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1、水工混凝土建筑物的修补 技术与综述,中国水利水电科学研究院结构材料所北京中水科结构与材料工程公司2002年3月,建国以来,我国兴建了大量水工建筑物，它们对国民经济的发展发挥了重要作用。由于基础和建筑物本身存在的问题，规范不完善、设计欠妥、施工方法不当、施工质量不佳、运行条件变化、运行年限增加，运行管理存在问题以及地震等不利因素，致使为数不少的水工混凝土建筑物存在不同程度的病害，有些已严重影响工程安全运行。,1、前言,据悉，在水利系统管理的83725座水库中，共有病险库30381座，其中大型水库143座，中型1092座，分别占大、中型水库的42%和41%。水库存在病险隐患，不仅威胁防洪安全，而且
2、严重影响水库兴利效益的发挥。,水利水电部门历来十分重视有关水工混凝土建筑物修补和加固工作。制定了有关的管理办法和章程，同时投入了大量资金。有关新材料、新工艺和新技术得到了开发应用，取得了良好的效果。,2001年混凝土建筑物修补和加固技术分委会在张家界召开了第六届全国水工混凝土建筑物修补和加固技术交流会。正式出版了论文集，收集了54篇论文，到会代表100多名。 下面结合目前水工混凝土建筑物修补和加固技术的新材料、新技术向大家作一些简要介绍。,2.1 水泥基渗透结晶型防水材料XYPEX水泥基渗透结晶型防水材料系列产品在上海、北京、广州等地区获得较多应用，在水工混凝土建筑物防渗修补中也逐渐得到应用，
3、如天生桥二级、大坳、安康、十三陵水库、赤峰玉瀑水电站等工程均取得良好效果。,2、新材料,这种材料的作用机理是：XYPEX特有的活性化学物质利用水泥混凝土本身固有的化学特性和多孔性，以水为载体，借助于渗透作用，在混凝土微孔及毛细管中传输，再次发生水化作用，形成不溶性的结晶并与混凝土结合成为一整体。由于结晶体填塞了微孔及毛细管孔道，从而使混凝土致密，达到永久性防水、防潮和保护钢筋、增强混凝土结构强度的效果。,水泥基渗透结晶型防水材料分为混凝土表面处理用的防水材料和内掺的混凝土本体防水剂，分别适用于混凝土表面处理防水体系和混凝土本体自防水体系。涂层可用于迎水面防渗，亦可用于背水面防渗。,同类产品还有
4、Ever Crete（永凝液）防水材料和Co.Ma.Seal（科密水）防水剂，已在工程中得到应用。,天生桥二级水电站号引水发电隧洞与号调压井混凝土表面处理,聚合物水泥砂浆是通过向水泥砂浆掺加聚合物乳胶改性而制成的一类有机无机复合材料。这类砂浆的硬化过程是：伴随着水泥水化形成水化产物刚性空间结构的同时，由于水化和水分散失使得胶乳脱水，胶粒凝聚堆积并借助毛细管力成膜，填充结晶相之间的空隙，形成聚合物相空间网状结构。聚合物相的引入提高了水泥石的密实性、粘结性，又降低了水泥石的脆性。这种以少量胶乳材料对水泥砂浆或混凝土改性后，增强其抗渗性、抗碳化和抗冻性。,2.2 聚合物水泥砂浆类材料,聚合物水泥砂浆
5、作为防渗、防腐、防冻、防冲材料已在水工混凝土建筑物修补工程中得到广泛应用。经过近20年的工程实践证明，是一种性能可靠、经济、施工方便的修补材料，目前已列入有关设计规范和施工规程，施工方法有人工涂刷、喷涂及灰浆机湿喷，大大提高了施工速度及施工质量。已研制成功并在工程中推广的聚合物有：丙烯酸、氯丁、EVA、丁苯等聚合物改性水泥砂浆。特点：与老混凝土粘接强度较高。,安康水电站溢流坝修补前的冲蚀坑,环氧砂浆具有较高的抗压、抗拉强度，较高的粘结强度和抗冲刷能力，用于裂缝表面的保护、冲蚀坑的修复等。 种类有：改性环氧砂浆、弹性环氧砂浆、水下环氧砂浆等。,2.3环氧砂浆防冲耐磨材料,2.4 环氧树脂类灌浆材
6、料 环氧树脂类灌浆液是用得最多的补强灌浆材料。其优点是粘接强度高，收缩小，固化后耐水性和化学稳定性好。环氧树脂的品种很多，在低温条件可用低温环氧树脂系列，在水下或潮湿部位可用润湿性好的水下环氧树脂系列，活动裂缝修补可用改性弹性环氧树脂系列。现在用的环氧树脂可以是无毒或低毒，尽量减少环境污染及危害施工人员的健康。 此外，国内不少优良品质的环氧树脂基灌浆材料，可用于潮湿、渗水混凝土结构裂缝修补，粘结力强、防水性能优异，粘度低，可灌入微细裂缝内。,2.5 聚氨脂灌浆材料 聚氨脂是一种有机高分子化合物。这种材料遇水发生化学变化，生成泡沫状凝胶和CO2气体，具有很强的二次扩散渗透能力，对渗水裂缝的处理特
7、别合适，许多水工建筑物的裂缝曾用聚氨脂浆液灌浆处理。水溶性聚氨脂HW和LW、油溶性聚氨脂TPT等均是防水工程中普遍使用的灌浆材料，其固结体具有遇水膨胀的特性，具有较好的弹性止水，以及吸水后膨胀止水双重止水功能，尤其适用于变形缝的漏水处理。,东风竖井漏水化学灌浆处理,2.6 涂层材料,聚合物类、环氧类、聚氨脂类。用途：坝面防渗、隧洞内水外渗、防冲层补强等,2.7 高强混凝土及高强砂浆,硅粉混凝土、硅粉钢纤维混凝土、铁矿砂石高强混凝土。,2.8 柔性止水材料,GB止水条具有很好的气密性、较好的粘接强度、极强的自粘结性和变形性，既可以不用粘结剂、在一定条件下与新浇混凝土直接粘接，又可以借助粘接剂与老
8、混凝土牢固地粘接在一起。 聚硫密封膏系双组份室温固化型防水材料，它具有良好的抗老化性和优良的耐水性、弹性、粘结性、压缩恢复性，可在连续伸缩、振动及温度变化条件下保持良好的物理性能。,GBW遇水膨胀橡胶止水材料具有一定的弹性和可塑性，遇水膨胀后塑性进一步加大，堵塞混凝土缝隙和出现的裂缝，以水止水，GBW遇水膨胀止水条系由橡胶、无机及有机吸水材料、高粘性树脂等十余种材料采用特殊工艺制造而成。 复合板材,大坳伸缩缝处理现场,松月水库上游面裂缝修补,松山水库面板冬季防渗施工,松山水库面板防渗,3.1 水下修补材料及水下修补技术取得较大进展 由国家电力总公司资助，中国水科院及南京水科院分别研制出水下嵌缝
9、止水条、水下快凝堵漏材料、PU/EP、IPN水下灌浆材料、水下伸缩缝弹性灌浆材料、水下弹性快速封堵材料等，这些材料大多采用先进的高分子互穿网络技术，曾在陈村水电站坝上游面水下伸缩缝修补和引滦入津隧洞水下底板裂缝修补工程中进行了现场应用试验，效果良好。,3 新技术、新工艺,水下不分散混凝土在众多工程中得到应用，近年来国内先后研制成UWB、NNDC、NCD等多种水下不分散剂，可以配制适用于水工薄层修补的水下不分散混凝土，已在五强溪、葛洲坝、东风、大坳等工程中获得成功应用。随着应用领域的不断扩大，对这种材料的需求也会不断增长。“水下不分散混凝土试验规程” DL/T51172000于2001年初已颁布
10、实施，对原材料的试验方法、试件成型、养护以及性能试验均作出了行业规定，使水下不分散混凝土的应用趋于规范化。,3.2 混凝土裂缝注浆技术 一种“壁可”注浆技术，则是通过橡胶管的弹性收缩压力自动完成注浆，在注入过程中始终维持约0.3MPa的压力，可以将浆液注入宽度为0.02mm裂缝末端。同时，缓慢均匀地灌浆压力可将缝隙中的空气压入混凝土毛细管中，并通过混凝土的自然呼吸作用排出，有效地避免了气阻现象，从而保证了灌浆质量。在无人看管的情况下，注浆管靠内部压力可以持续很长时间自动注浆，需要人工操作的只是用泵将浆液压入到注射管内。尽管采用低压低速注浆，却节省了大量人力和时间。,混凝土结构外表面粘贴钢板补强
11、加固技术于20世纪60年代，目前它已成为国内外适用面较广的加固技术。钢板通过粘结力强大的粘结剂与结构紧密结合为一体，共同承担荷载，对结构的抗拉、抗弯、抗剪等能力进行补强，显著提高强度和韧性，恢复承载能力，延长使用寿命。由于钢板贴合部位的混凝土受到约束，可控制已有裂缝的扩展，防止新裂缝的产生。因此，粘结剂的性能及粘贴工艺是成功与否的关键。 例：太平哨水电站闸镦混凝土裂缝修补,3.3 钢板及碳纤维补强加固新技术,碳纤维补强加固技术是利用高强度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成碳纤维增强复合材料片材，将片材用专用环氧树脂胶粘贴在结构外表面受拉或有裂缝部位，固化后与原结构形成一
12、整体，碳纤维即可与原结构共同受力。由于碳纤维分担了部分荷载，就降低了钢筋混凝土的结构的应力，从而使结构得到补强加固。由于耐久性好，施工简便，不增大截面，不增加重量，不改变外形等优点，日渐受到国内外工程界重视。,高压无气喷涂设备是为解决环氧树脂、聚氨脂等材料的快速、大面积喷涂而研制的。这是以压缩空气为动力，驱动高压泵，利用高压泵气缸与柱塞缸的面积差将压力放大。当高压喷涂材料通过特殊喷嘴喷出达到大气时，立刻剧烈膨胀，雾化成为具有一定冲力的微细颗料，呈扇形喷向受喷面。根据需要喷涂一遍至数遍，混凝土结构表面即可形成一定厚度的柔性膜层，从而达到抗冲耐磨、封闭混凝土防渗、防碳化、保护钢筋、延长结构使用寿命
13、，相对于以往施工采用人工称量、混合、手工涂刷工艺，既费工耗时，涂层质量也难以保证，可以说，是喷涂工艺的重大进步。这种方法使用方便，省工省时，比手工涂刷可提高效率5倍以上。,3.4 新的施工设备,喷涂作业采用双组分无气高压喷涂机，通过高压将树脂（组分）和固化剂（组分）在机口均匀混合，直接喷于混凝土表面。由于喷涂时不夹杂空气（无气喷涂），因此保证了涂层材料的良好粘结和高抗冲、高抗渗的效果。,一般而言，随着混凝土材料技术和设计实践、施工水平的不断进步，混凝土或钢筋混凝土建筑物经过50年或更长的使用时间，没有必要采取特殊方法对建筑物进行补强、加固、防渗处理。可是从现实情况来看，水工混凝土建筑物却存在着
14、各种各样的缺陷和病害，甚至尚未建成，就出现严重工程缺陷，或者刚投入使用，就不得不进行修补。,4 老化病害的预防,设计、施工和使用三个阶段都必须重视水工混凝土建筑物老化病害的预防措施。 在这个不断创新的年代里，人们对混凝土材料的认识，已从以往偏面追求高强度逐渐转变为采用高性能混凝土。近年来，高性能混凝土技术取得了长足进步，大量研究和工程实践表明，科学地选择材料和配合比，混凝土的性能改善还有巨大的潜力。,由于多功能外加剂中的特殊活性物质的作用，使混凝土的性能得到改善或提高，这种混凝土非常耐用，几乎完全不渗透，而且非常耐磨蚀和抗冻融，减少收缩裂纹，保护钢筋不受锈蚀。近年来对纤维加强混凝土、聚合物混凝
15、土的研究工作也已取得较大进展。聚合物基体在混凝土基体内形成，从而使混凝土材料具有较高的抗渗性、耐久性和耐磨损，已用于溢洪道、消力池及容易发生冻融破坏部位。,事实上，绝大多数水工建筑物的破坏过程都不是突然发生的，一般都有一个缓慢的从量变到质变的过程，日常认真细致的检查，经常的观测以及对其结果的分析，不仅可以发现结构的缺陷，而且可以据以确定消除缺陷的处理方案。局部细微的缺陷，如不加以维护修理，经历一定时间就可能发展成重大事故。,实践经验表明，今后应优先考虑采用新材料、新工艺、新技术维修带病运行的建筑物，把不断更新的专门技术应用于新建筑。,5、结语,修补工作是一项细致、复杂的的工作，首先要针对不同的缺陷制定出合理的修补方案，针对性的选用新的修补材料和可靠的施工工艺。做到这些只是保证了成功的一半，成功的另一半是要有一只专业施工队伍，施工前要做出合理的施工组织设计及施工中要有熟练的施工技术人员进行操作。在施工过程中要根据具体情况对施工工艺做必要的修改，以保证施工方案的落实。,谢谢大家！,
