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        混凝土襯砌板剝蝕原因及處理方案

        2020-08-19 00:26:44宗利杰
        黑龍江科學 2020年16期
        關(guān)鍵詞:抹面凍融碳化

        宗利杰

        (南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局 北京分局,北京100038)

        1 混凝土襯砌板剝蝕產(chǎn)生的原因

        混凝土襯砌板剝蝕在北方輸水渠道中是種比較常見的現(xiàn)象,造成其產(chǎn)生剝蝕裂縫的原因多種多樣,如①凍融剝蝕。北方渠道襯砌板凍融剝蝕部位主要在運行水位線附近上下30 cm的范圍內(nèi),尤其是冬季,會受溫度的影響產(chǎn)生凍融循環(huán)。當溫度達到冰點時,混凝土中的飽和水結(jié)冰,產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力,造成了破壞性膨脹,會引起混凝土性能劣化,從而導致水泥微型碎裂,失去強度。這些很小的碎裂顆粒在運行期由于受到水流作用而脫落,使得襯砌板表面出現(xiàn)了凍融剝蝕,這也是襯砌板剝蝕出現(xiàn)的最主要原因。②混凝土碳化。受環(huán)境影響,水中二氧化碳具有弱酸性,會與硅酸鹽水泥中的氫氧化鈣發(fā)生化學反應(yīng)生成碳酸鈣。而碳酸鈣的溶解度低,會沉積在混凝土的毛細孔內(nèi)。毛細孔周圍的羥鈣石會補充溶解為Ca2+和OH-,反向擴散到混凝土孔隙中,繼續(xù)與擴散進來的CO2反應(yīng),一直到孔隙液的pH值降低到8.5~9,這時混凝土的毛細孔中才不再發(fā)生這種中和反應(yīng),這也就是俗稱的混凝土碳化,即碳酸鹽化。酸性氣體如SO2、SO3等均能和Ca(OH)2進行中和反應(yīng),使混凝土碳化。碳化后的混凝土強度會降低,會隨著水流的沖刷而發(fā)生脫落,進而形成剝蝕。③水流磨蝕。渠道水中必然還有泥沙、氣泡以及冬季的浮冰。受水流沖力影響,它們會和襯砌板發(fā)生磨蝕碰撞,日積月累,混凝土就會產(chǎn)生剝蝕破壞,形成機理類似于葉輪的氣蝕。④建設(shè)期施工工藝不合理。建設(shè)期由于趕工等原因,個別混凝土襯砌板面在澆筑過程中沒有及時收面搟光。為了達到規(guī)范要求,部分施工單位在混凝土達到終凝后,采用了水泥加水的方法對襯砌板進行罩面。該方案雖然在短期內(nèi)能夠達到美化效果,但時間稍長就會出現(xiàn)“兩張皮”現(xiàn)象。澆筑期混凝土已達到終凝,散去了水化熱,補刷水泥罩面又過薄,不能達到建設(shè)目的。⑤擠壓破壞。冰期輸水時,由于北方溫度較低,在水流流速不高的情況下,水面上部會結(jié)冰,需要進行冰下輸水。當冰蓋穩(wěn)定時,有利于輸水安全,但同時也會對渠道襯砌板造成一定的壓力。白天溫度高,冰面上部分冰層會融化成水,滲入冰面和襯砌板的結(jié)合部位。而夜間溫度偏低,融化的水又會凍結(jié)成冰。水凍結(jié)成冰時,體積會變大,會給襯砌板帶來壓力。周而復始,循環(huán)往復,該部位的混凝土會疲勞變形,從而產(chǎn)生剝蝕。

        2 混凝土襯砌剝蝕的預防措施

        其一,嚴格按照規(guī)范和設(shè)計要求控制混凝土質(zhì)量,尤其是針對有抗凍、抗?jié)B要求的混凝土,在澆筑前必須要做好各項試驗。澆筑時,嚴格控制施工工藝。澆筑過程中,實行監(jiān)理制的項目必須要有監(jiān)理進行。其二,澆筑完成后,要及時進行養(yǎng)護,并按照規(guī)范及時進行保溫和灑水,避免因養(yǎng)護不當而出現(xiàn)強度不足、裂縫等缺陷。其三,盡量避免在冰期輸水。因為北方的溫度無法改變,渠道距離一般都很長,要想給渠道加個蓋子是不現(xiàn)實的。在具備條件的情況下,要盡量避免在冰期輸水,這樣既可以避免冰蓋對襯砌板產(chǎn)生壓力,又能避免襯砌板出現(xiàn)凍融剝蝕破壞。若必須進行冰期輸水,建議適當為渠道襯砌板泄壓??梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)水位或流速來實現(xiàn),避免形成太厚的冰蓋,或者對太厚且影響安全的冰蓋進行切割泄壓。其四,及時對剝蝕的混凝土進行維修養(yǎng)護,防止范圍擴大。

        3 混凝土襯砌板剝蝕的處理方法

        混凝土襯砌板厚度一般為10~15 cm,剝蝕的處理方法主要有拆除新建和表面貼補法。拆除新建是將剝蝕嚴重的襯砌板進行破碎拆除,重新澆筑混凝土襯砌板。該方案實施影響較大,費用較高,一般僅針對剝蝕特別嚴重已失去保留價值的襯砌板。

        3.1 表面貼補法施工工藝

        (1)鑿除。鑿除缺陷部位松散的混凝土。需先對擬處理部位周邊劃定處理邊界,處理邊界宜成矩形,橫平豎直??刹捎们懈顧C沿邊界線切割,界面稍向外傾,形成倒楔形,有利于修補砂漿與母體混凝土的結(jié)合緊密。應(yīng)采用電鎬、釬子等工具鑿除修補面凍融破壞的混凝土,直至密實混凝土部位。還要清除松動顆粒,清洗干凈。要對混凝土基面進行灑水潤濕,保證涂刷界面劑之前能夠使基面達到吸水飽和的潮濕狀態(tài)且基面無明水、無積水。(2)刷界面劑。界面劑的涂刷要盡可能薄而均勻、不流淌、不漏刷。(3)砂漿抹面。按要求對砂漿進行配比,攤鋪完畢要立即壓抹,注意向一個方向抹平,操作速度要快,如遇氣泡要挑破壓緊,保證表面密實,邊角接縫處要反復壓實,避免出現(xiàn)孔洞或縫隙。聚合物砂漿的涂抹厚度一般每層不超過15 mm。對于厚層修補需分層施工,層與層之間施工時間間隔以底層砂漿終凝以前為宜,間隔時間過長則需涂刷界面劑。

        3.2 抹面材料

        抹面材料作為渠道剝蝕修復用的主要材料,應(yīng)具有以下特點:無毒無害、性能穩(wěn)定、使用方便、操作簡單、粘結(jié)強度高、低自收縮、防水、抗?jié)B、抗凍。目前,市場上常見的抹面材料為普通砂漿和聚合物砂漿。普通砂漿和聚合物砂漿相比,具有造價低、強度高、保水性差等特點。強度高、保水性差會造成抹面容易開裂,而且普通砂漿粘結(jié)力較聚合物砂漿差。由于渠道襯砌板要經(jīng)受住水流的沖擊,所以常用聚合物砂漿進行抹面。聚合物砂漿造價較普通水泥砂漿要高,但它的粘結(jié)力要強于普通水泥砂漿,而且強度較水泥砂漿低,粘結(jié)牢固,不容易開裂。本研究主要推薦NE型水泥基聚合物干粉砂漿和YEC環(huán)氧涂層。

        表1 NE型水泥基聚合物干粉砂漿主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of cement-based ploymer dry-mixed mortar of NE type

        表2 YEC-Ⅲ型高韌性環(huán)氧防護涂層材料主要技術(shù)指標Tab.2 Main technical index of YEC-Ⅲ epoxy coating materials of high tenacity

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