水闸混凝土老化病害加固技术

　　王金远+张荣国+崔红霞+李芳芳
　　摘要：本文详细分析了水闸混凝土老化病害产生的机理，对水闸混凝土碳化、裂缝、渗漏、剥蚀等老化病害的加固处理措施、方法以及所使用的材料进行了详尽的分析研究和描述。
　　关键词：混凝土加固；剥蚀破坏处理；结构补强
　　组成水闸的建筑物采用混凝土或钢筋混凝土结构修建时，通称为水闸混凝土。水闸混凝土老化病害主要有碳化、裂缝、渗漏、剥蚀等，常用的加固改造措施可归纳为碳化防护、裂缝修补、渗漏处理、剥蚀破坏处理、结构补强加固等。
　　一、碳化防护
　　混凝土碳化的机理：钢筋混凝土是一种优质的复合材料，它集混凝土的高抗压强度与钢筋的高抗拉强度于一体。钢筋混凝土的优越性在水闸工程中是显而易见的，但是由于种种原因，混凝土的耐久性能往往不足，导致水闸混凝土结构的部分损坏或全部破坏，造成巨大的经济损失。
　　混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。
　　从以上所述可知，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱，出现钢筋锈蚀露筋现象，降低了结构强度和刚度。
　　二、裂缝修补
　　（一）裂缝的主要类型
　　水闸混凝土裂缝主要由荷载、温度、干缩、地基变形、钢筋锈蚀、碱骨料反应、地基冻胀、混凝土质量差、水泥水化热温升等原因引起的，常见的裂缝有以下几种类型。
　　①沉降裂缝。水闸底板、铺盖、护坦和边墙等部位，因不能适应不均匀沉降（地基不均或荷载不均）而开裂产生裂缝。
　　②温度裂缝。水闸底板、铺盖、护坦受地基（特别是岩基）的约束，这些受约束的构件在温度变化过程中因不能自由伸缩，常常在温度下降时因拉力过大而开裂形成裂缝。
　　③应力裂缝。应力裂缝是因设计时配置钢筋不够，施工质量不符合要求，或长期超负荷运行，地震作用等产的裂缝。
　　④施工裂缝。施工裂缝是常见的一种裂缝，如果处理达不到要求，在水闸改建和扩建中，新旧混凝土的结合部位就会产生施工裂缝。
　　⑤腐蚀裂缝。腐蚀裂缝是因为沿海或污染环境的腐蚀作用，使混凝土中的钢筋锈蚀而产生的裂缝，这种裂缝顺着钢筋发展，便混凝土顺钢筋脱落。
　　（二）裂缝的修补方法
　　水闸混凝土裂缝的出现，不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。
　　因此根据裂缝的性质和具体情况我们要区别对待、及时处理，以保证建筑物的正常使用。
　　水闸混凝土裂缝修补，目的是恢复其整体性、耐久性和抗渗性，一般宜在低水头和易于修补材料凝固的环境条件下进行。常用的混凝土裂缝的修补方法有：表面处理法、填充法、结构加固法、电化学防护法和仿生自愈合法等。
　　①表面修补法是一种简单、常见的修补方法，包括表面涂抹法和表面贴面法。
　　②填充法（嵌缝法）。填充法主要适用于修补水平面上较宽的裂缝（大于0.3mm），根据裂缝的情况，可以直接向缝内填入不同黏度的树脂。
　　③结构加固法。结构加固法是在结构构件外部或结构裂缝四周浇筑钢筋混凝土的护套或包钢筋、型钢龙骨，将结构构件箍紧，以增加结构构件受力面积，提高结构的刚度和承载力的一种结构补强加固方法。
　　④电化学防护法。电化学防腐是利用施加电场在介质中的电化学作用，改变混凝土或钢筋混凝土中的离子分布状态，提高钢筋周围的pH值，钝化钢筋，以达到有效防腐的目的。
　　⑤仿生自愈合法。仿生自愈合法是一种新的裂缝处理方法。
　　三、渗漏处理
　　（一）渗漏处理的原则
　　水闸混凝土渗漏处理的目的，在于消除渗漏给水闸混凝土建筑物带来的诸多危害，提高结构物的安全性、耐久性，延长其使用寿命。
　　（二）渗漏处理的方法
　　渗漏主要是由混凝土密实性较差、出现裂缝、伸缩缝止水失效等原因引起的，常见类型有点渗漏、线渗漏和面渗漏。对于不同的渗漏，其处理方法不同。
　　①点渗漏的处理点渗漏又称为孔眼渗漏或集中渗漏。根据水压力的大小和孔洞的大小，可采用直接堵漏法、下管堵漏法、木楔堵漏法、灌浆堵漏法等，这些方法均属于背水面堵漏。
　　②大面积散渗处理。处理大面积渗漏水应尽量先将水位降低，是能在无水情况下直接进行施工操作，且最好能在迎水面完成作业。
　　③变形缝渗漏处理处理。水闸混凝土建筑物变形缝止水失效而造成的渗漏，常用的方法有：嵌填止水密封材料法、环氧粘贴橡胶板等止水材料法、锚固橡胶板等止水材料法、灌浆堵漏法。
　　④渗漏裂缝的处理。无渗漏水或者水头较低、渗水压力较低、渗漏水量较小时，是修补渗漏裂缝的最佳时机，修补处理已在裂缝基本稳定的状况下进行。
　　根據裂缝渗漏水的流量、流速和静水压力不同，采用不同的导出渗流止漏的方法，常用的有直接堵漏法、埋管导渗法、压力灌浆堵漏法。