李 霞，李彥波，程煜淋

（北京易晟元環(huán)保工程有限公司，北京 100022）

輸水工程混凝土建筑物的病害修復(fù)和耐久性防護(hù)［1］一直是水工混凝土建筑物修補(bǔ)的難題。輸水工程混凝土構(gòu)筑物（明渠渡槽、輸水隧洞等）由于多種原因，會(huì)不可避免地存在幾個(gè)方面的問題：混凝土表面微細(xì)裂隙的滲漏對(duì)混凝土長期耐久可靠性問題、混凝土表面淡水殼菜及生物附著生長影響過水流速和流量問題、 混凝土表面粗糙度較大影響過水效率和過水安全穩(wěn)定可靠問題等。

為確保輸水工程長期安全、穩(wěn)定高效運(yùn)行，對(duì)輸水工程混凝土表面實(shí)施有效防護(hù)保護(hù)是一種必不可少的技術(shù)措施［2］。在常用的防護(hù)保護(hù)技術(shù)措施中，主要有：噴涂聚脲樹脂涂層、環(huán)氧樹脂涂層［3］、聚合物改性水泥涂料等，這類技術(shù)都統(tǒng)稱為“貼皮式”的表面防護(hù)技術(shù)， 特點(diǎn)是防護(hù)材料具有很高的與混凝土界面的黏結(jié)強(qiáng)度、 涂層本體的拉剪強(qiáng)度和優(yōu)異的表面光滑致密性等， 多年來在不同工程中得到廣泛應(yīng)用。但在應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)不足之處：此類涂層材料中含有一定量的非反應(yīng)性塑化劑或溶劑， 對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境、施工人員身體健康造成一定污染或傷害，施工過程工序繁雜、關(guān)鍵質(zhì)量節(jié)點(diǎn)多，施工周期較長，同時(shí)界面黏結(jié)疲勞性破壞［4］易導(dǎo)致整體防護(hù)失效。

1 “納米膠”混凝土耐久性防護(hù)技術(shù)［5］

混凝土結(jié)構(gòu)表層耐久性防護(hù)技術(shù)多年來一直是混凝土工程結(jié)構(gòu)和材料的重要研究方向之一， 近幾年來， 作為混凝土表層耐久性防護(hù)的革新性技術(shù)——無機(jī)納米硅酸鹽水溶液滲透結(jié)晶材料 （以下簡稱“納米膠”），在材料研究和工程應(yīng)用研究上得到快速發(fā)展。

“納米膠”是粒子粒徑為3～45 nm 的硅酸鹽水溶液，具有和水一樣的透明外觀和黏度，全無機(jī)材料組成。不同于傳統(tǒng)上的“貼皮式”有機(jī)樹脂涂層或水泥基防護(hù)涂層技術(shù)，該技術(shù)被譽(yù)為“筋骨式”防護(hù)技術(shù)。其作用機(jī)理：直接噴灑在表面潔凈的潮濕混凝土結(jié)構(gòu)表面，材料中的納米活性粒子遷移、滲透到混凝土表層深度40～70 mm，并與混凝土內(nèi)部鈣溶液反應(yīng)生產(chǎn)C-S-H 水泥凝膠體，填充固結(jié)混凝土表層結(jié)構(gòu)的毛細(xì)空隙、骨料間界面縫隙、微細(xì)裂隙等缺陷，提高混凝土表層密實(shí)度和完整性， 從而實(shí)現(xiàn)混凝土變成真正的“人工石”,避免了“貼皮式”有機(jī)樹脂涂層的弊端，對(duì)混凝土的綜合耐久性有較大提高；對(duì)混凝土的表面性能，如降糙率、抑制菌藻生長，有較大改善。

自2018 年來， 經(jīng)過中國水利水電科學(xué)研究院、中國建筑科學(xué)研究院、 交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院等權(quán)威單位測(cè)試驗(yàn)證“納米膠”材料應(yīng)用于混凝土后的綜合耐久性情況，結(jié)果如表1。并先后在很多工程中得到效果顯著的應(yīng)用，如南水北調(diào)中線、密云水庫、廣西百色水利樞紐、北京潮北河向陽閘、勝利油田防浪大堤等防護(hù)修復(fù)工程。

表1 “納米膠”應(yīng)用于C40 混凝土后的對(duì)混凝土后的耐久性變化情況

2 “納米膠”在渡槽混凝土降糙工程中的應(yīng)用

相比于環(huán)氧樹脂類防護(hù)涂層、 聚脲樹脂涂層等“貼皮式”的整體防護(hù)工藝技術(shù)的復(fù)雜性（需要人工對(duì)混凝土基面鑿毛、 需要人工涂刷基底界面劑等）、施工工藝質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)多、施工質(zhì)量難以均一、施工周期時(shí)間長等不足之處，“納米膠”材料的應(yīng)用工藝技術(shù)體現(xiàn)出高效便捷、施工質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)少等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 基底處理要求

無需對(duì)舊混凝土表面進(jìn)行打磨見到新渣， 只需去除影響滲透的表面附著物和浮皮砂礫， 使用0.3～0.8 MPa 的壓力水對(duì)混凝土表面沖洗等?；酌娴奶幚砀咝А⒈憬?。

2.2 基底干燥狀態(tài)要求

對(duì)混凝土基底表面含水率要求不高， 要求在混凝土基底表面無明水的潮濕狀態(tài)下施工。 無需讓混凝土基底面干燥處理的復(fù)雜工序。

2.3 施工工序

基底處理好后， 無需涂刷界面劑等復(fù)雜繁瑣工序，采用低壓施工設(shè)備噴灑2～3 遍，區(qū)域噴灑施工只需1 人操作，多區(qū)域可以安排多人平行噴灑施工，施工效率高，每人每小時(shí)可施工30～100 m2。傳統(tǒng)的“貼皮式”修復(fù)和防護(hù)材料需要先涂刷界面劑，等待界面劑表干后才可正式刮涂或噴涂施工， 施工相對(duì)比較緩慢，一般每人每天施工100 m2左右，工期較長。

2.4 施工后的養(yǎng)護(hù)時(shí)間短且簡單

“納米膠”每遍施工間隔一般在30～60 min，施工后保持基本環(huán)境要求，只需要關(guān)注24 h 內(nèi)不受雨水淋刷即可，無需特殊養(yǎng)護(hù)。而傳統(tǒng)的“貼皮式”修復(fù)和防護(hù)材料一般至少需養(yǎng)護(hù)3 d 以上， 且受天氣和環(huán)境影響較大。

渡槽現(xiàn)場(chǎng) “納米膠”施工照片如圖1。

圖1 渡槽現(xiàn)場(chǎng)“納米膠”施工照片

3 應(yīng)用效果

2021 年4 月在南水北調(diào)中線某渡槽段實(shí)施渡槽1#、2#、3#孔對(duì)比應(yīng)用試驗(yàn)研究，其中1#孔應(yīng)用“納米膠”產(chǎn)品和2#孔為應(yīng)用的空白對(duì)比試驗(yàn)。試驗(yàn)由中國水利水電科學(xué)研究院進(jìn)行降糙率設(shè)計(jì)、 檢測(cè)和計(jì)算評(píng)估，試驗(yàn)結(jié)果如表2。

表2 南水北調(diào)某渡槽清理前后水力參數(shù)變化情況

從表2 可看出，1#槽身清理之前的糙率為0.0130，清理并噴涂“納米膠”后的糙率為0.0105，糙率減小19.2%；2#槽身清理之前的糙率為0.0132，清理后的糙率為0.0120，糙率降低9.1%。與表面清理后的2#槽身相比，1#槽身清理并噴涂納米膠后，過流表面的糙率減小12.5%， 表面流速增加9.7%， 表明“納米膠”具有很好的降糙效果。

4 結(jié)語

輸水工程中混凝土耐久性是水工建筑安全運(yùn)行的可靠保障因素之一， 而耐久性性能下降主要是混凝土表面或淺表層在自然界和運(yùn)行環(huán)境條件下逐步劣化導(dǎo)致的， 故混凝土表面修復(fù)和防護(hù)材料及應(yīng)用技術(shù)尤為重要。 納米無機(jī)水性滲透結(jié)晶型修復(fù)和防護(hù)材料技術(shù)，具有與傳統(tǒng)“貼皮式”修復(fù)和防護(hù)材料不同的作用機(jī)理， 從微觀上有效提高混凝土淺表層密實(shí)度， 實(shí)現(xiàn)宏觀上顯著提高混凝土的綜合耐久性能，同時(shí)其應(yīng)用技術(shù)具有簡便、高效、科學(xué)可靠等優(yōu)點(diǎn)，且其應(yīng)用后不會(huì)影響后續(xù)的修復(fù)和防護(hù)工作；而“貼皮式”修復(fù)和防護(hù)材料一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題或本身耐久性問題，需耗費(fèi)更多財(cái)力和人力成本進(jìn)行修復(fù)，即工程中的“五倍律”和“十倍律”問題。因此，納米無機(jī)水性滲透結(jié)晶型修復(fù)和防護(hù)材料技術(shù)值得在輸水工程混凝土表面降糙工程中大量推廣和應(yīng)用。