淺談對混凝土碳化水閘的加固補強措施

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        摘要：某水閘長期運行，年久失修，為一病害工程。本文介紹該水閘檢測結果及對存在病害的具體分析，還介紹了對該閘除險加固設計的要點及施工程序及施工工藝。

　　關鍵詞：水閘 混凝土碳化 裂縫 加固 　　 　　1.基本概況 　　 　　某水閘長60m、寬25m、進水口高6m，由6孔凈寬8m的泄水孔組成。該閘建成幾十年，因長期運行，年久失修，水閘主要結構混凝土碳化嚴重，閘頂、底板多處裂縫，為一個具有多種病害的工程。為確保該水閘能安全、正常的運行，2008年12月對該閘進行了全面的檢查與檢測，以便查清病害的程度、原因，分析可能造成的后果，為除險加固處理提供科學依據。 　　本次檢測包括水閘底板、閘墩、閘門、胸墻、閘室頂板與上部結構和進出水池的底板。 　　 　　2.水閘檢測結果及綜合分析 　　 　　經對水閘各結構全面、仔細地檢查、檢測，發(fā)現(xiàn)主要病害是鋼筋混凝土結構的混凝土碳化和裂縫。 　　2.1 混凝土碳化 　　閘室的底板、閘墩、閘室頂板、胸墻的混凝土面層都存在不同程度的碳化現(xiàn)象。碳化深度一般為5－30mm之間，局部處混凝土破損、剝落、鋼筋外露。 　　混凝土的水泥凝膠體中含有大約25％的氫氧化鈣，混凝土的PH值為12－13，呈強堿性?；炷林械匿摻钤谶@種強堿性環(huán)境中，表面會形成鈍化保護膜，可以有效地抑制鋼筋銹蝕。但混凝土碳化現(xiàn)象就是使氫氧化鈣轉變?yōu)樘妓徕}，混凝土的PH值為8.5－10，接近中性，破壞了混凝土中保護鋼筋的堿性環(huán)境，導致鋼筋容易被腐蝕。 　　2.2 裂縫 　　裂縫主要出現(xiàn)在閘底板下游的中部、胸墻及閘室下游閘墩的中下部都有裂縫，裂縫的走向不確定，在胸墻和閘墩部位大多為網狀，中部各跨閘底板多為順水流方向裂縫，縫長1－3m不等，裂縫寬度不一，一般在0.15－2.0mm，裂縫深度為0.1－0.5m不等。 　　裂縫產生的原因比較復雜。在檢查中未發(fā)現(xiàn)基礎有不均勻沉降的現(xiàn)象，底板下游中部的裂縫有可能是幾十年來受溫度反復變化作用的結果。水閘底板跨度大，在底板上閘墩區(qū)的剛度遠大于跨中區(qū)。當環(huán)境溫度發(fā)生劇烈變化導致閘底板伸縮變形時，底板下游跨中部是相對的薄弱區(qū)，這就是閘底板下游中部面層裂縫的主要原因。 　　鋼筋混凝土中的裂縫是很難避免的，但對裂縫的寬度必須加以限制。裂縫的存在很易使大氣中的水分的有害氣體、物質傳入縫隙深處，腐蝕混凝土和鋼筋，嚴重時不僅影響結構正常使用，還可能破壞結構的整體性，影響結構的承載能力。 　　2.3 伸縮縫止水破損嚴重 　　閘室及底板伸縮縫大都損壞。部分橡膠止水帶老化、破損嚴重。 　　經對水閘各主要結構全面、細致地檢查，結果，該水閘存在不同程度的病害，已經嚴重影響水閘的安全，必須采取有效的措施對該閘進行除險加固處理，確保水閘的安全運行。 　　 　　3.水閘的加固設計 　　 　　3.1 加固設計要求 　　根據已查明的水閘的病害和存在的問題，對該水閘進行加固設計。設計要求如下： 　　⑴ 消除混凝土碳化層，增強混凝土的抗碳化能力； 　?、?封閉裂縫，確保結構的整體性和設計工作性能； 　　⑶ 更換已損壞和老化的止水材料，確保止水的可靠性。 　　3.2 加固設計要點 　　經對水閘檢查結果表明，該閘啟閉室底板以上部分尚未發(fā)現(xiàn)有病害的反映，所以維修加固主要是針對下部結構的病害進行處理。 　　⑴ 閘室 　　對閘室底板、閘墩、胸墻及頂板的混凝土進行防碳化處理。首先除去原有的混凝土碳化層，然后涂抹一層聚合物纖維砂漿，增強混凝土的抗碳化能力。 　　對胸墻和閘墩部位的網狀裂縫及底板的裂縫分別處理。當裂縫寬度b≤0.2mm，在混凝土表面涂抹結構膠封閉裂縫；當裂縫寬度b＞0.2mm時，采用壓力注漿法封閉裂縫。 　?、?進出口導水翼墻 　　進出口導水翼墻是水閘重要的連接建筑物。主要對其做防碳化處理，除去碳化層，表面涂抹聚合物纖維砂漿，然后再涂抹一層侵入型混凝土防護膠，這樣既可長期防備有害物質的侵蝕，又有美觀的作用。 　?、?防沖池 　　防沖池是將經過消力池消能后的洪水進一步消能，送入下游河道的最后一道結構物。應在原設計基礎上適當增厚加長，確保其防沖作用。 　　3.3 加固材料 　　3.3.1 聚合物纖維砂漿 　　聚合物纖維砂漿是一種高性能的水泥砂漿，與普通水泥砂漿相比它具有固結快、強度高、抗裂、抗折、抗沖擊、抗疲勞、與混凝土粘結力強等特點。 　　聚合物纖維砂漿主要用來修補碳化處混凝土或其它破損混凝土，可提高混凝土的抗碳化的能力。 　　3.3.2 YZJ-5裂縫修補膠（注射劑） 　　YZJ-5裂縫修補膠為混凝土裂縫灌注專用膠。它具有粘結強度高，可灌性好的特點。 　　主要性能指標如下： 　　膠體性能： 　　抗拉強度≥20MPa抗壓強度≥50MPa 　　受拉彈性模量≥1500MPa抗彎強度≥45MPa 　　粘結性能： 　　鋼－鋼拉伸強度≥10MPa 　　鋼－混凝土粘接正拉強度≥2.5MPa，且為混凝土內聚破壞 　　3.3.3 YZJ-T浸入型混凝土防護涂料 　　YZJ-T為具有浸入混凝土裂縫、微細孔內的性能，將其涂抹在混凝土表面，它可浸入混凝土內，在混凝土的表層形成防護層，具有抗酸、堿鹽及其它有害氣體的侵蝕作用，達到保護混凝土。防止碳化的目的。 　　 　　4.施工程序及工藝要求 　　 　　4.1 混凝土防碳化處理 　?、?劃定處理范圍 　　根據檢測結果，劃定混凝土碳化的部位，確定需處理的范圍。 　?、?清除混凝土碳化層 　　根據混凝土碳化的不同程度，采取不同的清除方法。 　?、?碳化嚴重，碳化部位混凝土破損，鋼筋外露，需將松散、破損混凝土鑿除，露出鋼筋，以便對鋼筋除銹處理。 　?、?碳化不嚴重，混凝土表面輕微破損，可采用手提角磨機打磨。若需處理的面積大，用沖砂機處理更好。將純凈干燥的天然石英粗砂裝入沖砂機中，用高壓氣將石英砂噴到混凝土表面，這種對混凝土表面打磨的方法效果好，效率高。 　?、?清洗 　　用高壓水對打磨后的混凝土表面沖洗干凈。 　　⑷ 修補 　　對混凝土破損嚴重的部位，先用高標號砂漿或細石混凝土修補、填平，對外露的鋼筋 除銹處理或焊接，重新植筋補強。 　?、?涂抹聚合物纖維砂漿和YZJ-T混凝土防護膠 　　對碳化嚴重部位可在混凝土表涂抹一層聚合物纖維砂漿，厚度2－3cm。要求混凝土表濕潤，但無積水，先涂刷一層混凝土界面劑，然后再涂抹砂漿。為增強混凝土的抗碳化的能力，待砂漿固化后，可在其表面涂刷一層YZJ-T浸入型混凝土防護膠。 　　對混凝土碳化輕微的部位可在混凝土表面直接涂刷YZJ-T混凝土防護膠 　　4.2 裂縫處理 　　4.2.1 表面封閉 　　對網狀微細裂縫、寬度≤0.2mm的裂縫均采用表面封閉法。 　?、倩炷帘砻嫣幚?。除去混凝土表面松散劣質混凝土，用高壓氣吹除混凝土碎屑和粉塵，用水清洗混凝土表面。 　?、谕磕z。待混凝土表面干燥后用專用的裂縫封閉膠涂抹在裂縫區(qū)域內，涂膠時應用力壓抹，一般涂抹2－3遍為宜。 　?、郾砻娣雷o。按設計要求，在混凝土表面再涂刷表面防護膠或涂抹砂漿進行表面防護。 　　4.2.2 壓力注漿 　　對寬度＞0.2mm的裂縫采用壓力注漿法對裂縫進行處理。 　?、俦砻嫣幚?。沿裂縫鑿槽，清除劣質混凝土、碎屑及粉塵，并清洗干凈。 　?、诼裨O灌漿嘴。沿裂縫走向布置灌漿嘴，間距為300－500mm. 　　埋設灌漿嘴時，應使其中心對準裂縫。 　　③密封。用密封材料將裂縫頂部封閉，使之形成密閉的裂縫空腔，以便注膠。 　?、?裂縫封閉后應通氣檢查，檢查裂縫頂部是否封閉密實，凡漏氣處都應進行處理，直至完全密封為止。 　?、?制膠。按YZJ-5裂縫修補膠使用說明書中的配比配制。一般用攪拌機拌膠，要充分攪拌，使兩組分膠液攪拌均勻。 　?、?灌膠。沿裂縫一端的灌膠嘴加壓灌膠，按序依次逐一灌膠，直至最后一個灌膠孔出膠，再恒壓10分鐘左右停灌，灌膠結束。灌膠壓力一般控制在0.3MPa左右。 　?、?檢查。灌膠結束后，采用壓氣或壓水的方法檢查灌膠的效果和質量，必要時還可鉆孔取蕊檢查裂縫內灌膠的密實度。 　　 　　5.結束語 　　 　　該水閘主要結構的混凝土碳化嚴重，鋼筋外露銹蝕，多處裂縫破壞了結構的整體性，該水閘為一病害工程，已影響正常安全運行。經采取一系列措施，對該水閘的病害進行處理后，消除了潛在的安全隱患，增強了該水閘的抗碳化能力，提高了運行的安全性。 　　 　　參考文獻： 　　【1】 黃國興 陳凱新 水工混凝土建筑物修補技術及應用，北京，中國水利水電出版社，2000年4月 　　【2】 中華人民共和國國家標準，混凝土結構加固設計規(guī)范 GB50367-2006