水工建筑混凝土老化病害评估与处理浅探

2023-02-06

水工建筑的老化是指水工建筑在使用的过程中, 随使用时间的变长, 受各种自然因素的影响, 导致结构的安全性、耐久性和适用性降低的现象。导致水工建筑混凝土老化的因素有很多, 包括二氧化碳的侵入会造成的混凝土碳化, 空气和混凝土中的酸性离子导致钢筋锈蚀, 土壤的冻融、冰蚀会导致表层混凝土的剥落等。在这些破坏中, 由于各种因素导致的混凝土的裂缝起到了很大的作用。裂缝形成的原因包括加载、温度变化、混凝土体积收缩等, 混凝土表面裂缝越多, 宽度越大, 这些老化因素的作用会大大加强, 且大幅加快, 严重减少水工建筑的使用寿命, 影响构筑物的正常使用。

建国以后, 国内投入极大力量, 修建了大量水利设施。仅北京一地, 到80年代为止, 修建的水工建筑混凝土达到13万立方米[1]。这些工程的投入使用, 产生了极大的社会和经济效益, 但是随着使用年限的增加, 许多结构的老化病害问题非常严重, 导致工程的使用性能衰减, 效益降低, 甚至造成事故。因此, 如何对水工结构的老化病害进行检测和评估, 对老化严重建筑进行维修和加固成为摆在我们目前的重要问题。

1 水工建筑老化病害的评估方法

对水工建筑混凝土老化的评估建立在检测的基础上。对混凝土的质量检测包括了外观检查、表面混凝土质量检测和内部混凝土质量检测。其宗外观检测通常都是通过目测或者钢尺等简单工具, 来测量结构构件的外形尺寸, 表面蜂窝、孔洞、混凝土表面的裂缝、渗漏、剥落、钢筋出露等状态。而混凝土表面质量的检测可用表面硬度法、微破损法或几种方法综合的综合法等, 得出表面混凝土的抗压强度。除此之外, 还要详细记录结构各部位的裂缝状态, 检测混凝土的碳化深度、氯离子浓度, 钢筋的锈蚀状态等条件。

在得到详实的检测记录的基础上, 可以对建筑物进行老化病害评价。现在对水工建筑的老化的评价常通过三种方法进行。一种是请经验丰富的专家, 进行现场勘测, 对建筑物的耐久性进行估计。这种方法在系统的评估方式尚未建立起来之前曾是主流, 在现在的工程实践中也起着重要的参考作用。

现在最常用的方法是以调查和检测得到的数据为主要依据, 分析对照有关的标准, 对各种指标的状态进行分级, 对多种指标进行综合判断, 分级评定的实用鉴定方法。在使用这种方法之前, 需要针对评估对象建立评估模型。常见的模型通常包括了对结构耐久度有影响的诸项指标的分级标准, 各个指标对结构整体耐久度的影响权重。各种指标往往又同时受几种因素影响, 每种因素也需要给出自己的评级标准和对上一级指标的影响权重。各项因素的分级标准和权重的制定都需要参考已有经验和具体工程的特殊状况。这样通过建立一个层次分明的体系, 从低层的因素, 如不同部位的裂缝宽度, 渗流状态等因素逐项评估, 再从下向上综合, 获得整体的评估结果。对整个体系量化之后, 得到体系的整体安全性数值, 并由此判断建筑物的安全性。同时也可以得到不同构件的老化状态和主要影响因素, 为进行有针对性的处理提供依据。

该实用鉴定方法易于操作, 成熟实用, 在许多地方有成功的运用, 如湖南省豫东水利管理局对该省多座大中型水闸的老化病害评估[3]、刘柏青等人对汉江杜台分洪闸的耐久性评估[4]等, 是当前进行水工建筑老化评估的有效方法。

上述使用鉴定方法属于半经验半理论方法。对老化建筑的评估方法的进一步发展将走向理论性更强的可靠性统计分析方法。这种方法通过资料的统计分析, 运用数学计算方法来分析结构的可靠度指标, 并利用可靠度理论和概率关系, 计算结构的失效概率, 衡量结构的可靠性。这种方法建立在系统的数据资料和大量实验研究的基础上, 因而更精确。随着可靠度理论的日益成熟、计算机技术的高速发展和相关实验研究更加丰富, 这个方法已经越来越具备可操作性。现在已经有研究单位进行了相关研究并初步投入实践[5,6], 取得了不错的效果。相信这种方法会成为日后的主流。

2 水工建筑老化病害的处理

针对导致水工建筑老化病害的不同因素, 对不同程度老化的结构可以采取裂缝修补、缺陷孔洞填充、增加表面混凝土抗渗性、对严重破坏构件补强加固等方法, 或者多种方法联合使用的方案。

对于水工结构中普遍存在的裂缝, 应根据裂缝的种类、大小、水流状态、对结构的影响等因素的不同采取不同的措施。常用的施工方法包括渗透灌浆法、压力灌浆法、直接堵漏、下管堵漏等。对于呈流水甚至射流状态的裂缝, 还要先设法降低水头, 使水流放缓或暂时停止, 便于施工。而灌缝堵漏的材料则包括水泥基渗透结晶型防水材料、复合纤维混凝土、掺加聚合物的水泥砂浆类材料、新型环氧树脂类防水材料等。这些材料大多有很好的抗渗透能力, 且能很好的与原有的混凝土结合, 达到填实裂缝, 阻止渗透的目的。

在大体积的混凝土中, 由于施工质量不过关, 混凝土水灰比太大等因素, 往往容易在混凝土中形成缺陷, 在水体的长期侵蚀下形成孔洞。对于这些孔洞要及时填补。填充材料与上述用于灌缝的材料大体相同。

对混凝土表面的进行防渗处理, 是为了阻止水体对混凝土的进一步侵蚀, 保护里层混凝土。一般要求先清除已遭侵蚀、强度较低的表层混凝土, 再重新覆盖抗渗性能好的防水材料, 如无机浸渍材料、无机有机复合型防护涂料、S P C聚合物水泥砂浆等。这些材料大多质地密实, 强度较高, 能在混凝土表面形成一层防水的“硬壳”。在有些工程实践中, 也有采用SR塑性止水材料、碳纤维布等材料对混凝土进行覆盖的实例[7,8]。对于这些材料, 如果其抗渗性、粘结性、耐老化、耐侵蚀能力能满足要求, 就可以取得很好的效果。

而对于有些被严重破坏的结构, 其承载力已大幅下降, 采取上述的措施已经不能满足保证安全性。这时如果条件允许的话, 需要对这些构件进行补强加固。结构补强加固的手段包括增大截面, 替换混凝土, 植筋, 外包碳纤维, 外包钢板等, 根据现场情况、实际需求和施工技术的不同采取不同手段, 有时候甚至直接重新浇注某些构件。

摘要：本文针对国内大量水工建筑老化病害严重的问题, 建议这些建筑进行全面的耐久性评估, 并对老化严重的建筑进行处理, 提高这些水工建筑的安全性和耐久性。主要总结了常见的水工建筑的老化病害评估和处理方法, 给出自己的意见。

关键词：水工建筑,老化,评估,处理