“納米膠”在向陽閘加固修復工程中的應用

武 斌，張坤元，李 霞

（1.北京市潮白河管理處，北京 101319；2.北京易晟元環保工程有限公司，北京 100022）

1 工程概況

向陽閘位于北京市順義區馬坡鎮向陽村東［1］，距北京市中心約40km，是一座以蓄水、泄洪及灌溉為主的大（二）型水閘。該水閘為鋼筋混凝土開敞式水閘，閘室總寬259.6m，共23孔，每孔凈寬10m，2孔一聯，中墩厚1.0m， 縫墩厚1.6m， 閘門為平板鋼閘門， 門高3.5m。 閘室采用整體鋼筋混凝土結構，兩孔一聯，閘兩端采用空箱式鋼筋混凝土岸墩， 閘墩上設鋼筋混凝土T 梁橋面， 閘室上游混凝土鋪蓋下設混凝土防滲墻板樁一道， 下游及兩側均設防沖鋼板樁將閘室地基圍封。 閘基下的防滲材料為黏土摻和粉細砂［2］，采用震沖加密，防止地震時產生液化。向陽閘正常蓄水位為32.5m（水深3.5m），相應庫容824萬m3。 該閘于1982年3月開始建設，1984年10月建成蓄水， 至今已有37年之久。

2015年中國水利水電科學研究院對其進行安全評價，評價報告中指出：閘墩混凝土存在有59條豎向裂縫， 大部分裂縫出現在閘墩下游的墩頭處，從閘墩底部向上延伸，其長度在2.0m以內，縫寬為0.25～0.50mm之間； 水閘兩側翼墻共發現13條豎向裂縫， 縫寬在0.3mm左右； 橫梁有大量黑色菌藻附著，碳化深度均在30mm以上。 根據中國水利水電科學研究院安全鑒定評價結論，對翼墻和閘墩進行裂縫加固處理， 對橫梁進行防碳化和防菌藻附著處理。

2 “納米膠”混凝土耐久性防護技術

近幾年來，一種革新性的混凝土表面耐久性防護和延壽保護技術［3］，納米硅酸鹽滲透結晶材料及應用技術得到快速發展。 同時考慮向陽閘修復材料需具有防滲防碳化防菌藻等優異功能，并長期穩定可靠。 經廠家調研、試點工程參觀，決定采用納入推廣目錄的水利先進實用技術《易晟元“納米膠” —混凝土耐久性防護和修復技術》 進行加固修復處理。

“納米膠”是納米硅酸鹽滲透結晶材料的典型品牌， 利用其特有的納米活性， 快速遷移至混凝土內部，滲透深度達40mm以上，其有效成分與混凝土內部微細裂縫中的鈣溶液反應生成C-S-H凝膠， 有效封閉混凝土表層結構微細縫隙、微細孔等缺陷，有效提高混凝土表層結構致密性和強度。 從微觀角度來實現混凝土結構表層強度、抗滲性能、抗凍融剝蝕能力、抗碳化侵蝕性能、抗菌藻生長能力等混凝土綜合耐久性能的提升［4］。 該技術應用時無需對既有混凝土基面實施打磨或干燥處理， 采用壓力水沖洗混凝土基面油性污物，潮濕面即可進行施工，施工工藝簡便，無需特殊養護，24h后即可通水使用，施工后對水無污染。

該材料具體性能特點如下：

（1）持續自修復功能。“納米膠”的有效成分能快速遷移、滲透至混凝土內部，不會一次反應完，會有一部分存留下來， 一旦供給水分即可持續反應封堵新產生的微細裂縫。

（2）防碳化的功能。“納米膠”可提高混凝土表面密實度，阻滯二氧化碳等酸性物質滲透進去，恢復混凝土表層堿性，從而達到防碳化的效果。

（3）防水滲透的功能。 “納米膠”可對混凝土表層進行改性，提高其致密程度，降低混凝土表層空隙率， 從而達到抑制混凝土表面透水、 吸水的效果。

（4）具有防菌藻的功能。由于混凝土表面相對較粗糙，加上水的流速低和氣溫高，容易產生菌藻肆虐繁殖，大量附著于混凝土的表面，對工程運行產生影響。使用“納米膠”后的混凝土表面致密光滑，可以有效抑制菌藻在混凝土表面附著生長。

表1 “納米膠”技術對于混凝土耐久性提升效果匯總

3 “納米膠”在向陽閘加固修復工程中的應用

“納米膠”作為一種用于混凝土防護修復工程的新型材料［5］，具有無毒無害、施工簡單、操作便捷、不受季節、環境因素影響等優點。在不破壞原有結構的前提下，達到提高混凝土表面抗碳化、抗菌藻、裂縫自修復等耐久性能的效果， 針對現場混凝土碳化深度、裂縫寬度、裂縫分布等情況，對翼墻、閘墩和橫梁，2018年4月進行了防護修復處理： 首先對縫寬在0.2～1.0mm的裂縫使用滲透型環氧樹脂進行封堵；缺損部位鑿除脆弱部位，涂刷界面劑，涂抹高強纖維聚合物砂漿；0.2mm以下裂縫及整體混凝土耐久性的提升使用“納米膠”Ⅱ型進行噴涂，應業主要求整體使用無機美妝材料進行了美化處理，施工后如圖1。

圖1 向陽閘施工后照片

“納米膠”Ⅱ型采用以下施工工法：

（1）施工環境。 施工作業溫度不宜低于5℃和高于35℃。

（2）施工要求。在噴涂“納米膠”的過程中嚴格控制噴涂速度，噴涂均勻，不得出現流淌現象。在噴涂B型材料和A型材料的間隔時間為15～30min，噴涂容器不能使用同一個容器。如果噴涂納米膠后24h內如遇大雨沖刷，需要重新涂抹“納米膠”。

（3）施工工藝。 ①基面處理：對混凝土表面污漬、油漬清理干凈，并用壓力3.5MPa以上的高壓水槍進行清洗， 清洗時水槍與基面垂直距離30cm左右。“納米膠”噴涂時基面不得有明水，濕潤即可。②“納米膠”噴涂順序：首先在混凝土表面噴涂B型材料， 以補充混凝土內部的鈣離子含量 （噴涂量250mL/m2）→噴涂A型材料 （噴涂量250mL/m2）→噴涂B型材料（噴涂量100mL/m2）→噴涂A型材料（噴涂量100mL/m2）。

4 應用效果

“納米膠”施工14d后，對施工現場進行復查，并在施工區域和未施工區域分別選取3處進行鉆芯取樣， 送中國水利水電科學研究院工程檢測中心進行28d的碳化深度檢測。 經檢測，施工前樣品碳化深度為23.7mm，施工后樣品碳化深度為11.8mm，檢測結果表明工程在使用“納米膠” 后， 碳化深度降低近12mm，混凝土抗碳化能力提高2倍左右。 水利部推廣中心組織相關行業專家進行現場評審， 一致認定效果良好， 并預估陽閘混凝土抗碳化耐久性壽命可延長20年。

自2018年完成施工以來， 經過近3年的觀察，混凝土表面的菌藻生長情況也得到很好的抑制。

5 結語

“納米膠”在向陽閘防護修復工程上的應用效果良好，提高了防碳化、防菌藻等混凝土的耐久性能，延長了混凝土的使用壽命， 降低了混凝土的維護成本。我國作為一個基建大國，混凝土是主要的建筑材料之一，大部分混凝土構筑物處于運行維護時期，增加混凝土的耐久性能、延長服役壽命尤為重要，因此建議加快此項技術的推廣應用， 提高混凝土工程的經濟效益。