寒旱区水工混凝土损伤形式及施工修复技术探析
2015-01-26张迪
张 迪
(辽宁省朝阳县水务局,辽宁 朝阳 122000)
寒旱区水工混凝土损伤形式及施工修复技术探析
张迪
(辽宁省朝阳县水务局,辽宁 朝阳122000)
【摘要】本文针对我国寒旱地区独特的寒冷干燥气候环境特征,探寻了该区域水工混凝土结构常见损伤的形式及成因机理,同时针对性地提出了相应的水工混凝土结构施工修复技术。本研究可为同类型区域水工混凝土构筑物的病害诊断与施工修复提供有益借鉴。
【关键词】寒旱区;水工混凝土;损伤形式;施工修复技术
我国寒旱地区水工混凝土结构在承受安全荷载组合的同时,还受到特殊自然环境的侵蚀,如:冻融破坏、土壤盐分离子侵蚀、高矿化度灌溉回归水、大气碳化及干湿循环破坏等作用的影响,导致水工混凝土结构出现裂缝、冻胀、冲磨与空蚀、碳化及碱骨料反应等侵蚀破坏现象,严重影响该区域水利工程的安全运行,制约了水利工程效益的正常发挥。寒旱地区水工混凝土结构需经常进行修补,以确保结构的强度及耐久性,消除工程运行中的安全隐患[1]。因此,有必要分析该区域水工混凝土结构常见损伤成因并提出相应的施工修复技术,为类似工程的更新改造和维护维修提供决策依据。
1水工混凝土结构常见损伤形式及成因分析
1.1裂缝损伤
裂缝为影响寒旱地区水工混凝土结构耐久性的重要因素,按其产生原因分为外荷载裂缝、变形裂缝、施工裂缝;按裂缝的形态分为水平与垂直裂缝、横纵向裂缝、斜向和放射形裂缝;按裂缝深浅分为贯穿裂缝、深层裂缝和表面裂缝[2]。
水工混凝土结构裂缝产生的原因主要有:ⓐ新浇筑混凝土水化放热,混凝土过大的内外温差引起混凝土变形,从而产生裂缝;ⓑ在外部约束力作用下,混凝土硬化而导致的裂缝;ⓒ厚度较大构建中因混凝土塑性塌落而导致的裂缝;ⓓ混凝土中的活性骨料与碱性物质发生反应,使混凝土膨胀开裂;ⓔ运行中的混凝土结构因不均匀沉陷或承受过载而产生的裂缝。
1.2冻胀损伤
寒旱地区混凝土衬护渠道受干旱少雨、季节及昼夜温差大等气候因素的影响,冻胀损伤现象严重[3],其形式主要包括:ⓐ现浇混凝土板破裂:在浇筑混凝土板时的外界温度过低,导致现浇板出现裂缝,并会随着时间不断蔓延;ⓑ隆起和塌陷:温度变化、地下水位变化等因素会造成混凝土渠道地基隆起或塌陷,进而造成混凝土衬砌板的破损;ⓒ预制衬砌板破坏:因混凝土渠道边坡与底板结合处受到地基土变形的影响,出现鼓胀、滑塌现象,破坏了预制混凝土板。
造成渠道混凝土衬砌冻胀损伤的原因有:ⓐ渠道基础土壤入冬前的含水量超过土壤起始冻胀含水量;ⓑ衬砌基土属于冻胀土类;ⓒ气温低于0℃,土壤结冰时,体积膨胀破坏混凝土衬砌面板。
1.3冲磨与空蚀损伤
寒旱地区的压力前池、涵管、渡槽、倒虹吸、闸门等过水混凝土建筑物长期受到水流中泥沙和高速水流的磨损与空蚀,造成混凝土局部表面呈现凹痕麻面、粗骨料及钢筋外露等破坏。
1.4碳化损伤
长期与大气接触的水工混凝土结构,大气中的CO2将渗入混凝土内部孔隙并溶解于水分中,且与胶凝材料发生多相化学物理反应产生钙矾石等物质,降低了混凝土建筑物的强度[4]。同时,混凝土内部pH值小于10的孔隙溶液会逐渐腐蚀钢筋的钝化膜,致使钢筋锈蚀膨胀,甚至剥离,引起混凝土开裂,从而严重影响水工混凝土建筑物的耐久性。
1.5碱骨料反应损伤
寒旱地区水工混凝土中富含大量的碱性物质,骨料中的氧化硅等物质易与碱性物质发生反应生成吸水膨胀凝胶[5],从而降低混凝土的强度。
2水工混凝土损伤施工修复技术
2.1环氧树脂砂浆水下裂缝修复技术
针对寒旱地区水工混凝土结构普遍存在的水下裂缝问题,环氧树脂水泥砂浆具有允许砂浆带水施工作业、水下抗分散离析性好、水下强度不损失、养护期短等优势,可在水下(20~25℃)4~6h初凝并实现胶黏剂与混凝土强度的叠加,对水工混凝土水下裂缝具有较好的修复效果。
环氧树脂砂浆采用E51或壳牌828环氧树脂、1085水下固化剂、水泥及河砂按照一定重量比与水拌和而成[6],具体修复施工工序为:ⓐ查缝定位后钻孔清孔,之后布设与采用的灌浆方式及地质条件相适应的灌浆系统,确保灌浆管路、出浆设施与缝面畅通;ⓑ将水泥与河砂按1∶2比例混合均匀,严格控制水灰比为0.36~0.40,再向水泥砂浆中掺入定量的环氧树脂并搅拌10min,之后将1085型水下固化剂按固化剂与环氧树脂1∶1的比例掺入上述砂浆中,均匀搅拌5min后即可使用;ⓒ采用连接灌浆泵自下而上地将环氧树脂砂浆浆液均匀灌注整个缝面,若灌浆时发现漏浆、冒浆现象,可采用表面封堵、嵌缝、低压间歇灌浆等方法处理。
2.2输水防渗渠道修复技术
针对寒旱地区混凝土衬砌渠道因冻胀所引起的损伤,具体修复施工工序为:ⓐ清淤拆板:对需修复渠道清除淤泥,之后自上而下地拆除渠道旧混凝土板,轻拆轻放至合适位置,同时清除其黏结的砂浆、泥沙;ⓑ开挖削坡:按照设计的渠道中线、渠底高程及断面尺寸进行削坡修整,对沉陷、滑坡严重渠段抛填夯实砂石进行换基处理;ⓒ渠道衬砌:在清理后的渠坡、渠底等处洒水润湿,整平密实,之后紧贴基础铺设防渗塑料薄膜,并按照先渠底后坡面的顺序铺设保温板与薄膜预制板,随后进行砂浆垫层与混凝土板衬砌板的铺设,确保混凝土衬砌板达到设计平整度,并用C15干硬性细石混凝土对混凝土板勾缝,要求板缝密实、光滑、饱满;ⓓ养护:勾缝12h后进行洒水养护,养护时间不低于10d,同时依据衬砌混凝土板厚度与设计要求制作伸缩缝,最后将拌和好的干硬性锯末水泥砂浆浇筑至伸缩缝并抹平。
2.3丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆修复技术
针对在低温、潮湿等恶劣环境中的闸门底板、侧墙、闸墩等长期处于碳化、盐侵、水流淘刷、空蚀、气蚀磨损及临界水位线的水工混凝土结构,可采用丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆修复损伤部位。丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆由P.O42.5硅酸盐水泥、细度模数为2.5的天然河砂、粒径为0.5~2cm的当地石料、铣削性钢纤维、NSF硅粉剂及丙乳按一定配合比制成[7],较传统混凝土提高了早期强度及最终强度,改善了混凝土离析和泌水性能,适用于水工建筑物溢流面及水位临界面破坏的修复处理。具体修复施工工序为:ⓐ基面处理:采用风把钻机对混凝土表层进行喷砂打毛,之后用高压水流冲洗以露出新鲜混凝土层面;ⓑ砂浆配置:将原干料按照设计配合比使用搅拌机均匀搅拌,转运至施工作业面后,再通过人工搅拌掺加丙乳胶,确保随拌随用;ⓒ涂刷界面剂并喷射砂浆:在已凿毛清洗后的混凝土基层上涂抹一层丙乳净浆并找平受喷面较大坑洼处,待其固结后再喷射丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆,同时控制混凝土坍落度在8cm左右,施工结束后,应铺设塑料保水薄膜于新浇筑的混凝土砂浆表层;ⓓ养护:待砂浆基本固结后,可滚涂砂丙乳水泥净浆,采用喷雾器喷雾养护,在混凝土砂浆浇筑72h后可缓慢浸水进行蓄水养护,养护7d以后投入使用。
2.4外包钢加固修复技术
针对寒旱地区破坏严重且受力集中的出水塔、管道镇墩等水工混凝土结构,可采用型钢外包箍紧混凝土结构基础的方式阻止损伤扩展,从而修复提高结构的刚度和承载力。外包钢加固修复技术包括干式和湿式两种,其中干式要求钢材同原构件没有任何黏结,应使用紧固件使混凝土表面与钢材紧密结合,以保证其协同工作。湿式则是采用乳胶黏结原构件与钢材,以使两者间具有良好的同步协调工作能力[8]。外包钢加固修复技术施工简便,造价较低,适用于提升寒旱地区水工混凝土结构承载力和安全性的施工修复。
3结语
我国寒旱地区水工混凝土结构因其特有的工作环境而遭受多种病害的威胁,探究该区域水工混凝土常见损伤形式以及成因机理,提出切实可行的水工混凝土损伤修复技术与工艺,通过修复处理后的水工混凝土结构外观质量明显改善,提高了混凝土抗侵蚀的能力,增强了建筑物的安全性和耐久性。值得注意的是,应加强该类区域水工混凝土结构的运行管理,严格遵循设计预定工况运行,严禁超负荷运行,加强对结构特殊易损部位的监测,发现问题及时进行科学规范的处理,注重定期维护,严禁带病运行,只有这样才能降低水工混凝土损伤的发生概率,提高该区域水工混凝土结构的使用寿命。
参考文献
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[4]陈亮.水利工程中混凝土建筑渗漏处理措施分析与探究[J].水利建设与管理,2015(5).
[5]王桂萍.水利工程混凝土建筑渗漏处理措施探讨[J].水利建设与管理,2011(12).
[6]王军玺,丁东彦,杨晓琴.寒区混凝土墩台开裂与对策[J].水利建设与管理,2013(4).
[7]艾强.混凝土防渗渠道的设计施工与运行管理研究[J].水利建设与管理,2013(8).
[8]王军玺,丁东彦,杨晓琴.寒区混凝土墩台开裂与对策[J].水利建设与管理,2013(4).
Exploration and analysis on hydraulic concrete damage form and
construction repair technology in cold and arid region
ZHANG Di
(LiaoningChaoyangCountyWaterAuthority,Chaoyang122000,China)
Abstract:In the paper, common damage form and cause formation mechanism in hydraulic concrete structure are explored aiming at the characteristics of unique cold and dry climate environment in the cold and arid region of China. Meanwhile, corresponding hydraulic concrete structure construction repair technology is proposed in a targeted mode. The research can provide beneficial reference for disease diagnosis and construction repair of hydraulic concrete structure in the same type areas.
Key words:cold and arid region; hydraulic concrete; damage form; construction repair technology
DOI:10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2015.11.005
中图分类号:TV431
文献标识码:A
文章编号:1673-8241(2015)11-0011-03