納米級混凝土養護修復一體劑在航電樞紐工程中的應用

齊 磊, 張 進 武

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

在航電樞紐工程施工過程中，其混凝土結構雖然可以達到設計與規范要求，但在其混凝土內部遍布很多毛細孔，這種多孔性結構使外界腐蝕因子(水分、氯離子、CO2等介質)很容易浸入到混凝土內部，在長時間經受風吹、日曬、雨淋后會出現不同程度的老化、剝蝕現象；而納米級混凝土養護修復一體劑因其具備防止混凝土劣化和防水等功能，對其進行應用具有耐久性好、效率高等多項優點。由此可見，將納米級混凝土養護修復一體劑應用到航電樞紐工程中是可行的。為了使其作用能夠得到合理發揮，需要加強對該項內容進行深入研究。闡述了對納米級混凝土養護修復一體劑進行的研究。

2 納米級混凝土養護修復一體劑的作用和效果

2.1 納米材料的效應

(1)小尺寸效應。納米材料因顆粒尺寸小，其在磁學、光學、熔點等性質方面較大尺寸顆粒材料都發生了顯著改變，形成了一系列特殊性質。

(2)表面效應。納米粒子表面具有空位效應，在其周圍缺少相鄰粒子；同時，表面粒子具有很高的活性，對其性能進行分析可以發現其穩定性差，因此很容易與外界原子相結合，從而處于一個相對穩定狀態[1]。

(3)量子尺寸效應。對于納米材料來說，若其能級間距超過光子能量、熱能、磁能、靜電能等各種平均能級的間距時會出現反常特性，即量子尺寸效應[2]。

正因為納米材料具有上述效應，使得納米級混凝土養護修復一體劑得到了廣泛應用。從具體應用情況看，其已經取得不錯的應用效果。

2.2 納米級混凝土養護修復一體劑起到的作用

(1)防水防護作用。納米級混凝土養護修復一體劑的防水防護作用是通過堵塞空隙予以實現的。采用納米技術可使硅酸鹽順利滲透到混凝土內部，通過水的作用，硅酸鹽與混凝土內的鈣成分發生化學反應形成膠狀物，利用膠狀物將修復區域內存在的裂隙與空隙填滿。生產膠狀反應物后，在14～84 d膠狀物會不斷形成固體物，所形成的固體物會將修復區域內的裂縫堵住，在結構上形成一層防水層，其防水效果好，持續時間長[3]。

(2)自我修復裂紋。納米級混凝土養護修復一體劑具有良好的自我修復效果。若混凝土基體內出現二次裂紋，一旦裂紋處與水發生接觸，混凝土裂紋周圍會殘留一定量的鈣離子和防水材料，這些殘留物會被溶出進入到裂紋中，并在混凝土裂紋中發生化學反應生產凝膠體，最終生成新固化體堵塞裂紋。

(3)提高結構強度。混凝土澆筑完成后，受水化熱影響，其多余的水分將會蒸發而形成大量的空洞化空隙，將導致其內外力失衡，進而受拉伸影響產生裂紋，破壞混凝土外觀，降低混凝土質量。而防水材料可以滲透到被養護的混凝土內部，利用細孔內和硅酸鹽內的鈣離子、水分子反應實現對混凝土中形成的各種空隙的填充，從而使混凝土中的內外力處于均衡狀態，降低混凝土的內部應力，避免由于混凝土發生收縮而形成各種裂縫[4]。噴涂納米級混凝土養護修復一體劑對混凝土進行養護，能夠完成對混凝土表面出現的各種大小不同孔隙的封閉，在混凝土表面形成密實層，阻止過多自由水過度蒸發現象的出現，使混凝土始終處于含水率相對較高的狀況，充分水化水泥，使混凝土中的骨料黏結性得到進一步提高，增強混凝土表面的抗裂性能，減少裂紋的出現，對于預防混凝土腐蝕也發揮著重要作用。

2.3 一體劑在航電工程中的應用

一體劑從研發至今，通過不同的試驗室試驗以及現場工程試驗證明一體劑具有良好的增強混凝土密實性和滲透性的作用。某航電樞紐工程位于四川省岷江干流下游河段，總裝機容量為500 MW，該樞紐啟閉機閘室建成后混凝土結構出現了一些缺陷，針對這些缺陷，項目部經研究決定采用一體劑對其進行修復，介紹了具體的修復過程。

2.3.1 修補混凝土結構裂縫

該航電工程啟閉機閘室混凝土樓板厚度為12 cm。混凝土澆筑完成后，由于養護時間較短導致樓板出現裂縫，為此，采用納米級混凝土養護修復一體劑進行了混凝土保護層噴涂施工，該材料能深入滲透到混凝土內部30～50 mm，與混凝土中的鈣離子發生化學反應，生成水化硅酸鈣結晶體充分填充到混凝土內部孔隙和細微裂縫，使混凝土的致密性更好，達到了修補混凝土裂縫的目的。具體操作方法如下：

(1)修補與清掃工程基面。對于破損較為嚴重且裂口超過0.3 mm的裂口，在實際處理時采用納米級混凝土養護修復一體劑進行修補。修補過程中，施工人員必須提前對工程基面情況進行全面調查，依據調查結果開展施工，施工時必須謹慎，避免由于馬虎、錯誤操作而降低工程質量。

(2)一次灑水與噴涂。一次灑水與噴涂時，一定要對全部防水面進行灑水。灑水作業時，工作人員必須謹慎作業，灑水時針對已經出現漏水現象的部位必須對灑水量進行調整；一次噴涂作業時，對原液用水采取1∶1的比例進行適當稀釋，完成稀釋后，作業人員用毛刷、輥子、噴霧器等設備進行涂抹，涂抹必須均勻，確保涂抹質量[5]。對所用原料需用力搖晃，搖勻后再對其進行稀釋。對于稀釋后的材料一定要進行充分攪拌后應用，完成噴涂[6]。

(3)二次灑水與噴涂。具體施工過程中，為加快一體劑的滲透速度，一定要采取低壓方式灑水且灑水必須均勻；進行二次噴涂時，原液與水呈1∶1比例進行稀釋，完成稀釋之后，與第一次涂抹作業一樣，施工人員用輥子、毛刷、噴霧器進行涂抹，涂抹稀釋液量為100 mL/m2。

(4)三次灑水。二次噴涂后，為進一步加快一體劑的滲透，還應采用低壓方式進行第三次灑水。

2.3.2 提高混凝土強度

5)測量前要自然晾干標本表面水份(或用干毛巾擦拭完標本表面水份)，要在0～5h內盡快完成電性參數測量工作[6]；

啟閉機閘房混凝土現澆立柱的設計強度為C30。針對房建工程質量、性能情況進行全面分析后最終決定：為增強混凝土的表面強度，使房建工程的質量能夠得到進一步提高、延長混凝土耐久性，采用噴涂1遍和2遍的方法進行施工。施工期間，為方便分析，對施工效果進行了對比，施工人員在作業時預留了空白組以方便在施工結束后進行對比分析[7]。施工完成后，采取回彈測試的方式檢測混凝土性能以實現對建筑工程整體質量的分析。現場施工流程為：(1)稀釋攪拌；(2)灑水濕潤；(3)噴涂材料；(4)回彈測試。三組回彈測試結果見表1。

表1 三組回彈測試結果表

由表1中的數據可以發現：噴涂一體劑后，其回彈強度一直保持且呈現顯著增長趨勢，特別是在12 d之后，噴涂2遍的混凝土回彈強度顯著增加，這一結果表明：12 d后，工程結構表面強度得到了顯著提高，對比噴涂2遍和噴涂1遍的混凝土，噴涂2遍的混凝土強度增加略高于噴涂1遍的混凝土，但從整體來說，兩者差異并不大。

3 納米級混凝土養護修復一體劑的應用優勢和適用范圍

3.1 應用優勢

納米級混凝土養護修復一體劑具有獨特的尺寸和作用原理，其與常規防水防護材料相比，在其具體應用過程中具有的優勢主要體現在以下幾個方面：

(1)抗滲透性好，滲透深。通過對核心催化劑技術進行合理應用，能夠實現對混凝土的主要成分——硅酸鹽納米化，使其滲透進入混凝土的深度得到進一步提高，在垂直方面的具體深度能夠超過190 mm，其抗滲性好，滲透深，可以提高其應用效果。

(2)具有良好的防水性。納米級混凝土養護修復一體劑的應用能夠對混凝土內部存在的各種毛細管孔隙進行全面填充，對于納米級混凝土養護修復一體劑來說，其不僅可以應用在背水面，也可以將其應用在迎水面，亦可以在潮濕面或干燥基面上施工，從而解決了常規防水涂料無法在絕對干燥面上開展施工的缺陷，提高了作業的適應性能，使修復效果得到進一步提高，充分發揮了納米級混凝土養護修復一體劑性能[8]。

(3) 整體性強，不會污染環境。采用納米級混凝土養護修復一體劑能夠使被修復的混凝土硬度和強度得到進一步提高，同時可以避免混凝土上的涂料被剝落而降低其結構性能；具體施工作業的開展不會對生態環境造成破壞，能夠在室內水泥基質和室外環境中應用，不會對生態環境造成破壞。從納米級混凝土養護修復一體劑整體性能看，其無色無味、安全環保，且其材料中不含有機溶劑。

(5)施工簡單。隨著人們對納米級混凝土養護修復一體劑研究的不斷深入，其施工技術變得逐漸成熟，整體施工簡單，能夠快速完成施工，縮短修復工期，在保證修復質量的基礎上能夠在短期內完成修復作業。

3.2 使用范圍

鑒于納米級混凝土養護修復一體劑能夠提高混凝土的密實性，因此，可以將其應用在水利水電工程的壩面，以提升水利水電工程中輸水泄水、防滲建筑物表面等各個部位的混凝土防水防護效果，其應用主要體現在以下幾個方面：

(1) 防水防氣。其可以在混凝土背水面應用以實現防水的目的。納米級混凝土養護修復一體劑的滲透深度更深，故其具有較強的抗滲性，能夠提高工程的整體質量，使其獲得更好的應用效果。同時，其亦能起到阻止二氧化碳等氣體入侵的作用，以免混凝土內部結構因潮濕而發生碳化現象，導致混凝土結構遭受破壞，影響其性能與應用。

(2)防鹽防酸。其能堵塞混凝土中的孔隙通道，進而阻擋鹽離子和酸離子，避免鹽離子和酸離子進入混凝土結構內部。該產品可以應用于海邊環境和酸性環境中的混凝土工程。

(3)養護作業開展過程中，采用納米級混凝土養護修復一體劑可以避免其表面起粉起塵，同時能夠避免混凝土結構表面出現各種裂縫。能夠密實混凝土表面，使混凝土結構的內部水分不易發生流失與蒸發，確保表層水泥能夠被充分水化，進而最大程度地減少各種裂縫的出現；可以避免混凝土表面起粉起塵等各種不良現象的出現，提高混凝土結構的質量。

(4)采用納米級混凝土養護修復一體劑，既可以對混凝土中已經出現的裂縫進行修復，亦可以作為修復混凝土結構施工縫表面的增強劑。

4 結 語

納米級混凝土養護修復一體劑從研發至今，通過試驗室性能試驗和工程具體應用情況的檢測，充分體現了其在工程施工期間具有的優勢。采用納米級混凝土養護修復一體劑施工后，混凝土結構的強度和抗滲性隨著時間推移進一步增強。同時，納米級混凝土養護修復一體劑可以使納米材料在其應用期間的優勢得到全面提高，應用范圍廣泛。