水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)分析

1、水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)分析摘要：通過對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，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869座。干渠進(jìn)口設(shè)計流量127m3/s，年均行水185d左右，近年年均

2、引水量9.8億m3，承擔(dān)著寧夏9個市縣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73+235）渠

3、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)號為C30、F200、W6。工程運行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。通過對渠道運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：在混凝土拌和、運輸、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)號達(dá)不到設(shè)計要求；混凝土振搗不密實、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

4、對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，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)域為重度剝蝕區(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530mm區(qū)域為中度剝蝕區(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

5、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2SK9608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-、S

6、O42-對混凝土腐蝕性破壞；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

7、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)檢驗項目：表干時間小于等于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)檢測項目：抗壓強(qiáng)度大于等于60.0MPa，抗折強(qiáng)度大于

8、等于10.0MPa，粘結(jié)強(qiáng)度大于等于2.5MPa，抗凍標(biāo)號大于等于F300，抗?jié)B標(biāo)號大于等于W12。M901丙烯酸聚氨酯面漆性能指標(biāo)檢驗項目：表干時間小于等于4h，表干時間小于等于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)檢驗項目：干粉狀時均勻一致，無結(jié)塊；液狀時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

9、理）大于等于0.3MPa。SPC聚合物砂漿技術(shù)指標(biāo)檢驗項目：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)號大于等于F300，抗?jié)B標(biāo)號大于等于W12。SK9608滲透型防腐防碳化涂料技術(shù)指標(biāo)檢驗項目：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)號大于等于F300，抗?jié)B標(biāo)號大于等于W12。聚脲應(yīng)符合DL/T53172014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?；炷翉?qiáng)化料應(yīng)符合JC/T9062002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：對混凝土表面采用合金磨片進(jìn)行

10、打磨，直至露出堅硬、新鮮的混凝土基面；對凍融剝蝕、漏筋部位采用SPC聚合物砂漿進(jìn)行修復(fù)；對混凝土裂縫、漏水部位采用高壓灌漿工藝進(jìn)行化學(xué)灌漿處理；采用高壓水沖洗干凈混凝土表面。配制材料：涂層材料必須按配比嚴(yán)格配制，不得隨意加水稀釋；涂層材料充分?jǐn)嚢杈鶆颍杏浺淮伟枇喜荒芴?，隨用隨拌。涂層施工：充分濕潤混凝土表面，均勻涂刷1道SPC界面劑；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；對于立面、斜面和底部，一次涂層厚度要薄，防止流淌；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)；根據(jù)各自材料特性自然養(yǎng)護(hù)714d即可投入運行。4水工混凝土缺陷修補(bǔ)加固技術(shù)在寧夏引黃

11、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，因此在寧夏引黃灌區(qū)節(jié)水改造項目中被大量采用。據(jù)統(tǒng)計，寧夏引黃灌區(qū)主要包括衛(wèi)寧灌區(qū)、青銅峽灌區(qū)和揚黃灌區(qū)三大灌區(qū)，包含干渠及支干渠91條共計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，啟動實施了寧夏大型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項目，主要實施渠道襯砌加固以及病險建筑物改造工程。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

12、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間多達(dá)90余天。冬灌停水時間在11月下旬，一般平均氣溫在102之間。受多種因素影響，部分渠段渠水不能及時排出，導(dǎo)致混凝土表面結(jié)冰，形成了一個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)檢查評估統(tǒng)計，目前寧夏引黃灌區(qū)中運

13、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，而且隨著工程運行年限的增加，混凝土凍脹破壞會日益加劇。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，對延長水工混凝土使用壽命、降低渠道及建筑物的運行維護(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，經(jīng)過一個冬季運行，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)場試驗情況以及類似工程修補(bǔ)經(jīng)驗，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

14、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530mm）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)輕度剝蝕時采取第一種修補(bǔ)方