水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)分析

時(shí)間:2022-09-29 09:52:30

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水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)分析

摘要:通過對(duì)唐徠渠水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用試驗(yàn),在不改變原有水工建筑物使用功能和技術(shù)參數(shù)的情況下,針對(duì)水工混凝土不同程度缺陷表面進(jìn)行降糙、補(bǔ)強(qiáng)、防滲、抗凍等修補(bǔ)加固處理,以提高灌溉渠道及建筑物的使用壽命。

關(guān)鍵詞:水工混凝土;修補(bǔ)加固;技術(shù)應(yīng)用;施工技術(shù)

1工程概況

唐徠渠是寧夏引黃灌溉最大的干渠,全長294km,其中干渠長147.7km,支干渠長146.3km,渠道砌護(hù)率73%,沿線主要建筑物有直開口513座、涵洞44座、水閘51座、渡槽20座、陡坡跌水1座、橋梁240座,各類建筑物共計(jì)869座。干渠進(jìn)口設(shè)計(jì)流量127m3/s,年均行水185d左右,近年年均引水量9.8億m3,承擔(dān)著寧夏9個(gè)市縣120多萬畝(1畝≈0.067hm2)農(nóng)田灌溉以及典農(nóng)河、沙湖、星海湖等19萬畝湖泊濕地的補(bǔ)水任務(wù)。

2唐徠渠水工混凝土主要缺陷問題分析

唐徠渠灌區(qū)冬季氣候寒冷,但為增加土壤墑情又必須進(jìn)行冬灌,冬灌結(jié)束時(shí)間多為每年11月20日前后,日平均氣溫已到零下。渠道停水后蓄積在渠道內(nèi)坡的水分來不及完全向外滲出就凍結(jié)在渠道土壤內(nèi),在冬季遇上極端低溫天氣凍脹變形異常增大,對(duì)砼凍融剝蝕破壞異常嚴(yán)重。尤其是挖方渠道,冬灌停水后渠道自身的水分不能及時(shí)向外滲出,外坡或田間來水又補(bǔ)充在渠道內(nèi),造成渠道土壤含水量大增,對(duì)砼凍融剝蝕破壞更為嚴(yán)重。以唐徠渠西門橋下(唐徠渠樁號(hào)73+235)渠道混凝土為例,渠道于2003年進(jìn)行全斷面襯砌,底板襯砌采用40cm厚的混凝土澆筑,混凝土標(biāo)號(hào)為C30、F200、W6。工程運(yùn)行10多年后,出現(xiàn)大面積凍融剝蝕破壞,局部剝蝕深度達(dá)10cm左右,部分底板表面鋼筋已經(jīng)露出。通過對(duì)渠道運(yùn)行狀況及施工工藝分析,發(fā)現(xiàn)混凝土凍融剝蝕破壞的主要原因有:①在混凝土拌和、運(yùn)輸、輸送過程中,引氣劑引發(fā)的微小氣泡大量損失,混凝土含氣量遠(yuǎn)低于抗凍混凝土含氣量的要求,導(dǎo)致混凝土抗凍標(biāo)號(hào)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;②混凝土振搗不密實(shí)、養(yǎng)護(hù)不到位或者表面受凍害等因素。

3唐徠渠水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)應(yīng)用試驗(yàn)

為提高渠道及建筑物使用壽命,在不改變原有水工建筑物使用功能和技術(shù)參數(shù)的情況下,管理處對(duì)西門橋下渠底混凝土表面進(jìn)行降糙、補(bǔ)強(qiáng)、防滲、抗凍處理試驗(yàn),修復(fù)加固方案如下。

3.1修補(bǔ)方案

方案一:重度剝蝕部位修補(bǔ)。剝蝕深度大于30mm區(qū)域?yàn)橹囟葎兾g區(qū),采用聚合物混凝土和聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處理,具體方案見圖1。方案二:中度剝蝕部位修補(bǔ)。剝蝕深度5~30mm區(qū)域?yàn)橹卸葎兾g區(qū),建議采用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處理,具體方案見圖2。方案三:輕微剝蝕或暫未剝蝕需修補(bǔ)部位,采用4種不同的防護(hù)材料進(jìn)行整體防護(hù)處理。整體防護(hù)的目的主要是為混凝土提供一個(gè)整體防護(hù)、防滲涂層,杜絕空氣、水分進(jìn)入混凝土內(nèi)部,防止凍融剝蝕、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等老化病害的發(fā)生和發(fā)展。第一種:聚合物水泥基類涂料[1],如SK9608滲透型防滲防碳化涂料,是由高分子聚合物乳液、水泥、石英粉、外加劑組成的水性涂料,屬綠色環(huán)保材料,具體方案見圖3。第二種:環(huán)丙涂層材料。以環(huán)氧樹脂、丙烯酸聚氨酯為主要材料,如HY804有機(jī)硅環(huán)丙樹脂涂料,具體方案見圖4。第三種:聚脲涂層。聚脲是由異氰酸酯組份反應(yīng)生成的一種彈性體涂層材料,具體方案見圖5。方案四:重新澆筑混凝土表面撒播強(qiáng)化料處理方案。鑿除凍融剝蝕混凝土,鑿除深度20cm,重新澆筑C30F200W8混凝土,表面撒播混凝土強(qiáng)化料進(jìn)行壓光。

3.2修補(bǔ)防護(hù)處理方案的優(yōu)勢特點(diǎn)

[2]SK9608涂層:具有優(yōu)異的粘結(jié)強(qiáng)度、延伸性、韌性和耐久性;粘結(jié)牢固,涂層致密,良好的抗?jié)B性;有效阻止水分、CO2、Cl-、SO42-對(duì)混凝土腐蝕性破壞;可在潮濕或干燥基面上直接施工;其為水性涂料,屬綠色環(huán)保材料。HY804環(huán)丙涂層:具有良好的粘結(jié)強(qiáng)度,確保涂層與混凝土基礎(chǔ)粘結(jié)牢固;具有較高的韌性、抗壓強(qiáng)度和抗沖擊性能;涂層連續(xù)、致密光滑,表面平整,糙率系數(shù)極低,提高流速和過水能力;丙烯酸聚氨酯面漆具有優(yōu)異的耐候性、耐紫外線、耐化學(xué)品性、耐鹽霧性能、耐沖擊性和耐磨性,野外暴露環(huán)境條件下使用壽命達(dá)20年以上。聚脲涂層:具有良好的抗拉強(qiáng)度高(>15MPa)和斷裂伸長率(>300%);粘結(jié)強(qiáng)度高,涂層與基層粘結(jié)牢固;噴涂一次成膜,無接縫、連續(xù),快速固化,施工速度快;不含有揮發(fā)性溶劑,屬環(huán)保綠色材料。重新澆筑混凝土表面強(qiáng)化料:能夠提高混凝土表面硬度和強(qiáng)度;大幅度提高混凝土表面耐磨性能和抗沖刷性能;通過選擇強(qiáng)化料顏色,混凝土表面更加具有裝飾性。3.3施工工藝及技術(shù)要求3.3.1應(yīng)用范圍適用于渠道、溢洪道、水閘、渡槽、橋梁等水工混凝土建筑物的修補(bǔ)及防護(hù)處理。3.3.2主要材料主要材料包括HY801底涂界面劑、HY804有機(jī)硅烷丙烯酸復(fù)合涂料、M901丙烯酸聚氨酯面漆、SPC界面劑、SPC聚合物砂漿、SK9608防滲防碳化涂料,性能指標(biāo)如下。HY801底涂界面劑性能指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目:表干時(shí)間小于等于6h,粘結(jié)強(qiáng)度大于等于2.5MPa。HY804有機(jī)硅烷丙烯酸復(fù)合涂料性能指標(biāo)檢測項(xiàng)目:抗壓強(qiáng)度大于等于60.0MPa,抗折強(qiáng)度大于等于10.0MPa,粘結(jié)強(qiáng)度大于等于2.5MPa,抗凍標(biāo)號(hào)大于等于F300,抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于等于W12。M901丙烯酸聚氨酯面漆性能指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目:表干時(shí)間小于等于4h,表干時(shí)間小于等于24h;在耐候性(人工加速老化1000h)方面,氣泡、剝落、粉化等級(jí)為0;在耐堿性(30d)方面,無氣泡、剝落、粉化現(xiàn)象;在耐酸性(30d)方面,無氣泡、剝落、粉化現(xiàn)象;附著力大于等于1.5MPa;在抗凍性(200次凍融循環(huán))方面,無脫落、破裂、氣泡現(xiàn)象。SPC界面劑技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目:干粉狀時(shí)均勻一致,無結(jié)塊;液狀時(shí)攪拌均勻后呈均勻狀態(tài),無結(jié)塊,無沉淀;剪切粘結(jié)強(qiáng)度(7d)大于等于0.7MPa;拉伸粘結(jié)強(qiáng)度(7d未處理)大于等于0.3MPa。SPC聚合物砂漿技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目:抗壓強(qiáng)度大于等于30MPa,抗折強(qiáng)度大于等于8MPa,粘結(jié)強(qiáng)度大于等于4MPa,抗凍標(biāo)號(hào)大于等于F300,抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于等于W12。SK9608滲透型防腐防碳化涂料技術(shù)指標(biāo)檢驗(yàn)項(xiàng)目:抗壓強(qiáng)度大于等于30MPa,抗折強(qiáng)度大于等于8MPa,粘結(jié)強(qiáng)度大于等于1.5MPa,抗凍標(biāo)號(hào)大于等于F300,抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于等于W12。聚脲應(yīng)符合DL/T5317—2014《水電水利工程聚脲涂層施工技術(shù)規(guī)程》有關(guān)技術(shù)要求。混凝土強(qiáng)化料應(yīng)符合JC/T906—2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》有關(guān)技術(shù)要求。3.3.3修補(bǔ)工藝及技術(shù)要求基礎(chǔ)處理:①對(duì)混凝土表面采用合金磨片進(jìn)行打磨,直至露出堅(jiān)硬、新鮮的混凝土基面;②對(duì)凍融剝蝕、漏筋部位采用SPC聚合物砂漿進(jìn)行修復(fù);③對(duì)混凝土裂縫、漏水部位采用高壓灌漿工藝進(jìn)行化學(xué)灌漿處理;④采用高壓水沖洗干凈混凝土表面。配制材料:①涂層材料必須按配比嚴(yán)格配制,不得隨意加水稀釋;②涂層材料充分?jǐn)嚢杈鶆?,切記一次拌料不能太多,隨用隨拌。涂層施工:①充分濕潤混凝土表面,均勻涂刷1道SPC界面劑;②刮涂涂層材料,根據(jù)各自材料特性按照技術(shù)要求刮涂相應(yīng)層數(shù),控制刮涂厚度;③對(duì)于立面、斜面和底部,一次涂層厚度要薄,防止流淌;④特殊部位如存在蜂窩、麻面、破損部位,可適當(dāng)增加涂層次數(shù);⑤根據(jù)各自材料特性自然養(yǎng)護(hù)7~14d即可投入運(yùn)行。

4水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)在寧夏引黃灌區(qū)的應(yīng)用思考

4.1寧夏引黃灌區(qū)工程建設(shè)現(xiàn)狀

混凝土砌護(hù)渠道具有防滲抗沖、耐用美觀等諸多優(yōu)點(diǎn),因此在寧夏引黃灌區(qū)節(jié)水改造項(xiàng)目中被大量采用。據(jù)統(tǒng)計(jì),寧夏引黃灌區(qū)主要包括衛(wèi)寧灌區(qū)、青銅峽灌區(qū)和揚(yáng)黃灌區(qū)三大灌區(qū),包含干渠及支干渠91條共計(jì)2214.8km,各類渠系建筑物7615座,灌溉面積達(dá)784萬畝。自1998年以來,寧夏引黃灌區(qū)從區(qū)情出發(fā),以水資源高效利用為中心,以基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為重點(diǎn),啟動(dòng)實(shí)施了寧夏大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目,主要實(shí)施渠道襯砌加固以及病險(xiǎn)建筑物改造工程。截止目前,已襯砌加固渠道1865.8km,砌護(hù)率達(dá)到84%。

4.2寧夏引黃灌區(qū)水工混凝土缺陷原因分析及修補(bǔ)加固的必要性

由于寧夏地處西北內(nèi)陸干旱半干旱區(qū),氣候冬季嚴(yán)寒、夏季炎熱,冬季最低氣溫可達(dá)﹣22℃以下,日平均氣溫在零下的時(shí)間多達(dá)90余天。冬灌停水時(shí)間在11月下旬,一般平均氣溫在﹣10~﹣2℃之間。受多種因素影響,部分渠段渠水不能及時(shí)排出,導(dǎo)致混凝土表面結(jié)冰,形成了一個(gè)封閉層使土壤中的水分也無法正常排出,且部分混凝土工程因建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)較低、施工質(zhì)量把控不嚴(yán)等各種主觀和客觀因素的影響,在連續(xù)凍脹和凍融作用下,襯砌渠道以及水工混凝土建筑物在運(yùn)行中屢次出現(xiàn)凍脹破壞現(xiàn)象,造成襯砌面的破損、變形、裂縫甚至是渠道滑坡等情況,渠道防滲效果大大降低[3],渠道運(yùn)行安全性無法保障,影響到水的利用率及工程效益的發(fā)揮。根據(jù)檢查評(píng)估統(tǒng)計(jì),目前寧夏引黃灌區(qū)中運(yùn)行超過10年的襯砌渠道,已經(jīng)出現(xiàn)不同程度的凍脹破壞現(xiàn)象,而且隨著工程運(yùn)行年限的增加,混凝土凍脹破壞會(huì)日益加劇。因此,混凝土修補(bǔ)防護(hù)材料和工藝技術(shù)在灌區(qū)工程中大面積推廣利用,對(duì)延長水工混凝土使用壽命、降低渠道及建筑物的運(yùn)行維護(hù)成本、提高灌區(qū)水工程效益有著重要意義。

4.3水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固方案試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)唐徠渠渠道底板凍融剝蝕修補(bǔ)防護(hù)處理現(xiàn)場試驗(yàn),經(jīng)過一個(gè)冬季運(yùn)行,在2021-03-15進(jìn)行現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn),大部分修補(bǔ)底板表面平整、無空鼓、無開裂、無剝蝕現(xiàn)象,修補(bǔ)質(zhì)量較好。結(jié)合渠道破壞狀況、現(xiàn)場試驗(yàn)情況以及類似工程修補(bǔ)經(jīng)驗(yàn),推薦以下修補(bǔ)方案。輕度剝蝕(剝蝕深度小于5mm)部位修補(bǔ):局部SPC聚合物砂漿修補(bǔ),表面HY804有機(jī)硅烷丙烯酸復(fù)合涂料防護(hù)處理(1.5mm)。中度剝蝕(剝蝕深度5~30mm)部位修補(bǔ):采用聚合物砂漿+SK9608滲透型防腐防碳化涂料進(jìn)行修補(bǔ)處理。重度剝蝕(剝蝕深度大于30mm)部位修補(bǔ):采用聚合物混凝土和聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處理。

4.4水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固方案應(yīng)用推廣建議

根據(jù)《寧夏水利建筑工程預(yù)算定額》測算,水工混凝土輕度剝蝕修補(bǔ)成本約150元/m2,中度剝蝕修補(bǔ)成本約300元/m2,重度剝蝕修補(bǔ)成本約470元/m2。而如果拆除重建,按照目前渠道襯砌40cm厚度測算,拆除重建費(fèi)用約400元/m2。因此,從施工成本、施工難度、工期等綜合因素考慮比較,建議在水工混凝土出現(xiàn)輕度剝蝕時(shí)采取第一種修補(bǔ)方案,即局部SPC聚合物砂漿修補(bǔ),表面HY804有機(jī)硅烷丙烯酸復(fù)合涂料防護(hù)處理(1.5mm)方案最為經(jīng)濟(jì)可行。

參考文獻(xiàn):

[1]李文川,劉長海.聚合物水泥基材料在建筑涂料中的應(yīng)用研究[J].四川水泥,2017(7):16.

[2]陶東,馬文波,郭振莉,等.寧夏固海灌區(qū)長山頭渡槽伸縮縫防滲處理新技術(shù)[J].中國建筑防水,2020,(2):45-49.

[3]朱思遠(yuǎn),陸立國,顧靖超.寧夏引黃灌區(qū)渠道砌護(hù)破壞原因分析與防治措施研究[J].節(jié)水灌溉,2011(4):44-47.

作者:徐輝 陶東 康婷 單位:寧夏回族自治區(qū)唐徠渠管理處