浅谈水工混凝土修复技术

浅谈水工混凝土修复技术钟毅,陈一民中国人民武装警察部队水电第十一支队,四川成都610036摘要在水下工程建设中,由于设计或施工不当以及恶劣的工作环境,混凝土会逐渐老化、破损,特别是在工业侵蚀环境中的建筑物和构筑物,其服务龄期远远低于设计期龄,若不及时加固,其结构性能会明显退化,很可能造成结构的破坏。结合在映电总厂三座电站震后恢复生产施工中的相关经验,探讨了水工混凝土的修复技术,论述了混凝土修复材料的几种主要类型,分析了水工混凝土的修复技术及其应用。关键词混凝土修复技术映电总厂中图分类号TV544TV7TV52文献标识码B文章编号1001221842010增120111203混凝土问世到现在已经被大量应用于桥梁、大坝、公路等建筑中,已成为用量最多、用途最广的建筑材料之一。因此,对结构进行修复,能有效地改善结构性能,延长建筑物的使用寿命,保护环境,具有显著的经济效益和社会效益。笔者探讨了混凝土修复材料的种类及其应用。1混凝土修复材料的种类近年来,国内外许多科研机构和学者针对老化的混凝土的修补材料及修补工艺进行了诸多研究,试图研究开发新材料、新工艺解决此问题。就发展进程来说,国外关于混凝土修补的实践比我们早2030年。从当前国内外的研究情况看,已经研制成功并投入市场的混凝土修补材料已越来越多,归纳起来有三大类水泥基质材料、树脂基质粘结材料和聚合物改性水泥基材料。11水泥基质材料该类材料主要有普通混凝土、普通砂浆、干拌砂浆、专用修补砂浆、纤维混凝土、水泥灌浆、低坍落度混凝土、磷酸镁混凝土和砂浆、预置集料混凝土、速凝水泥、喷射混凝土、补偿收缩混凝土、硅灰混凝土等。每种材料在作混凝土粘结材料时都有其特性。现将各种材料的优点、缺点及主要应用范围归纳如下普通混凝土的优点是来源广泛、价格便宜、生产方便、易于浇筑、养护和修整,与老混凝土性质相近,可用于水下工程缺点是其界面粘结收缩大,如引起老混凝土损坏的原因没法消除,则将影响新旧混凝土的粘结性能,导致其使用寿命大为缩短,主要用于大块修补及水下工程。普通砂浆与普通混凝土基本类似,但由于其用水量、水泥用量较大且不含粗集料,所以砂浆收缩率比混凝土大。主要用于小面积、小厚度修补工程中。水泥灌浆成本较低、生产方便、易浇筑,与混凝土相容性好,但只有当开口宽度能够通过料浆中的悬浮固体颗粒时,才能用水泥灌浆进行修补。主要用于新、旧混凝土的灌浆粘结、填充较大的静止缝及混凝土结构周围或下部的空隙修补混凝土剥落、蜂窝等。预置集料混凝土的主要特点是先在模板中预置粗集料,再灌入硅酸盐水泥砂浆,砂浆流过集料缝隙将集料粘成整体并与旧混凝土表面粘结。由于集料的骨架支撑作用,其收缩很小,特别适合于水下作业。其主要适用大体积修补及水下修补。但其砂浆要求流动性更大,不可避免地会因用水量偏大而带来一些界面粘结问题。12树脂基质粘结材料树脂基质材料是主要以高分子树脂材料作为胶粘剂的复合粘结材料。主要有树脂混凝土、有机胶粘剂等。树脂混凝土主要由有机胶结料、填料和粗骨料几部分组成。有时,为改善其某项性能,必要时也加入短纤维、减缩剂、偶联剂、阻燃剂、防老剂等外加剂。树脂混凝土早期强度高,后期强度也较高,对旧混凝土的粘接强度高,其强度影响因素多,不仅与胶结料、骨料的性能、配合比关系极为紧密,而且受龄期、养护方式的制约,对收稿日期2010201228111SICHUANWATERPOWER钟毅等浅谈水工混凝土修复技术2010年增刊1温度的敏感性大,固化收缩率比混凝土大几倍到几十倍,受力变形量和徐变大,吸水率小,抗渗性好、抗冻融性好,但价格昂贵。常用做树脂砂浆和树脂混凝土胶结材料的树脂有热固性树脂、焦油改性树脂、乙烯型单体。热固性树脂主要包括不饱和聚酷树脂、环氧树脂、映喃树脂、聚氨醋、酚醛树脂等。焦油改性树脂主要包括焦油环氧树脂、焦油氨基甲酸乙酷等。乙烯型单体主要包括甲基丙烯酸甲酷、甘油甲基丙烯酸甲酷苯乙烯等。有机胶粘剂是一种能将各种材料紧密粘合在一起且具有实用强度的物质,这里仅指应用于建筑行业中的各类有机胶粘剂,也叫建筑胶粘剂。建筑胶粘剂最主要的特征和功能是高强度粘结功能,它可以与不同弹性模量、厚薄差异很大、软质与极硬的、极小与形状复杂的厚混凝土牢固地粘接起来。有机胶粘剂主要包括天然胶粘剂及合成胶粘剂。就其作用功能而言,粘结性能较好的高分子乳液均可作为混凝土界面粘结剂使用。但为了使其性能更加全面,国内研制出了一些专门的混凝土界面粘结剂品种。按其包装而言,有双组份型与单组份型就其组份而言,有环氧乳液型、EVA乳液型、丙烯酸乳液型及其他高分子乳液型等。虽然建筑胶粘剂与老混凝土表面粘结强度高,但是,在老混凝土的维修上并不能大范围使用,其致命缺陷为价格昂贵,施工技术要求高,温度敏感性强,易老化,使用寿命短。13聚合物改性水泥基材料将聚合物乳液或粉末掺入到新拌混凝土中,必要时另加其他各种外加剂,可使混凝土的性质有显著的改变,性能能够得到明显的改善,这类材料称为聚合物改性混凝土POLYMERMODIFIEDCONCRETE,简称PMC。由于多数PMC与老混凝土粘结性能好,常常被作为老混凝土表面的粘结材料。用于混凝土砂浆改性用的聚合物有四类,即水溶性聚合物、聚合物乳液或分散体、可再分散的聚合物粉料和液体聚合物。由于我国化学工业较薄弱,聚合物生产成本较高,产品质量不能完全满足要求,因而对其的研究处于低谷,但一直有人从事这方面的研究。从长远观点看,对这一领域进行深入研究开发很有必要。用PMC修补的结构包括水工建筑、海洋以及港口建筑、普通工业与民用建筑、地下建筑结构、道路与桥梁等。目前,我国已在水工、港工、公路、桥梁及住宅等许多工程的修复、加固和防渗、防潮施工中应用,其中在水利水电工程结构和工业与民用建筑方面应用聚合物改性砂浆进行修补的最多。我部在映电总厂恢复生产项目工程中的运用也获得了良好的效果。2水工混凝土常见的修复技术21加大截面加固法在周围空间尺寸允许的情况下,在结构外侧包钢筋混凝土围套,并使其与基体起到协同作用以增大截面,提高承载力,适用于混凝土梁、板、柱等一般陆基混凝土裂缝修补。加固时,原混凝土表面应凿毛清基或凿出主筋若钢筋锈蚀严重,应凿除保护层,钢筋除锈。对于增配的钢筋和锚植筋应根据裂缝程度和外包钢筋混凝土的体积计算确定。浇筑围套混凝土前,模板与原结构均应充分湿润,然后用细石混凝土浇捣密实并养护。加大截面加固法工艺简单,适用面广,但在一定程度上会减小建筑物的使用空间,增加结构自重,而且在加固钢筋混凝土构件时,现场凿除作业的工程量较大,养护期较长,施工期内对建筑物的使用有一定影响。22表面处理法采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及渗透性防水剂等,将其涂刷于裂缝表面,恢复其防水性和耐久性,适用于对结构的强度影响不大,但会使钢筋锈蚀且有损美观的表面及深进微细裂缝的治理裂缝宽度小于02MM。对于稀而少的裂缝,可骑缝涂覆修补对于细而密的裂缝,应采用全部涂覆修补。由于其涂层较薄,涂覆材料应选用粘力强且不宜老化的材料。对于活动性裂缝应采用延伸率较大的弹性材料。表面处理法施工简单,但涂料无法深入到裂缝内部,而且我国还缺少耐久性和防水性可靠、价格适中的涂抹材料。23灌浆法将树脂浆液、水泥浆液或聚合物浆液等灌入裂缝内部,以达到恢复结构整体性、耐久性和防水性的目的,适用于宽度较大大于3MM、深度较深的裂缝,尤其是受力裂缝。灌浆法按灌浆材料112SICHUANWATERPOWER第29卷总第136期四川水力发电2010年5月可以分为水泥灌浆法和化学灌浆法。当裂缝宽度大于2MM时常采用水泥灌浆法裂缝宽度小于2MM时采用化学灌浆法,其中化学灌浆法具有粘度低、可灌性好、收缩小、粘结强度高及恢复效果好等优点。灌浆法不损伤原有结构,补后防水性和耐久性可靠,修补质量良好,但是国内目前尚无定型的化学灌浆设备,在一定程度上影响了该技术的推广与普及。24填充法沿裂缝将混凝土开凿成U型或V型槽,然后嵌填各种修补材料,以达到恢复防水性、耐久性和部分恢复结构整体性的目的,适用于补救数量少的宽大裂缝05MM和钢筋锈蚀所产生的裂缝。填充法所使用的嵌填材料视修补目的而定有环氧树脂、环氧砂浆、聚合物水泥砂浆等。对于活动性裂缝,应采用极限变形较大的延伸性材料对于锈蚀裂缝,应先加宽、加深凿槽,直至完全露出钢筋生锈的部位,彻底除锈,然后涂防锈涂料,再填充聚合物水泥砂浆、环氧砂浆等。填充法对结构有损伤,如混凝土梁、电杆、轨枕等物件不宜采用另外,目前许多单位采用环氧树脂砂浆填补,因收缩和老化的关系,长期效果均不理想。25外包钢加固法采用型钢外包于陆基混凝土四角将构件箍紧,以防止裂缝的扩展并提高结构的刚度和承载力,适用于在使用上不允许增大原构件截面尺寸,却又要较大幅度地提高截面承载能力的框架梁、柱、牛腿等大型结构及大跨结构的裂缝治理。外包钢加固分湿式和干式两种,湿式要求钢材与原构件之间采用乳胶水泥、聚合物砂浆或环氧树脂化学灌浆等方法粘结,使新旧材料之间具有良好的协同工作能力而干式则要求钢材与原构件之间没有任何粘结,虽然局部存在机械咬合及摩擦的作用,有时虽填有水泥砂浆,但当荷载达到某一值时,外包型钢与构件之间难以协调变形,不能确保新旧材料协同工作。故在采用干式加固时,应采用紧固件使钢材与混凝土表面紧密接触,以保证其共同工作。外包钢加固法施工简便,现场工作量较小,构件截面尺寸变化不大,重量增加较少,而承载能力提高显著,构件截面的刚度和延性得以改善,还能限制原构件挠度的过快增长。26粘钢加固法在混凝土构件表面用特制的粘结剂建筑结构胶粘贴钢板,以防止裂缝继续扩大,提高结构的承载力,适用于处理正常情况下一般受弯、受拉及中轻级作面的吊车梁等产生的裂缝。加固时,必须使用强度高、粘结力强、耐老化等性能良好的结构胶,而且要重视粘结施工质量。粘钢加固法工艺简便,加固施工所需的场地、空间都不很大,而且钢板粘贴到构件上一般3D即可受力使用,对生产和生活影响很小粘钢加固所用的钢板厚度一般为26MM,加固后不影响结构外观,重量增加也不多,加固效果比较明显,不仅补充了原构件的钢筋不足,而且还通过大面积的钢板粘贴,有效保护了原构件的混凝土不再产生裂缝或使己有的裂缝得到控制而不继续扩展,从而加强了结构的整体性,提高了原构件的承载能力。由于粘钢加固法是一种新技术,在国内推广应用时间不长,粘结理论研究还不成熟,再加上粘结剂的抗老化性能、徐变性对粘结强度有影响。所以,在动荷载作用下,粘钢加固的试验及理论分析等问题都有待进一步的研究。3结语混凝土结构耐久性病害导致破坏的损失相当巨大,且结构物的破坏和报废一般都是从裂缝的扩展开始,裂缝的扩展是结构破坏的初级阶段,裂缝的存在会使其承载力受到一定的削弱,同时,裂缝也会引起渗漏、过早的钢筋腐蚀乃至保护层剥落、降低持久强度等,直接导致混凝土结构耐久性失效。我国正处于基础建设高度发展时期,已建的大量水电水利工程中钢筋混凝土建筑物必将遇到一系列传统技术难以解决的复杂技术问题,为使这些工程具有更长的使用寿命,急需进行新型混凝土裂缝修复技术的研究。作者简介钟毅19782,男,四川宜宾人,工程师,学士,注册一级建造师、造价工程师,从事水利水电工程施工技术与管理工作陈一民19722,男,湖北巴东人,工程师,二级注册建造师,从事水利水电工程施工技术与管理工作责任编辑李燕辉113SICHUANWATERPOWER第29卷增刊12010年5月四川水力发电SICHUANWATERPOWERVOL29,SUPPLEMENT1MAY,2010ABSTRACTAPPLICATIONOFHOLLOWSELFDRILLINGANDGROUTINGANCHORINSLOPESUPPORTYANGBOHEBOTHEFIRSTBRANCHOFSINOHYDROENGINEERINGBUREAU7CORPORATION,PENGSHAN,SICHUAN,620860,CHINAABSTRACTDIFFICULTGEOLOGICALCONDITIONS,SUCHASWEAKSURROUNDINGROCKS,FAULTFRACTUREDZONES,LARGEDEFORMATIONDUETOHIGHINSITUSTRESSOFTENEXISTINVARIOUSTYPESOFPROJECTCONSTRUCTION,CAUSINGGREATDIFFICULTINCONSTRUCTIONOFSHOTCRETEANDROCKBOLTING,ESPECIALLYFORSEVEREHOLECOLLAPSEANDANCHORLENGTHENINGTHEREFORE,CONVENTIONALANCHORSAREINCAPABLEHOWEVER,HOLLOWSELFDRILLINGANDGROUTINGANCHORWILLCARRYOUTDRILLING,GROUTINGANDANCHORINGINTEGRALLYANDWILLWELLIMPROVESURROUNDINGROCKSINVARIOUSTYPESOFSLOPETREATMENTSSOASTOGAINEXPECTEDSUPPORTRESULTSANDSOLVEHOLEFORMINGDIFFICULTYPROBLEMSINANCHORINGINTHISPAPER,APPLICATIONOFHOLLOWSELFDRILLINGANDGROUTINGANCHORINROCKSLOPESUPPORTINFAULTFRACTUREDZONESANDCONSTRUC2TIONCONDITIONSARESUMMARIZEDKEYWORDSHOLLOWSELFDRILLINGANDGROUTINGANCHORFAULTFRACTUREDZONESROCKSLOPESUPPORTAPPLICATIONROLEOFCONSTRUCTIONOPTIMIZATIONDESIGNININTERNATIONALPROJECTMANAGEMENTCHENJUN2HONGTIANLEITHEFIRSTBRANCHOFSINOHYDROENGINEERINGBUREAU7CORPORATION,PENGSHAN,SICHUAN,620860,CHINAABSTRACTINRECENTYEARS,HYDROPOWERMARKETSOVERSEASAREBEINGEXPANDEDACTIVELY,HOWEVER,INTERNATIONALPROJECTMANAGE2MENTISINTRIALANDPRACTICEPHASESFORMOSTHYDROPOWERINDUSTRYPROFESSIONALS,WHICHINCREASESCONTRACTMANAGEMENTRISKTHEREFORE,ITISESPECIALLYIMPORTANTTOENSUREPROJECTTARGETTOBEACHIEVEDBYTECHNICALMEASURESANDCONSTRUCTIONOPTIMIZATIONDESIGNBAKUNHYDROPOWERPROJECTINMALAYSIAISONEOFEARLIESTANDLARGE2SIZEDPROJECTSOVERSEASUNDERTAKENBYOURCORPORATIONACCORDINGTOOPTIMIZATIONSCHEMESFOR“CONSTRUCTIONOPTIMIZATIONDESIGNFORCRANEBEAMOFPOWERHOUSETAILRACEPIER”AND“OPTIMIZATIONDESIGNOFTAILRACECHANNELSHAPE”PREPAREDFORCONCRETECONSTRUCTIONLOTOFTHEPROJECTWHENAUTHORSINVOLVED,IMPORTANTROLESOFCONSTRUCTIONOPTIMIZATIONDESIGNINPROJECTMANAGEMENTPROGRESS,COSTANDSAFETYCONTROLAREANALYZEDKEYWORDSINTERNATIONALPROJECTMANAGEMENTOPTIMIZATIONDESIGNFORCRANEBEAMOFPOWERHOUSETAILRACEPIEROPTIMIZATIONDE2SIGNOFTAILRACECHANNELSHAPECOSTCONTROLDESIGNANDCONSTRUCTIONOFEXCAVATIONANDSUPPORTFORLEFTBANKDIVERSIONTUNNELENTRANCESININLETANDOUTLETATGUANDIHYDROPOWERSTATIONMAZHI2FENGERTANHYDROPOWERDEVELOPMENTCOMPANYLTDCHENGDU,SICHUAN,610021,CHINAABSTRACTINTHISPAPER,TAKINGLEFTBANKDIVERSIONTUNNELATGUANDIHYDROPOWERSTATIONASANEXAMPLE,DETAILDESCRIPTIONOFDE2SIGNANDCONSTRUCTIONOFEXCAVATIONANDSUPPORTFORINLETANDOUTLETSECTIONSFORLARGE2SIZEDDIVERSIONTUNNELUNDERPOORGEOLOGICALCONDITIONSAREPRESENTED,GIVINGGUIDANCEANDREFERENCESTOTHESIMILARPROJECTSKEYWORDSGUANDIHYDROPOWERSTATIONDIVERSIONTUNNELINLETANDOUTLETDESIGNANDCONSTRUCTIONCONCRETEREPAIRTECHNOLOGYINHYDRAULICSTRUCTURESZHONGYICHENYI2MINTHEELEVENTHDETACHMENTOFTHECHINESEPEOPLESARMEDPOLICEHYDROPOWERTROOPS,CHENGDU,SICHUAN,610036,CHINAABSTRACTINCONSTRUCTIONOFUNDERWATERSTRUCTURES,CONCRETEMAYEXHIBITSPOSSIBLEAGEINGANDDETERIORATIONDUETOINADEQUATEDE2SIGNANDCONSTRUCTION,ESPECIALLYTHOSESTRUCTURESININDUSTRIALEROSIONENVIRONMENT,WHOSESERVICEAGEISMUCHSHORTERTHANDESIGNAGEWITHOUTTIMELYSTABILITYENHANCEMENT,THESTRUCTURALBEHAVIORWILLUNDERGOSIGNIFICANTDETERIORATION,CAUSINGPOSSIBLESTRUC2TURALFAILUREBYTAKINGCONSIDERATIONOFEXPERIENCESGAINEDFROMRESTORATIONCONSTRUCTIONOFYINGXIUWANMAINHYDROPOWERPLANTSTHREEHYDROPOWERSTATIONSAFTERTHEWENCHUANEARTHQUAKE,CONCRETEREPAIRTECHNOLOGYINHYDRAULICSTRUCTURESISDISCUSSEDMAINTYPESOFCONCRETEREPAIRMATERIALSAREDESCRIBEDANDAPPLICATIONOFCONCRETEREPAIRTECHNOLOGYINHYDRAULICSTRUCTURESARESTUD