2 水闸混凝土构件劣化的成因

2.2.1 中性劣化

中性劣化是由于碱集料反应使骨料、水泥、水等物质混合后产生膨胀，在混凝土内部产生应力，引起混凝土膨胀开裂。混凝土的膨胀开裂造成钢筋与混凝土之间的黏聚性、附着力下降，混凝土抗拉强度减弱，空气中的H2O、CO2、SO2等与混凝土中的含钙化合物发生化学反应，生成可溶钙，造成混凝土构件机体失强；同时pH值下降至11以下，混凝土中呈活化状态的钝化膜对钢筋失去保护作用，造成钢筋锈蚀；钢筋的锈蚀使其体积增大，混凝土受到了巨大的膨胀力，使混凝土沿着钢筋方向开裂；裂缝的产生加剧了腐蚀性化学成分的侵入，导致裂缝进一步扩大，使混凝土中性劣化更为强烈，最终导致混凝土构件失去设计要求的性能。

2.2.2 盐害劣化

水闸的混凝土骨料中一般掺有含盐骨料，且拌和用水及添加剂中也有含盐物质；水环境中的盐分会向混凝土内部渗透，造成劣化。盐害劣化的主要特征是：混凝土表面产生锈斑，混凝土开裂方向大致与钢筋布置方向平行，混凝土表层产生崩裂脱落，有露筋现象。

2.2.3 碱性骨料反应劣化

水闸长期工作在水环境中，混凝土构件内部的碱性骨料反应性硅由于水的渗透介入而发生反应，生成水玻璃(硅酸钠)等物，生成物与水的再度接触使混凝土膨胀，产生裂纹。

2.2.4 冻害劣化

处于严寒地区的水闸，渗入混凝土构件内部的水分子在低温下结冰、固化，体积膨胀，产生约200MPa的膨胀力，导致水闸混凝土构件结构迅速老化、破坏。特别是在含盐拌和物的水闸混凝土内，水下混凝土构件饱和度高，冰冻膨胀力大，急速加剧了混凝土的胀裂。

水闸水下混凝土构件长期工作在水体环境中，尤其是在寒冷和严寒地区，更加容易产生混凝土劣化，影响水闸工程的正常运行，也增加了工程运行成本。在实际过程中，混凝土的开裂劣化是上述多种因素综合作用的结果，情况更加复杂、繁琐。

3 混凝土劣化预防对策

水闸混凝土构件的破坏多数是各种因素综合作用的结果，究其原因，主要是由于水闸长期工作在水体环境中，冬季冻融循环影响大，特别容易产生冻害劣化。而混凝土防护涂层能够在混凝土构件表面形成一层有效的防护层，阻止水与其他污染杂质进入混凝土内部，从而强化混凝土的防腐能力，提高耐久性，是防止水闸混凝土劣化的一项有效措施。下面以某个水闸工程为例，说明防护涂层对水下混凝土构件的保护作用是否有效。

3.1 实验材料

实验材料采用两种不同的防腐材料，为环氧树脂防腐涂料和聚脲防腐涂料，分别标示为1号防腐材料、2号防腐材料。环氧树脂含有多种极性基团和活性很大的环氧基，胶结强度大，固化时体积收缩率小，耐腐蚀性及介电性能好，且环氧树脂、固化剂及添加剂品种多，可供选择的配方多；聚脲防腐剂具有优异的理化性能，施工时不受温度、湿度的影响，且能够快速固化，施工方便。

3.2 防护涂层抗腐蚀性试验

抗腐蚀实验主要包括耐碱性、抗氯离子渗透、抗硫酸盐3个实验。

3.2.1 耐碱性实验

实验原材料是强度为C25、养护周期28天的混凝土试块，共2块，标示为1号试块、2号试块。将1号防腐材料、2号防腐材料分别涂抹在1号、2号混凝土石块上，厚度控制在250μm左右，自然养护7天后置于氢氧化钙溶液内浸泡30天，每隔两天观测一次。耐碱性实验结果如表1所列。

表1 耐碱性实验结果

实验表明，两种涂层材料的耐碱性能较好，混凝土均没出现气泡、龟裂、剥落等劣化现象。

3.2.2 抗氯离子渗透实验

实验原材料是强度为C25、养护周期28天的混凝土试块，共2块，标示为1号试块、2号试块。将1号防腐材料、2号防腐材料分别涂抹于1号试块、2号试块上，然后浸泡于氯离子溶液中。氯离子在直流电压作用下能透过混凝土试件而产生劣化作用，通过测量混凝土的氯离子扩散系数能够比较混凝土的抗氯离子渗透性能。抗氯离子渗透实验结果如表2所列。

表2 抗氯离子渗透实验结果

实验结果表明2号防腐材料氯离子抗渗能力优于1号防腐涂料，但都低于国家规定水平(5×10-3mg/cm2×d)，总体氯离子抗渗能力效果较好。

3.2.3 抗硫酸盐实验

实验原材料是强度为C25、养护周期28天的混凝土试块，共2块，标示为1号试块、2号试块。将1号防腐材料、2号防腐材料分别涂抹于1号试块、2号试块上，厚度控制在250μm左右，自然养护7天后置于5%硫酸钙溶液内浸泡30天，每隔两天观测一次。实验结果见表3。

表3 抗硫酸盐实验结果

实验结果表明，1、2号防腐涂料的抗硫酸盐性能较好，混凝土试块均没出现气泡、龟裂、剥落等劣化现象。

上述实验均表明，环氧树脂防腐涂料和聚脲防腐涂料都能够对水下混凝土构件起到很好的防护作用，但聚脲防腐涂料造价远高于环氧树脂防腐涂料。在水闸混凝土构件防护工程施工过程中，由于防护层涂抹面积大，一般建议采用环氧树脂防腐涂料。

3.3 施工工艺及措施

规范性的混凝土表面处理是做好防腐涂料处理的基础，表面处理的好坏，直接影响着涂料的附着力、施工质量和使用寿命。

a.混凝土表面处理。去除混凝土表面浮尘、水泥渣等及疏松的混凝土颗粒，并彻底清洗干净，保持混凝土基体坚固、平整、密实。

b.涂料施工流程。搅拌均匀的涂料须过滤去除掉其中的杂质和脏物方可使用，面漆涂料浓度一般35～40s为宜，其中底漆适当稀释一些为25～35s，能够增加涂料与基体浸润能力和粘结力。一般环氧树脂施工为2底3面，漆膜厚度为180μm左右。可使用人工刷图或者机械喷涂的方法。

4 结 语

钢筋混凝土已逐渐成为现代水工建筑的主要结构材料，根据混凝土的工作环境针对性地查找出其病害发生的原因并从外源进行隔断，是防止混凝土病害的根本方法。水闸混凝土构件由于其特殊的水下工作环境，冬季冻融循环影响作用大，采取防护涂层技术对混凝土进行防护，可以有效地提高建筑材料的耐久性能。

Analysis of Water Sluice Concrete Component and Coating Preventive Technique

XIA Shou-gao

(ZhejiangJingchangConstructionCo.,Ltd.,Lishui323500,China)

Water sluice concrete component is operated in water environment for long-term, which greatly suffers from water erosion influence. Especially water freeze-thaw cycle effect leads to continuous worsening of steel concrete component performance with time. Worsening reasons of water sluice concrete are analyzed in the paper. Experiment shows that concrete coating material can effectively prevent concrete worsening.

water sluice; concrete component; disease; coating protection

TV523

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1005-4774(2014)07-0063-03