水工混凝土建筑物冻融剥蚀修补防护技术

水工混凝土建筑物冻融剥蚀修补防护技术杨汝文(皋兰县西岔电灌工程水利管理局甘肃皋兰730200)【摘要】：水工建筑物因老化而产生的病害及其修补技术日益受到各级有关部门的重视，冻融剥蚀破坏对工程危害较大．破坏形态特征有冻融剥蚀、裂缝、碳化（中性化）、钢筋锈蚀、渗漏与溶蚀破坏、气蚀与冲刷破坏、碱骨料反应破坏、化学侵蚀，形成原因包括渗漏水使不具备他水条件的混凝土吸水饱和、混凝土设计抗冻标号偏低、施工质量差等。

冻融破坏的修补对策为“凿旧补新”，修补材料有高抗冻性混凝土、聚合物水泥砂浆（混凝土）、预缩水泥砂浆等。

【作者单位】：【关键词】：混凝土冻融剥蚀修补水工混凝土建筑物的安全运行是有关国计民生的重大问题，因此建筑物因老化而产生的病害及其修补技术日益受到各级有关部门的重视，水工混凝土建筑物由于耐久性不良而产生的病害种类较多，但从外观破坏上总的可分为七类，本文在总结我国水工混凝土建筑物病害处理技术的经验教训基础上，详细地介绍了剥蚀类型及修补防护技术。

一、水工混凝土老化病害主要类型1）冻融剥蚀；2）裂缝；3）碳化（中性化）4）钢筋锈蚀；5）渗漏与溶蚀破坏；6）气蚀与冲刷破坏；2-、酸、碱、盐）。

7）碱骨料反应破坏；8）化学侵蚀（CL-、SO4二、混凝土剥蚀修补处理技术剥蚀是从混凝土的外观破坏形态着眼,是对混凝土结构物表面区发生麻面、露石、起皮松软和剥落等老化病害的统称。

为了获得必要的和易性，混凝土拌合水总要多于水泥水化所需的水，这部分多余水便以游离水的形式滞留于混凝土中，形成占有一定体积的连通毛细孔，这些连通的毛细孔就是导致混凝土遭受冻害的内因。

冻融对水工混凝土结构破坏作用的大小取决于混凝土的抗冻性、饱水程度、所处环境的最低气温、冻融速率、最大冻深和年冻融循环次数等因素。

1）反复多次的冻融循环后，混凝土的损伤（微裂缝）逐步积累，不断扩大，发展成互相连通的大裂缝，使混凝土的强度降低，最后甚至完全丧失。

2）设计抗冻等级偏低，不足于抵抗频繁的冻融变化。

3）施工质量差，如水灰比偏大；浇注振捣不密实；未掺加引气剂或引气效果差；混凝土养护不到位；早期受冻等可导致混凝土抗冻性能降低。

4）水质侵蚀。

主要包括：一类是酸性水侵蚀，使混凝土中的氢氧化钙不断溶出，从而引起水泥水化产物的分解、水泥石结构疏松，使混凝土强度降低。

另一类是硫酸盐侵蚀，产生膨胀性物质钙矾石而导致混凝土开裂和剥蚀。

三、剥蚀修补材料的选择和论证目前，应用于混凝土建筑物表面缺陷修补的材料主要包括以下几种：1、普通水泥砂浆普通水泥砂浆包括高标号砂浆、预缩砂浆、硅粉砂浆等，是混凝土建筑物表面剥蚀修补的较为常用的材料，材料来源广、施工简便、成本低。

但同时也存在诸多缺陷：1）与基底混凝土粘结不牢固；2）其变形能力较低，不能适应因干缩、温度变形导致修补层空鼓、龟裂、脱落；3）由于抗渗性能、抗冻性能较差，达不到对钢筋保护之功能；4）普通砂浆一旦出现空鼓、龟裂，水分很容易进入到砂浆与基础结合层，致使钢筋长期处于潮湿环境，进一步加剧了钢筋的锈蚀和表层保护层的开裂和脱落，这已经在许多工程应用中得到验证。

2、钢纤维混凝土（砂浆）钢纤维混凝土（砂浆）是在普通混凝土（砂浆）的基础上掺加一定量的短切钢纤维而成，具有良好的抗折性能，但由于其粘结性能、弹性、温度变形适应能力与普通混凝土（砂浆）非常接近，因此不适宜作为混凝土薄层修补材料。

3、环氧砂浆在六七十年代，环氧砂浆就已经用于水工混凝土建筑物的修补处理工程。

环氧砂浆具有与基底混凝土粘结强度高的特点，但存在以下缺点：1）在紫外线照射下，环氧砂浆易变脆老化。

2）硬度高、弹性差，在温度应力作用下，环氧砂浆与混凝土在结合层部位脱落破坏。

3）施工工艺复杂，且需要干燥环境下才能施工。

4）含有大量对人体有毒的有机溶剂。

5）工程造价较高。

可见，环氧砂浆不适应野外环境下的混凝土修补。

4、聚氯乙烯塑料油膏聚氯乙烯塑料油膏是由聚氯乙烯、煤焦油、滑石粉等材料经高温融合的、主要用作嵌缝止水和屋面防水的一种材料。

目前，很多灌区采用塑料油膏用于渡槽的防渗处理，一般涂刷厚度1~2mm。

在施工后最初几年内，也确实起到了防渗作用，但随着使用年限的延长，塑料油膏出现了空鼓、裂纹、剥落等问题。

主要问题有1）油膏高温热熔施工，大面积施工时难于保证。

2）在历经多年阳光直射、风吹雨淋、高温冰冻恶劣环境的考验，塑料油膏出现老化、变脆、开裂等破坏，微细裂纹、针孔为水分进入涂层内部提供了通道。

3）水分一旦进入到油膏下部混凝土中，出现顺筋裂缝，同时冻融剥蚀破坏加剧，表面混凝土变得疏松，油膏涂层的脱空，吸水量进一步加大。

4）油膏涂层的保护功能失效后，由于还覆盖在渡槽混凝土表面，不但掩盖了钢筋锈蚀、剥蚀破坏的真实情况，加速了破坏进程，同时也使管理部门贻误了最佳修补时机。

5）油膏含有煤焦油成分，高温溶化易造成环境污染，同时对人体有极大的毒害，2004年北京地区已经禁止使用。

综上所述，采用塑料油膏治理渡槽渗漏、冻融剥蚀等问题，将给工程留下较大的隐患，一旦不能及时发现问题并采取相应的处理措施，将会危及工程的安全运行。

5、聚合物水泥砂浆鉴于上述修补材料存在的诸多缺陷，水工砼建筑物化病害日益突出，参考国内外的修补加固的成功经验与技术，SPC聚合物水泥砂浆系列修补材料及配套的施工工艺，具有较高物理力学性能、适用于水工混凝土工程修补的新型修补材料在水利工程混凝土建筑物修补加固得以应用。

SPC聚合物水泥砂浆是以少量的有机聚合物乳液掺到水泥砂浆中，借以改善水泥砂浆物理力学性能而形成的一种具有独特性能的新型复合材料，其性能指标见表1、2。

表1SPC砂浆性能指标表2SPC砂浆老化试验检测结果序号性能指标单位设计指标检测结果1抗压强度Mpa≥40.049.22抗折强度Mpa≥8.010.33抗拉强度Mpa≥5.0 6.84粘结抗折强度Mpa≥4.07.85粘结抗拉强度Mpa≥2.0 2.96干缩变形--≤11×10-4 5.3×10-47极限引伸率--≥1×10-4 2.16×10-48抗拉弹模Mpa ≤4×104 2.59×1049抗冻标号--≥F200≥F30010抗渗标号--≥W15＞W1511吸水率%≤10 3.21272h 磨耗率%≤30.40SPC 聚合物水泥砂浆具有以下特点：（1）与混凝土具有较高的粘结强度，确保与混凝土形成一体而不空鼓、不脱落；（2）弹性模量较低，弹性较高，可适应温度变化而引起的温度应力和变形；（3）具有良好的抗裂性能，薄层修补而自身不裂；（4）具有良好的抗渗性及抗冻耐久性能，适应恶劣的野外环境；（5）具有良好的耐腐蚀性，可防止腐蚀性介质对混凝土造成腐蚀性破坏；（6）对钢筋具有很好的保护性能，阻止钢筋进一步锈蚀；（7）无毒无污染，施工简便，成本低；（8）长期野外暴露试验和工程应用结果表明，SPC 砂浆具有优良的耐久性能，适用于野外恶劣环境，国内最长的应用年限已达24年之久。

四、剥蚀破坏修补加固处理工法说明1)轻度剥蚀及需防碳化处理的部位，SPC 砂浆修补厚度控制在5~15mm 范围内；2)对于中度剥蚀部位（一般深度在1.5~3cm 以内）：建议采用植筋挂网+分两层SPC 聚合物水泥砂浆进行修补；3)对于重度剥蚀部位（一般表面凿毛后的破坏深度在3cm 以上）：建议采用植筋挂网+SPC 聚合物混凝土+SPC 砂浆相结合进行修补。

五、施工技术要点1）根据工程破坏状况和设计要求，划定混凝土修补区域范围。

2采用人工或机械凿毛、打磨、喷砂抛毛方式对混凝土表面进行处理。

清除混凝土表面疏松层、污垢、灰尘，直至坚硬、牢固、新鲜的混凝土基面。

3）对于破坏较深（≥30mm）的部位，为确保修补层与基础混凝土牢固结合，应按照设计要求植筋挂网。

4）采用高压水（水压控制在0.4~0.6MPa）将凿毛、打磨处理部位冲洗干净，确认修补深度和工程量，验收合格后才能进行抹面施工。

5）(1)SPC 界面剂配制：按照产品说明提供的配比要求配制。

将粉料徐徐加到胶料中，用电动搅拌器充分拌和均匀，一次拌和量应以1h 内用完为宜。

(2)SPC 聚合物砂浆配制：按照产品说明提供的配比要求配制。

将胶料加到粉料中，人工拌和均匀，一次拌和量应以1h 内用完为宜。

6）(1)喷雾湿润基底处理合格的混凝土表面，但不能存在积水。

(2)均匀涂刷或喷涂1道SPC 界面剂，用量控制在（0.4~0.5）kg/m 2。

(3)按照设计要求的修补区域分区进行抹面施工。

抹面要求拍实、抹平，不要反复压抹以防拉裂。

根据SPC 砂浆拌和量、抹面面积控制修补抹面厚度。

(4)为了避免因砂浆不均匀收缩造成抹面不平整，建议分层抹面，分层间隔时间视施工环境状况而定，一般2~4h（前一层触干后进行下一层施工）。

(5)SPC 砂浆终凝后，定时喷水潮湿养护5~7天，保证抹面处于潮湿状态。

7）(1)SPC 聚合物涂层的配制：按照产品说明提供的配比要求配制。

将粉料徐徐加到胶料中，用电动搅拌器充分拌和均匀，一次拌和量应以1h 内用完为宜。

(2)刮涂2道SPC 聚合物涂层，然后自然养护（至少7天）。

六、工程应用总结及结语自1985年以来，SPC 聚合物砂浆先后在北京密云、十三陵、崇青、斋堂等水库、黑龙江镜泊湖电厂、序号暴露环境抗压强度(Mpa)抗折强度(Mpa)检测结果提高率%检测结果提高率%1标养7天自然养护28天43.7--9.2--2野外暴露6年57.331%10.19.8%3野外暴露16年79.081%16.074%河北岳城水库、潘家口水库、辽宁参窝水库、内蒙三盛公、河套灌区解放闸、宁夏固海扬水渡槽等几十个工程中应用，总应用面积约达20万m2，经受住严峻的环境考验，表现出良好的耐久性，取得显著的社会经济效益。

对于水工建筑物混凝土冻融破坏，应坚持防重于治，首先根据混凝土所处的环境，合理进行配合比设计（水泥品种的选择、外加剂的选用等等）；其次是聚合物砂浆的施工应由专业施工队施工，至少应邀请生产厂家派技术人员现场指导施工，加强监督监理的控制力度；尽快制定聚合物砂浆修补施工和质量评定标准，使其规范化；严格按照施工工艺要求施工，才能达到良好的效果。

最后要加强工程运行中的养护管理，发现冻融破坏及时采取防范保护和修补措施，以延长工程的使用寿命。

参考文献：［１］李常升．水利水电工程质量监控与通病防治全书［Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，１９９９．［２］黄国兴，陈改新．水工混凝土建筑物修补技术及应用［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社．１９９８．［３］中国建筑科学研究院、混凝土研究所．混凝土实用手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，１９８６．［４］张承志．建筑混凝土［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００１水工混凝土建筑物冻融剥蚀修补防护技术作者：杨汝文作者单位：皋兰县西岔电灌工程水利管理局刊名：城市建设理论研究（电子版）英文刊名：ChengShi Jianshe LiLun Yan Jiu年，卷(期)：2011(26)引用本文格式：杨汝文水工混凝土建筑物冻融剥蚀修补防护技术[期刊论文]-城市建设理论研究（电子版） 2011(26)。