水閘混凝土老化病害加固技術

王金遠+張榮國+崔紅霞+李芳芳

摘要：本文詳細分析了水閘混凝土老化病害產生的機理，對水閘混凝土碳化、裂縫、滲漏、剝蝕等老化病害的加固處理措施、方法以及所使用的材料進行了詳盡的分析研究和描述。

關鍵詞：混凝土加固；剝蝕破壞處理；結構補強

組成水閘的建筑物采用混凝土或鋼筋混凝土結構修建時，通稱為水閘混凝土。水閘混凝土老化病害主要有碳化、裂縫、滲漏、剝蝕等，常用的加固改造措施可歸納為碳化防護、裂縫修補、滲漏處理、剝蝕破壞處理、結構補強加固等。

一、碳化防護

混凝土碳化的機理：鋼筋混凝土是一種優質的復合材料，它集混凝土的高抗壓強度與鋼筋的高抗拉強度于一體。鋼筋混凝土的優越性在水閘工程中是顯而易見的，但是由于種種原因，混凝土的耐久性能往往不足，導致水閘混凝土結構的部分損壞或全部破壞，造成巨大的經濟損失。

混凝土的碳化是混凝土所受到的一種化學腐蝕。空氣中CO2氣滲透到混凝土內，與其堿性物質起化學反應后生成碳酸鹽和水，使混凝土堿度降低的過程稱為混凝土碳化。水泥在水化過程中生成大量的氫氧化鈣，使混凝土空隙中充滿了飽和氫氧化鈣溶液，其堿性介質對鋼筋有良好的保護作用，使鋼筋表面生成難溶的Fe2O3和Fe3O4，為純化膜。碳化后使混凝土的堿度降低，當碳化超過混凝土的保護層時，在水與空氣存在的條件下，就會使混凝土失去對鋼筋的保護作用，鋼筋開始生銹。

從以上所述可知，混凝土碳化作用一般不會直接引起其性能的劣化，對于素混凝土，碳化還有提高混凝土耐久性的效果，但對于鋼筋混凝土來說，碳化會使混凝土的堿度降低，同時，增加混凝土孔溶液中氫離子數量，因而會使混凝土對鋼筋的保護作用減弱，出現鋼筋銹蝕露筋現象，降低了結構強度和剛度。

二、裂縫修補

（一）裂縫的主要類型

水閘混凝土裂縫主要由荷載、溫度、干縮、地基變形、鋼筋銹蝕、堿骨料反應、地基凍脹、混凝土質量差、水泥水化熱溫升等原因引起的，常見的裂縫有以下幾種類型。

①沉降裂縫。水閘底板、鋪蓋、護坦和邊墻等部位，因不能適應不均勻沉降（地基不均或荷載不均）而開裂產生裂縫。

②溫度裂縫。水閘底板、鋪蓋、護坦受地基（特別是巖基）的約束，這些受約束的構件在溫度變化過程中因不能自由伸縮，常常在溫度下降時因拉力過大而開裂形成裂縫。

③應力裂縫。應力裂縫是因設計時配置鋼筋不夠，施工質量不符合要求，或長期超負荷運行，地震作用等產的裂縫。

④施工裂縫。施工裂縫是常見的一種裂縫，如果處理達不到要求，在水閘改建和擴建中，新舊混凝土的結合部位就會產生施工裂縫。

⑤腐蝕裂縫。腐蝕裂縫是因為沿海或污染環境的腐蝕作用，使混凝土中的鋼筋銹蝕而產生的裂縫，這種裂縫順著鋼筋發展，便混凝土順鋼筋脫落。

（二）裂縫的修補方法

水閘混凝土裂縫的出現，不但會影響結構的整體性和剛度，還會引起鋼筋的銹蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞、抗滲能力。

因此根據裂縫的性質和具體情況我們要區別對待、及時處理，以保證建筑物的正常使用。

水閘混凝土裂縫修補，目的是恢復其整體性、耐久性和抗滲性，一般宜在低水頭和易于修補材料凝固的環境條件下進行。常用的混凝土裂縫的修補方法有：表面處理法、填充法、結構加固法、電化學防護法和仿生自愈合法等。

①表面修補法是一種簡單、常見的修補方法，包括表面涂抹法和表面貼面法。

②填充法（嵌縫法）。填充法主要適用于修補水平面上較寬的裂縫（大于0.3mm），根據裂縫的情況，可以直接向縫內填入不同黏度的樹脂。

③結構加固法。結構加固法是在結構構件外部或結構裂縫四周澆筑鋼筋混凝土的護套或包鋼筋、型鋼龍骨，將結構構件箍緊，以增加結構構件受力面積，提高結構的剛度和承載力的一種結構補強加固方法。

④電化學防護法。電化學防腐是利用施加電場在介質中的電化學作用，改變混凝土或鋼筋混凝土中的離子分布狀態，提高鋼筋周圍的pH值，鈍化鋼筋，以達到有效防腐的目的。

⑤仿生自愈合法。仿生自愈合法是一種新的裂縫處理方法。

三、滲漏處理

（一）滲漏處理的原則

水閘混凝土滲漏處理的目的，在于消除滲漏給水閘混凝土建筑物帶來的諸多危害，提高結構物的安全性、耐久性，延長其使用壽命。

（二）滲漏處理的方法

滲漏主要是由混凝土密實性較差、出現裂縫、伸縮縫止水失效等原因引起的，常見類型有點滲漏、線滲漏和面滲漏。對于不同的滲漏，其處理方法不同。

①點滲漏的處理點滲漏又稱為孔眼滲漏或集中滲漏。根據水壓力的大小和孔洞的大小，可采用直接堵漏法、下管堵漏法、木楔堵漏法、灌漿堵漏法等，這些方法均屬于背水面堵漏。

②大面積散滲處理。處理大面積滲漏水應盡量先將水位降低，是能在無水情況下直接進行施工操作，且最好能在迎水面完成作業。

③變形縫滲漏處理處理。水閘混凝土建筑物變形縫止水失效而造成的滲漏，常用的方法有：嵌填止水密封材料法、環氧粘貼橡膠板等止水材料法、錨固橡膠板等止水材料法、灌漿堵漏法。

④滲漏裂縫的處理。無滲漏水或者水頭較低、滲水壓力較低、滲漏水量較小時，是修補滲漏裂縫的最佳時機，修補處理已在裂縫基本穩定的狀況下進行。

根據裂縫滲漏水的流量、流速和靜水壓力不同，采用不同的導出滲流止漏的方法，常用的有直接堵漏法、埋管導滲法、壓力灌漿堵漏法。