浅谈对混凝土碳化水闸的加固补强措施

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        摘要：某水闸长期运行，年久失修，为一病害工程。本文介绍该水闸检测结果及对存在病害的具体分析，还介绍了对该闸除险加固设计的要点及施工程序及施工工艺。

　　关键词：水闸 混凝土碳化 裂缝 加固 　　 　　1.基本概况 　　 　　某水闸长60m、宽25m、进水口高6m，由6孔净宽8m的泄水孔组成。该闸建成几十年，因长期运行，年久失修，水闸主要结构混凝土碳化严重，闸顶、底板多处裂缝，为一个具有多种病害的工程。为确保该水闸能安全、正常的运行，2008年12月对该闸进行了全面的检查与检测，以便查清病害的程度、原因，分析可能造成的后果，为除险加固处理提供科学依据。 　　本次检测包括水闸底板、闸墩、闸门、胸墙、闸室顶板与上部结构和进出水池的底板。 　　 　　2.水闸检测结果及综合分析 　　 　　经对水闸各结构全面、仔细地检查、检测，发现主要病害是钢筋混凝土结构的混凝土碳化和裂缝。 　　2.1 混凝土碳化 　　闸室的底板、闸墩、闸室顶板、胸墙的混凝土面层都存在不同程度的碳化现象。碳化深度一般为5－30mm之间，局部处混凝土破损、剥落、钢筋外露。 　　混凝土的水泥凝胶体中含有大约25％的氢氧化钙，混凝土的PH值为12－13，呈强碱性。混凝土中的钢筋在这种强碱性环境中，表面会形成钝化保护膜，可以有效地抑制钢筋锈蚀。但混凝土碳化现象就是使氢氧化钙转变为碳酸钙，混凝土的PH值为8.5－10，接近中性，破坏了混凝土中保护钢筋的碱性环境，导致钢筋容易被腐蚀。 　　2.2 裂缝 　　裂缝主要出现在闸底板下游的中部、胸墙及闸室下游闸墩的中下部都有裂缝，裂缝的走向不确定，在胸墙和闸墩部位大多为网状，中部各跨闸底板多为顺水流方向裂缝，缝长1－3m不等，裂缝宽度不一，一般在0.15－2.0mm，裂缝深度为0.1－0.5m不等。 　　裂缝产生的原因比较复杂。在检查中未发现基础有不均匀沉降的现象，底板下游中部的裂缝有可能是几十年来受温度反复变化作用的结果。水闸底板跨度大，在底板上闸墩区的刚度远大于跨中区。当环境温度发生剧烈变化导致闸底板伸缩变形时，底板下游跨中部是相对的薄弱区，这就是闸底板下游中部面层裂缝的主要原因。 　　钢筋混凝土中的裂缝是很难避免的，但对裂缝的宽度必须加以限制。裂缝的存在很易使大气中的水分的有害气体、物质传入缝隙深处，腐蚀混凝土和钢筋，严重时不仅影响结构正常使用，还可能破坏结构的整体性，影响结构的承载能力。 　　2.3 伸缩缝止水破损严重 　　闸室及底板伸缩缝大都损坏。部分橡胶止水带老化、破损严重。 　　经对水闸各主要结构全面、细致地检查，结果，该水闸存在不同程度的病害，已经严重影响水闸的安全，必须采取有效的措施对该闸进行除险加固处理，确保水闸的安全运行。 　　 　　3.水闸的加固设计 　　 　　3.1 加固设计要求 　　根据已查明的水闸的病害和存在的问题，对该水闸进行加固设计。设计要求如下： 　　⑴ 消除混凝土碳化层，增强混凝土的抗碳化能力； 　　⑵ 封闭裂缝，确保结构的整体性和设计工作性能； 　　⑶ 更换已损坏和老化的止水材料，确保止水的可靠性。 　　3.2 加固设计要点 　　经对水闸检查结果表明，该闸启闭室底板以上部分尚未发现有病害的反映，所以维修加固主要是针对下部结构的病害进行处理。 　　⑴ 闸室 　　对闸室底板、闸墩、胸墙及顶板的混凝土进行防碳化处理。首先除去原有的混凝土碳化层，然后涂抹一层聚合物纤维砂浆，增强混凝土的抗碳化能力。 　　对胸墙和闸墩部位的网状裂缝及底板的裂缝分别处理。当裂缝宽度b≤0.2mm，在混凝土表面涂抹结构胶封闭裂缝；当裂缝宽度b＞0.2mm时，采用压力注浆法封闭裂缝。 　　⑵ 进出口导水翼墙 　　进出口导水翼墙是水闸重要的连接建筑物。主要对其做防碳化处理，除去碳化层，表面涂抹聚合物纤维砂浆，然后再涂抹一层侵入型混凝土防护胶，这样既可长期防备有害物质的侵蚀，又有美观的作用。 　　⑶ 防冲池 　　防冲池是将经过消力池消能后的洪水进一步消能，送入下游河道的最后一道结构物。应在原设计基础上适当增厚加长，确保其防冲作用。 　　3.3 加固材料 　　3.3.1 聚合物纤维砂浆 　　聚合物纤维砂浆是一种高性能的水泥砂浆，与普通水泥砂浆相比它具有固结快、强度高、抗裂、抗折、抗冲击、抗疲劳、与混凝土粘结力强等特点。 　　聚合物纤维砂浆主要用来修补碳化处混凝土或其它破损混凝土，可提高混凝土的抗碳化的能力。 　　3.3.2 YZJ-5裂缝修补胶（注射剂） 　　YZJ-5裂缝修补胶为混凝土裂缝灌注专用胶。它具有粘结强度高，可灌性好的特点。 　　主要性能指标如下： 　　胶体性能： 　　抗拉强度≥20MPa抗压强度≥50MPa 　　受拉弹性模量≥1500MPa抗弯强度≥45MPa 　　粘结性能： 　　钢－钢拉伸强度≥10MPa 　　钢－混凝土粘接正拉强度≥2.5MPa，且为混凝土内聚破坏 　　3.3.3 YZJ-T浸入型混凝土防护涂料 　　YZJ-T为具有浸入混凝土裂缝、微细孔内的性能，将其涂抹在混凝土表面，它可浸入混凝土内，在混凝土的表层形成防护层，具有抗酸、碱盐及其它有害气体的侵蚀作用，达到保护混凝土。防止碳化的目的。 　　 　　4.施工程序及工艺要求 　　 　　4.1 混凝土防碳化处理 　　⑴ 划定处理范围 　　根据检测结果，划定混凝土碳化的部位，确定需处理的范围。 　　⑵ 清除混凝土碳化层 　　根据混凝土碳化的不同程度，采取不同的清除方法。 　　① 碳化严重，碳化部位混凝土破损，钢筋外露，需将松散、破损混凝土凿除，露出钢筋，以便对钢筋除锈处理。 　　② 碳化不严重，混凝土表面轻微破损，可采用手提角磨机打磨。若需处理的面积大，用冲砂机处理更好。将纯净干燥的天然石英粗砂装入冲砂机中，用高压气将石英砂喷到混凝土表面，这种对混凝土表面打磨的方法效果好，效率高。 　　⑶ 清洗 　　用高压水对打磨后的混凝土表面冲洗干净。 　　⑷ 修补 　　对混凝土破损严重的部位，先用高标号砂浆或细石混凝土修补、填平，对外露的钢筋 除锈处理或焊接，重新植筋补强。 　　⑸ 涂抹聚合物纤维砂浆和YZJ-T混凝土防护胶 　　对碳化严重部位可在混凝土表涂抹一层聚合物纤维砂浆，厚度2－3cm。要求混凝土表湿润，但无积水，先涂刷一层混凝土界面剂，然后再涂抹砂浆。为增强混凝土的抗碳化的能力，待砂浆固化后，可在其表面涂刷一层YZJ-T浸入型混凝土防护胶。 　　对混凝土碳化轻微的部位可在混凝土表面直接涂刷YZJ-T混凝土防护胶 　　4.2 裂缝处理 　　4.2.1 表面封闭 　　对网状微细裂缝、宽度≤0.2mm的裂缝均采用表面封闭法。 　　①混凝土表面处理。除去混凝土表面松散劣质混凝土，用高压气吹除混凝土碎屑和粉尘，用水清洗混凝土表面。 　　②涂胶。待混凝土表面干燥后用专用的裂缝封闭胶涂抹在裂缝区域内，涂胶时应用力压抹，一般涂抹2－3遍为宜。 　　③表面防护。按设计要求，在混凝土表面再涂刷表面防护胶或涂抹砂浆进行表面防护。 　　4.2.2 压力注浆 　　对宽度＞0.2mm的裂缝采用压力注浆法对裂缝进行处理。 　　①表面处理。沿裂缝凿槽，清除劣质混凝土、碎屑及粉尘，并清洗干净。 　　②埋设灌浆嘴。沿裂缝走向布置灌浆嘴，间距为300－500mm. 　　埋设灌浆嘴时，应使其中心对准裂缝。 　　③密封。用密封材料将裂缝顶部封闭，使之形成密闭的裂缝空腔，以便注胶。 　　④ 裂缝封闭后应通气检查，检查裂缝顶部是否封闭密实，凡漏气处都应进行处理，直至完全密封为止。 　　⑤ 制胶。按YZJ-5裂缝修补胶使用说明书中的配比配制。一般用搅拌机拌胶，要充分搅拌，使两组分胶液搅拌均匀。 　　⑥ 灌胶。沿裂缝一端的灌胶嘴加压灌胶，按序依次逐一灌胶，直至最后一个灌胶孔出胶，再恒压10分钟左右停灌，灌胶结束。灌胶压力一般控制在0.3MPa左右。 　　⑦ 检查。灌胶结束后，采用压气或压水的方法检查灌胶的效果和质量，必要时还可钻孔取蕊检查裂缝内灌胶的密实度。 　　 　　5.结束语 　　 　　该水闸主要结构的混凝土碳化严重，钢筋外露锈蚀，多处裂缝破坏了结构的整体性，该水闸为一病害工程，已影响正常安全运行。经采取一系列措施，对该水闸的病害进行处理后，消除了潜在的安全隐患，增强了该水闸的抗碳化能力，提高了运行的安全性。 　　 　　参考文献： 　　【1】 黄国兴 陈凯新 水工混凝土建筑物修补技术及应用，北京，中国水利水电出版社，2000年4月 　　【2】 中华人民共和国国家标准，混凝土结构加固设计规范 GB50367-2006