水工混凝土建筑物的病害诊断与修补

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　　2001年10月中国水利学会水工结构专业委员会和中国水力发电学会水工及水电站专业委员会所属的水工混凝土建筑物病害修补和处理分专业委员会，在湖南张家界召开了第六届全国水工混凝土建筑物病害修补和处理技术交流大会。这次大会对近几年我国有关水工混凝土建筑物的病害检测、评估与修补、加固方面工作的新进展、新材料、新技术、新工艺等，进行了交流。

 

　　这次大会共收到57个单位提供了54篇报告，这些远非能概括近年来水工混凝土建筑物的病害诊断与修补方面所取得的新成就。根据所提供的报告，归纳起来可得到三点看法：

　　（1）水工混凝土建筑物因所受水荷载及温度变化等条件的不利影响，建成后往往带病运行，运行后又有一个老化过程，因此需要精心地检查、维护和修理才能保证其安全运行。否则，即一定期限后就会发生严重事故。

　　（2）实践经验表明，许多预防老化病害的措施，在规划设计和施工阶段就应认真考虑并实施。假如当年设计和施工人员对老化病害能有较深的认识并采用有效的预防措施，则某些严重事故原本是可以避免或延缓的，假如使用阶段对建筑物进行定期检验或检查，并对任何损坏及时修补，使轻微的损伤进一步减少到剩下的风险是允许的为止。这样，建筑物的安全使用期限将会大大延长。

　　（3）围绕着建筑物病害诊断与修补这一课题，进行了大量科研工作和工程实践，并取得了很大的进步，所有这些新发展，看来是“新技术进步开发了新的应用领域，而应用又反过来为新技术进步提供了动力”这一原则的典型例证。

 

　　水工混凝土建筑物各种病害、缺陷，大多始发于或显露于结构外表面，如裂缝、破损、磨蚀、渗漏、钢筋锈蚀以及结构外观变形等。有些病害的起因比较简单，仅根据现场仔细检查、测绘病害的形态、范围和程度，就可以分析清楚和做出判断。实际上，许多严重病害，大部分是可以用目测发现的，但目测必须系统化，由经验丰富的技术人员进行。但有一些病害的情况却很复杂，病因亦很多，需要结合具体工程条件进行多方面检测、试验或调查工程的设计、施工资料，经过综合分析后，才能得出比较清楚的认识和做出恰当的评估。

　　顺便指出，对建筑物的病害做出正确评估，一方面应重视原形观测资料的分析，在实测数据可靠的情况下，如位移、变形、渗水量、扬压力、裂缝扩展等，主要根据它们的变化趋势来评价建筑物的安全与否，这种方法简单易行，目前多以效应量的变化趋势作为评估依据；另一方面是离不开有经验的专业人员和专家相结合进行现场观察检查，以及对实测资料的全面综合分析并做出安全评价。这是因为对建筑物的安全评价，还没有达到做出规范的可能，也不可能有不变的统一标准。所以主要还是靠有丰富经验的工程技术人员，凭他们的实践经验，对各种资料做出正确的解释，并依靠从类似工程或处理类似情况得来的经验审慎地做出安全评价。

　　裂缝是混凝土建筑物最常见的病害之一，可以说，所有混凝土建筑物都有裂缝存在，只是裂缝数量的多少及危害程度有所不同而已。裂缝大体上可分为两类：一是施工期出现的裂缝，主要是湿度、干缩引起的；二是运行期出现的裂缝，其原因比较复杂，包括荷载、温度、地震、基础变形及化学反应等。有些裂缝仅从外观形态、工程特征及环境条件上就可找到原因。例如，钢筋锈蚀后的沿筋裂缝，外观上容易判别；若从混凝土密实度、保护层厚度、碳化深度等方面进行检测，将有助于深入认识并制定合理处理方案。

　　对于混凝土内部缺陷，如蜂窝、孔洞、溶蚀及混凝土疏松部位等，可采用回弹仪测强法、超声法或超声——回弹综合法、射钉法等来检测评估。近年来国内在这方面有较大发展，应用面波仪、探地雷达进行缺陷检测。探地雷达方法是一种用于确定地下介质分布的广谱电磁波技术，利用一个天线发射高频宽频带电磁波，另一个天线接收来自地下介质界面的反射波。电磁波在介质中传播时，其路径、电磁场强度与波形将随所通过介质的电性质及几何形态而变化。因此，根据接收到波的传递时间、幅度与波形资料可推断介质内部结构。这次大会有2篇文章中有报导。总之，各种类型的病害缺陷需要有与之相应的检查诊断手段，需要有经验的专业人员进行检测评估。大多数病害检测仍需要检测混凝土现实强度，最直观、最有效的手段仍是钻芯取样，同时可检查内部缺陷，如渗水路径、裂缝、孔洞、疏松夹层、混凝土与岩石接合情况等，当怀疑有碱骨料反应时，对芯样进行膨胀试验、切面观察、含碱量测定等，有助于综合分析和做出合理评价。

 

　　1、水泥基渗透结晶型防水材料

　　近年来，由于多种原因导致混凝土材料抗渗性降低的情况日趋严重，引起国内外工程界的极大关注。水泥基渗透结晶防水材料是波特兰水泥、硅沙和多种特殊的活性化学物质组成的灰色粉末状无机材料。1942年由德国化学家发明，70年代国外市场畅销，由于价格原因，直到90年代才开始进入我国市场。例如，由加拿大引进的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，如天生桥二级、大坳、安康、十三陵水库等工程均取得良好效果。这种材料的作用机理是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。一般情况下混凝土表面处理防渗漏，按比例与水拌合成浆，可以涂刷或喷涂在混凝土表面。试验表明，当表面裂缝宽度在0.3～0.5mm以内时，不必灌浆，只需用这种材料表面涂刷一层，由于活性物质渗入再次水化作用生成结晶体堵塞了裂缝，因而裂缝将逐渐自动修复。由于以上特点，可以预计，水泥基渗透结晶型防水材料将在水工混凝土建筑物防渗和补强方面得到广泛应用。同类产品还有KRYSTOL T1/T2系统防水材料等，不再赘述。

　　“水泥基渗透结晶型防水材料（GB18445-2001）”国家标准2002年起正式实施。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规定，使水泥基渗透结晶型防水材料的应用趋于规范化。

　　2、聚合物水泥砂浆类材料

　　聚合物水泥砂浆作为防渗、防腐、防冻材料已在水工混凝土建筑物修补工程中得到广泛应用。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，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。推荐采用丙烯酸聚合物改性水泥砂浆，因为它的机械性能和化学性能均优于其他胶乳。

　　据报导，清江高坝洲水利枢纽13～21坝段采用碾压混凝土外包常态混凝土作为防渗结构。由于多种因素影响使层间结合部位抗渗性能下降。为此，长江科学院推荐使用聚合物水泥砂浆防渗层，层厚5～8mm，面积2600m2，28d龄期抗压强度61.6MPa，抗折强度＞11.7MPa，抗拉强度7.4MPa，粘结抗拉强度2.9～3.7MPa，极限拉伸率336×10-6，抗渗标号S15，而且抗碳化性能和抗冻性能均优良，于2000年3月已全部施工完毕。

　　3、新型灌浆材料

　　利用环氧树脂和聚氨酯在一定条件下制备出可以形成同步互穿聚合物网络结构的新型化学灌浆材料（PU/EP-IPN）。该化灌材料综合了环氧树脂浆材和聚氨酯浆材的性能优点，浆材粘度低、凝结时间可调、强度高、变形性和可灌性都很。水下混凝土灌浆试块的粘接抗拉强度能达1.05MPa。是