北方地区水工混凝土建筑物常见病害及修复对策

王俊达

（辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站，辽宁沈阳110003）

北方地区水工混凝土建筑物常见病害及修复对策

王俊达

（辽宁省水利工程建设质量与安全监督中心站，辽宁沈阳110003）

针对我国北方地区独特的寒冷干旱气候环境特征，探寻该区域水工建筑物常见病害的类型及成因机理，同时有针对性地提出了水工建筑物施工修复对策。研究可为同类型区域水工混凝土建筑物的病害诊断与施工修复提供有益借鉴。

北方地区；水工建筑物；病害机理；修复对策

引言

我国北方地区水工混凝土建筑物在承受满足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，进而导致水工混凝土建筑物出现裂缝、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。北方地区水工混凝土结构需经常进行修补，以确保该区域水工混凝土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建筑物常见病害成因并提出相应的施工修复技术，研究可为类似工程的更新改造和维护维修提供决策依据。

1 水工混凝土建筑物常见病害类型及成因

1.1裂缝

裂缝为影响北方地区水工混凝土建筑物耐久性的重要因素，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］。

水工混凝土建筑物裂缝产生的原因主要包括∶①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；②在外部约束力作用下，混凝土硬化而导致的裂缝；③厚度较大构件中因混凝土塑性塌落而导致的裂缝；④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；⑤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冻胀破坏

北方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，冻胀破坏现象严重［3］，其形式主要包括∶①现浇混凝土板破裂。在浇筑混凝土板时外界温度过低，将会导致现浇板出现裂缝，并会随着时间不断蔓延；②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；③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破坏的原因包括；①渠道基础土壤入冬前的含水量超过土壤起始冻胀含水量；②衬砌基土属于冻胀土类；③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

北方地区的压力前池、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碳化破坏

长期与大气接触的水工混凝土建筑物，大气中的C O2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P H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

北方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这些碱性物质反应生成吸水膨胀凝胶［5］，从而降低混凝土的强度。

2 水工混凝土建筑物施工修复对策

2.1环氧树脂砂浆水下裂缝修复技术

针对北方地区水工混凝土建筑物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初凝并实现了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E 51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合而成［6］，具体修复施工工序为∶①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；②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，之后在水泥砂浆中掺入定量的环氧树脂并搅拌10m i n，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5m i n后即可使用；③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

针对北方地区混凝土衬砌渠道因冻胀所引起的破坏，具体修复施工工序为∶①清淤拆板。对需修复渠道清除淤泥，自上而下地拆除渠道旧混凝土板，轻拆轻放并整齐码放在合适位置，同时清除其粘结的砂浆、泥沙；②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；③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。④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，最后将拌合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建筑物，可采用丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆修复破损部位。丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆采用P o 42.5硅酸盐水泥，细度模数为2.5的天然河砂，粒径为0.5～2c m的当地石料，铣削性钢纤维，N SF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的性能，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∶①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；②砂浆配置。应将原干料按照设计配合比使用搅拌机均匀搅拌，在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；③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，同时控制混凝土塌落度在8c m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；④养护。待砂浆基本固结后，可滚涂砂丙乳水泥净浆，采用喷雾器喷雾进行养护，在混凝土砂浆浇筑72h后可缓慢浸水进行蓄水养护，养护7d以后才可投入使用。

2.4外包钢加固修复技术

针对北方地区破坏严重且受力集中的出水塔、管道镇墩等水工建筑物，可采用型钢外包箍紧混凝土结构基础的方式阻止破坏扩展，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，适用于提升北方地区水工混凝土建筑物承载力和安全性的施工修复。综上所述，采用环氧树脂砂浆技术、输水防渗渠道技术、丙乳硅粉钢纤维混凝土砂浆技术以及外包钢加固技术可针对性地修复我国北方地区水工混凝土建筑物的常见病害，最大限度地降低水工混凝土结构损坏对水工构筑物运行的影响，在北方地区水工混凝土建筑物修复工程中拥有广阔的应用前景。

3 结语

我国北方地区水工混凝土建筑物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病害的成因与机理，提出切实可行的水工混凝土建筑物修复技术与工艺，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建筑物的运行管理，严格遵循设计预定工况运行，严禁超负荷运行，加强对建筑物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，这样才能降低水工混凝土病害发生几率，提高该区域水工混凝土建筑物的使用寿命。

［1］吴永斌.浅析水工混凝土裂缝原因及应对措施［J］.水利规划与设计，2013（04）∶75-77.

［2］张焕敏，涂兴怀.水工混凝土裂缝的成因及控制［J］.混凝土，2005（10）∶74-77.

［3］王俊发，马旭，周海波.混凝土衬砌渠道冻胀破坏的机理及力学分析［J］.佳木斯大学学报（自然科学版），2006，24（02）∶308-311.

［4］傅晓松，崔兆充，邱红霞.塔里木灌区混凝土碳化问题的思考［J］.水利规划与设计，2010（03）∶57-59＋68.

［5］丙乳硅粉钢纤维混凝土在水工混凝土缺陷处理工程中的应用［J］.科技信息，2011（08）∶364-365.

［6］杨贱秀，黄新珠.水工混凝土表面缺陷处理初探［J］.水利技术监督，2009（06）∶77-79.

［7］陈雯龙.水工混凝土耐久性影响因素分析及防治措施［J］.水利规划与设计，2011（05）∶35-38.

［8］路维.水工混凝土结构修复材料述评［J］.四川建筑科学研究，2014，40（02）∶229-231.

T V 698.2

：A

：1672-2469（2016）05-0017-03

D0I∶10.3969/j.i s s n.1672-2469.2016.05.008

2015-08-02

王俊达（1985年—），男，工程师。