核电厂混凝土结构老化修复方案简述

2020-01-19蒋浩威冷凡上海核工程研究设计院有限公司

环球市场 2020年26期

蒋浩威冷凡上海核工程研究设计院有限公司

最近几十年，我国大力发展核电，随着核电厂数量的增加，对于核电厂混凝土结构的老化效应，正越来越引起人们的关注。混凝土结构构筑物或建筑物的老化大多源于一种或多种老化机理单独或共同的作用，为避免老化给核电厂安全性带来严重影响，非常有必要对核电厂混凝土结构进行修复，使混凝土结构满足其功能需求。

一、修复方案选择

核电厂在多种类型环境的影响下，易出现开裂、腐蚀、剥落等老化现象，这些老化现象易引发构筑物发生承载力破坏。为了降低构筑物破坏带来的严重影响，在检查发现老化发生时，应尽快启动修复方案。

构筑物老化修复方案的基本组成包括诊断（破损评估）、预测（是否能修复）、方法选择（取决于提议的方法的可行性、环境、成本）、准备（修复范围和破损类型）、应用。

二、前期考虑事项

任何修复行动的第一步是对于损坏结构或构件彻底的评估，包括（1）老化因素、（2）老化范围、（3）结构或构件在功能和性能要求上的老化影响的评估。评估的基本要素包括（1）规划和背景资料的积累（例如年代、前期条件调查、设计文件、竣工图、材料数据表等等）、（2）外观检查、（3）现场和实验室测试、（4）搜集的数据的评估和老化因素的判断。根据这些信息，基于破坏后果、实施的时间要求、经济性、剩余使用寿命要求来制定修复方案。基本修复方案包括：（1）不主动干预；（2）开展修复，恢复老化的或者破损的结构部分；（3）目前安全余量足够，采取行动以防止老化变得更糟；（4）拆除和重建全部或者部分结构。选项（2）和（3）经常是综合考虑。

三、典型钢筋混凝土结构的修复方案

钢筋混凝土结构的修复主要分为混凝土部分和钢筋部分。

（一）典型混凝土的修复方案

钢筋混凝土结构的老化一般会导致开裂、破碎、混凝土保护层剥离、渗水等现象的发生。开裂是迄今为止最常见的问题，其次则为透过施工缝或裂缝出现渗水现象。

开裂修复：导致混凝土开裂的因素有很多，例如热胀冷缩、疲劳、过度荷载等。所有混凝土结构会有两类裂缝：微裂缝和宏观裂缝。混凝土内相邻的骨料颗粒形成的微裂缝是不连续的，一般不需要修复。对于宏观裂缝，首先要确定裂缝是否为活跃裂缝，若为活跃裂缝，则要找出导致开裂的原因，然后选择适合的修复方案进行裂缝修补工作。

破碎修复：碰撞、预埋件腐蚀、碱骨料反应、冻融以及火烧会引起混凝土破碎。表面处理是破碎修复成功的关键步骤。混凝土基材必须是可靠的，需保证其表面干燥、无油脂、无油污以及无松散颗粒。去除老化混凝土时，可使用小凿锤和高压水枪，如果钢筋发生暴露，则应继续开挖以便钢筋被封闭在修复材料中。如果钢筋被腐蚀，则应去除腐蚀产物及钢筋外包保护材料，例如环氧树脂等。浅层破碎（小于20毫米）一般采用水泥砂浆进行修补。深层破碎修复时，除了粗骨料添加到修复材料中之外，与浅层破碎类似。为了确保修复的良好耐久性，所使用的材料的机械性能和物理性能与修复区域周边的混凝土应类似。对于需要大范围替换材料的大体积混凝土，为防止由于水泥水化热引起的热量过度集中，修复过程可分为两层或好几层。

剥离修复：剥离常发生于钢筋出现腐蚀或者没有足够粘结层的混凝土层。若不及时进剥离修复，则会引起破碎发生。剥离可以通过去除和替换已经剥离的混凝土来进行修复，步骤类似于破碎修复。在不必去除混凝土的区域，剥离的混凝土可由环氧树脂注射来修复。

渗水修复：透过施工缝和裂缝的渗水可能会导致腐蚀环境进入混凝土内部、腐蚀液体流进或流出结构内部。渗水修复程序首先应识别渗水来源，然后修复渗透路径。当仍存在渗水时，可以使用硅酸盐，丙烯酰胺，木质素，或树脂（例如，环氧树脂，聚酯，和氨基甲酸酯）的化学灌浆系统进行修复。化学灌浆是由两种或两种以上的化学物质组成，相互反应形成凝胶或固体沉淀，闭塞或填充混凝土中的缝隙。当渗水为间歇性现象，且混凝土的缝隙定期干燥时，则可以注入带有环氧树脂或聚氨酯注射系统，以促进膨胀和修复，形成一种柔性泡沫材料。

蜂窝及空隙的修复：不可见的空隙，例如蜂窝、或者过多的孔洞，可以通过钻小直径孔以防止空隙来修复；通过注入压缩空气或者水进入空隙，来确定空隙的范围和外形，或者通过使用管道镜来目视检查；并且根据分层的数量，注入环氧树脂、膨胀水泥浆或者环氧泡沫陶瓷。

（二）典型钢筋的修复方案

钢筋的腐蚀是目前钢筋混凝土结构耐久性的最大威胁，结构主体中一旦发现钢筋腐蚀，则需要及时采取修复措施。钢筋混凝土结构腐蚀破坏的基本修复方法包括不采取措施、更换损坏的部件、阻止腐蚀过程或降低腐蚀速率几种方法。例如，在结构接近于设计使用年限，并且评估表明它可以继续满足其功能和性能要求的情况下，可不采取措施。当腐蚀破坏发生在裸露的表面上，替换或者部分重建可能是最可行的解决方案。钢筋腐蚀主要修复方法为钝化、钢筋涂层、阴极保护。

对钢筋钝化有三种基本方法：（1）使用碱性水泥或砂浆，（2）电化学再碱化，（3）氯离子萃取。钢筋涂层是在钢筋表面包裹一层物理屏障（例如环氧树脂）以保护钢筋。阴极保护是通过对钢筋应用小的直流电流，使它成为阴极，相当于在混凝土表面或附近施加一个外部阳极，从而腐蚀过程可以有效地停止，或其速率降低。