呂 垚

（江西信江水利電力勘察設(shè)計(jì)有限公司，江西 上饒 334600）

0 引 言

引水隧洞是工程建設(shè)中經(jīng)常選用的一種施工類型，在建設(shè)的過程中，主要依靠鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，利用其作為隧洞的永久襯砌。在施工和隧洞后期運(yùn)行的過程中，混凝土結(jié)構(gòu)上都可能出現(xiàn)裂縫，由其引發(fā)的安全事故頻繁發(fā)生，因此應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)負(fù)責(zé)人員的高度重視，并將混凝土結(jié)構(gòu)修補(bǔ)作為重點(diǎn)研究內(nèi)容[1]。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)裂縫時，常見的修補(bǔ)材料包括兩種，一種為有機(jī)物材料類，另一種為無機(jī)物材料類[2]?；炷亮芽p的修補(bǔ)效果主要取決于新材料與舊材料臨界位置上的粘結(jié)力。在利用有機(jī)材料完成修補(bǔ)時，通常使用環(huán)氧樹脂，利用這一材料的強(qiáng)粘結(jié)性實(shí)現(xiàn)修補(bǔ)[3]。只有在新舊臨界面上具備良好的粘結(jié)強(qiáng)度，才能夠確?；炷琳w承載力的提升。因此，為了進(jìn)一步提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗侵蝕性，本文將開展下述實(shí)驗(yàn)研究。

1 實(shí)驗(yàn)對象與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)研究對象

為實(shí)現(xiàn)對引水隧洞混凝土結(jié)構(gòu)裂縫在修補(bǔ)完成后抗侵蝕性能的探究，選擇以某引水隧洞施工項(xiàng)目為例，針對該工程項(xiàng)目中使用的混凝土材料，對其在修補(bǔ)后的抗侵蝕性進(jìn)行具體分析[4]。該引水隧洞施工項(xiàng)目中共包含5條輸水隧洞，其總長度為135km。在施工過程中，利用全斷面挖掘機(jī)進(jìn)行施工，其總長度為117km，縱向坡度為1/3000和1/2130，相應(yīng)的洞口橫截面直徑為6.2～7.5m。采用鉆爆法進(jìn)行施工，鉆爆施工長度為25km，在鉆爆施工時隧洞斷面結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形，縱向坡度為1/5600和1/4000，對應(yīng)的洞口橫截面直徑為6.2～7.5m。該引水隧洞巖石破碎較為嚴(yán)重，并且在隧洞的周圍存在不穩(wěn)定的圍巖，自穩(wěn)能力較弱，屬于IV類型圍巖[5]。施工過程中所使用的混凝土材料包含三種不同等級，分別為C50等級、PEC50等級和C60等級，表1為三種等級下混凝土材料的力學(xué)性能記錄表。

表1 三種等級混凝土材料的力學(xué)性能記錄表

在對混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)時，采用NR修補(bǔ)材料，該材料密度為1.13g/cm3；粘度為100～500MPa·s；拉伸強(qiáng)度為20～40MPa；彎曲強(qiáng)度為40～90MPa。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備

在對上述混凝土結(jié)構(gòu)澆筑材料進(jìn)行制備時，所需材料包括水泥、粉煤灰、砂、石子、水等，除此之外，根據(jù)混凝土制備條件，添加適量減水劑和聚丙烯纖維[6]。選擇的水泥材料為52.5MPa硅酸鹽水泥，該規(guī)格水泥符合混凝土材料配比的基本性能要求，澆筑材料當(dāng)中的細(xì)集料采用細(xì)度模數(shù)為2.1的河沙；粗集料采用粒徑在5.5～25.5mm范圍內(nèi)的玄武巖碎石[7]。上述三種不同等級的混凝土采用的材料配合比均不同，表2為三種等級混凝土配合比對應(yīng)表。

表2三種等級混凝土配合比對應(yīng)表 kg/m3

本文實(shí)驗(yàn)當(dāng)中選用的聚丙烯纖維的單絲纖度≤2.2 dtex；燃點(diǎn)為590℃，將其應(yīng)用到對混凝土澆筑材料的制備當(dāng)中可以有效提高混凝土的抗裂性、抗?jié)B性以及抗沖模性[8]。同時，材料當(dāng)中的聚丙烯纖維能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布，以期能夠起到良好的微配筋作用，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的完整性，避免混凝土結(jié)構(gòu)受到?jīng)_擊時產(chǎn)生分散成許多碎片問題產(chǎn)生[9]。

針對上述實(shí)驗(yàn)研究對象，為實(shí)現(xiàn)對混凝土抗壓強(qiáng)度的測定，選擇型號為YAW-30T的非金屬材料巖石萬能試驗(yàn)機(jī)作為實(shí)驗(yàn)的測量設(shè)備。YAW-30T試驗(yàn)機(jī)的電源為220V；重量為500kg；測力精度為1N；測力范圍在12～300KN之間；控制方式為微機(jī)控制；壓板尺寸為125mm；壓縮空間為200mm；試驗(yàn)行程為100mm；兩個立柱之間的間距為300mm；試驗(yàn)速度為0.05～50mm/min[10]。同時，利用該實(shí)驗(yàn)設(shè)備在對混凝土的抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測量時，其相對誤差不超過±1%，充分符合本文實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精度要求，也能夠使實(shí)驗(yàn)最終得出的結(jié)論更具備說服力。

1.3 實(shí)驗(yàn)分析方法

在實(shí)驗(yàn)過程中，通過對氯離子滲透情況的探究可實(shí)現(xiàn)對混凝土裂縫修補(bǔ)后氯鹽侵蝕性的直觀分析。在實(shí)驗(yàn)過程中，結(jié)合NEL法對混凝土結(jié)構(gòu)上氯離子滲透情況進(jìn)行測定，在實(shí)驗(yàn)開始前對本文實(shí)驗(yàn)的研究對象進(jìn)行真空飽鹽處理。在實(shí)驗(yàn)開始時，將試件表面的水分擦干，并將其放置在規(guī)格為Φ50mm的夾具當(dāng)中，針對其進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。對其表面上產(chǎn)生的裂縫結(jié)構(gòu)利用上述選擇的NR修補(bǔ)材料進(jìn)行修補(bǔ)。在完成對混凝土裂縫的修補(bǔ)后，為探究其抗氯鹽侵蝕性能，選擇將Cl的擴(kuò)散系數(shù)作為評價指標(biāo)，Cl擴(kuò)散系數(shù)越大，則說明修補(bǔ)后混凝土抗氯鹽侵蝕性能越差，反之Cl擴(kuò)散系數(shù)越小，則說明修補(bǔ)后混凝土抗氯鹽侵蝕性能越強(qiáng)。Cl擴(kuò)散系數(shù)可通過下述公式計(jì)算得出：

上述公式中，D表示為混凝土裂縫修補(bǔ)后受到氯鹽侵蝕時Cl的擴(kuò)散系數(shù)；P表示為周圍環(huán)境中的氣體總壓，單位為Pa；T表示為周圍環(huán)境中的氣體溫度，單位為K；M表示為氯鹽中各物質(zhì)組成的摩爾質(zhì)量，單位為kg/kmol；v1和v2表示為氯鹽當(dāng)中兩種分子的擴(kuò)散體積。通常情況下，氯鹽侵蝕時，在環(huán)境溫度為272K時，Cl的擴(kuò)散系數(shù)為1.25，將這一數(shù)據(jù)作為依據(jù)，為后續(xù)抗氯鹽侵蝕性能分析提供依據(jù)。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 修補(bǔ)后混凝土抗氯鹽侵蝕性能分析

按照上述實(shí)驗(yàn)方法，先針對完成修補(bǔ)后混凝土結(jié)構(gòu)的抗氯鹽侵蝕性能進(jìn)行分析。將通過上述公式計(jì)算得出的Cl的擴(kuò)散系數(shù)記錄，并將相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，繪制成如圖1所示的混凝土裂縫修補(bǔ)后Cl擴(kuò)散系數(shù)統(tǒng)計(jì)圖。

圖1 混凝土裂縫修補(bǔ)后Cl擴(kuò)散系數(shù)變化圖

從圖1得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，三種不同強(qiáng)度等級的混凝土材料，其在修補(bǔ)前后基體的Cl擴(kuò)散系數(shù)均超過了1.5×10-8，基體修補(bǔ)前Cl擴(kuò)散系數(shù)按照從大到小的排序依次為：C50＞PFC50＞C60；修補(bǔ)后Cl擴(kuò)散系數(shù)按照從大到小的排序依次為：PFC50＞ C50＞C60。同時，C50混凝土本身修補(bǔ)前的Cl擴(kuò)散系數(shù)與修補(bǔ)后相比更大；PFC50等級混凝土本身修補(bǔ)前的Cl擴(kuò)散系數(shù)與修補(bǔ)后相比更大；C60等級混凝土本身修補(bǔ)前的Cl擴(kuò)散系數(shù)與修補(bǔ)后相比更小。通過上述Cl擴(kuò)散系數(shù)可以進(jìn)一步分析得出修補(bǔ)后混凝土的抗Cl滲透性能的優(yōu)劣。結(jié)合圖1所示內(nèi)容可以進(jìn)一步分析得出，采用NR修補(bǔ)材料對混凝土裂縫進(jìn)行修補(bǔ)時，該材料能夠針對C50等級混凝土提供更有效的修補(bǔ)效果，有效降低了Cl離子的擴(kuò)散。修補(bǔ)材料在完成對混凝土裂縫的修補(bǔ)后，其與混凝土基體之間出現(xiàn)了粘結(jié)，而粘結(jié)程度會在極大程度上影響到混凝土結(jié)構(gòu)對Cl離子的抗?jié)B透能力。從實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果可以看出，修補(bǔ)材料能夠使其與混凝土基體之間形成良好的粘結(jié)效果，并且能夠在裂縫修補(bǔ)位置上形成致密的封閉結(jié)構(gòu)。在這一結(jié)構(gòu)的作用下，修補(bǔ)界面上的水分逐漸降低，因此對于材料固化成膜而言具有一定促進(jìn)作用，實(shí)現(xiàn)對微裂縫、毛細(xì)孔等結(jié)構(gòu)的封堵，除C60等級混凝土材料以外，NR修補(bǔ)材料針對其他兩種混凝土材料均具有良好的抗Cl離子滲透能力的改善作用。2.2 修補(bǔ)后混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能分析

完成上述對修補(bǔ)后混凝土抗氯鹽侵蝕性能分析后，再針對修補(bǔ)后混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能進(jìn)行探究。將抗壓強(qiáng)度作為評價混凝土修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕性能的量化評價指標(biāo)。若修補(bǔ)后的抗壓強(qiáng)度越高，則說明混凝土修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕性能越強(qiáng)；反之，混凝土的抗壓強(qiáng)度越低，則說明混凝土修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕性能越弱。根據(jù)上述論述，將利用YAW-30T的非金屬材料巖石萬能試驗(yàn)機(jī)測得的混凝土試件抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)記錄如表3所示。

表3 修補(bǔ)后混凝土抗壓強(qiáng)度記錄表

結(jié)合表3中的數(shù)據(jù)可以看出，在利用NR修補(bǔ)材料完成對三種不同類型混凝土的裂縫修補(bǔ)后，各個混凝土的抗壓強(qiáng)度均得到提升，但提升程度不同。其中，混凝土PFC50類型修補(bǔ)前后抗壓強(qiáng)度對比差值最大，說明NR修補(bǔ)材料對于這一類型混凝土的裂縫修補(bǔ)具有更強(qiáng)的促進(jìn)作用。通過上述論述，從混凝土的抗壓強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)對其修補(bǔ)后抗硫酸鹽侵蝕性能的分析，因此結(jié)合上述得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，NR修補(bǔ)材料針對三種混凝土類型對其裂縫進(jìn)行修補(bǔ)時，針對PFC50類型混凝土的提升程度更明顯。進(jìn)一步分析得出，NR修補(bǔ)材料本身具有良好的抗硫酸鹽侵蝕能力，并且在修補(bǔ)的過程中，在修補(bǔ)裂縫位置上形成更加致密且光滑的封閉層結(jié)構(gòu)，能夠有效阻止硫酸鹽當(dāng)中SO42-離子進(jìn)入到混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)中，以此達(dá)到提升混凝土抗硫酸鹽侵蝕性能的提升。

3 結(jié) 語

通過本文上述論述，選擇以某引水隧洞建設(shè)工程項(xiàng)目為例，針對該工程中使用的混凝土構(gòu)件作為實(shí)驗(yàn)研究對象，針對其表面產(chǎn)生的裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，并對修補(bǔ)后混凝土的抗侵蝕性進(jìn)行分析。本文從抗氯鹽侵蝕性和抗硫酸鹽侵蝕性共兩個方面進(jìn)行探究，從得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析得出NR修補(bǔ)材料的應(yīng)用可行性方案。結(jié)合本文上述論述得出的結(jié)論，針對其他相似工程項(xiàng)目中的混凝土裂縫進(jìn)行修補(bǔ)可針對性地選擇能夠促進(jìn)混凝土基體抗壓強(qiáng)度和抗Cl擴(kuò)散的修補(bǔ)材料。

以此確保得到預(yù)期的混凝土裂縫修補(bǔ)效果，確保引水隧洞工程的質(zhì)量和運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。