高抗冻、抗裂混凝土（砂浆）在水库除险加固工程中的运用 5页

第08期(总第351期)吉林水利2011年08月[文章编号]1009-2846(2Ol1)08-0058--05高抗冻抗裂混凝土(砂浆)在水库除险加固工程中的运用孙凤华。王玉红(延边州安图县水利局，吉林安图133600)【摘要]安图水库建成于1968年，经30多年的运用，受冻融破坏影响，使泄洪洞进水塔及洞身等部位混凝土粉化、疏松和剥蚀，尤以塔身水住变化区为最重，骨料外露，局部钢筋外露锈蚀，严重影响水库的安全运行。北方寒冷地区水工建筑物混凝土修补加固工程中，通过采用添加优质减水剂和引气剂加固修补技术，使混凝土(砂浆)既满足较高的强度要求，又具有很好的抗冻性。通过采用加掺聚丙稀纤维技术，提高了混凝土(砂浆)早期防裂性能。历经七年多的运行。混凝土抗冻、抗裂效果明显，未出现剥蚀、开裂等情况。[关键词】水库；除险加固工程；高抗冻、抗裂混凝土[中图分类号]TV432~．1[文献标识码】B北方寒冷地区水利枢纽工程中，水工混凝土安图水库流域属于大陆性寒温带半湿润季风建筑物在运用过程中，受冻融破坏严重，给建筑气候区，季节变化明显，春季干旱多风，夏季炎物带来安全隐患，在安图水库除险加固过程中，热多雨，秋季晴凉，冬季寒冷。据明月镇气象站通过采用添加优质减水剂和引气剂加固修补技统计。多年平均气温为3．6℃。极端最高气温为术，使混凝土(砂浆)既满足较高的强度要求，37．6~12，极端最低气温为一36．5c【=，多年平均降水量又具有很好的抗冻性。通过采用加掺聚丙稀纤维为618．5mm，多年平均蒸发量为1259mm(20era蒸技术，提高了混凝土(砂浆)早期防裂性能。此发器)，多年平均风速为3．1m／s，多年平均最大风技术的应用，成功解决了混凝土加固修补的难速为18．2m／s，历年最大冻土深为1．71m(1970．4)。题安图水库工程于1964年5月开工兴建，1968年9月竣工。水库工程经过3O多年的运行，1安图水库概况泄洪洞、输水洞进水塔塔身、泄洪洞洞身及出口混凝土受冻融破坏严重，多处存在漏筋现象。延安图水库地处吉林省延边州安图县明月镇，边州水利水电勘测设计研究院于20o2年1月完距县城4kin．地理位置在东经128。35一128o55，成了安图水库除险加固的初步设计，水库除险加北纬42o54一43o1O之间。水库位于布尔哈通河固工程于2002年9月1日正式开工。由省水利支流福兴河上，控制面积370km2，是一座以防工程五处负责施工。2003年11月30日加固工洪、灌溉为主，结合城市供水、发电、养鱼等综程竣工。合利用的中型水库。水库防洪保护下游4个乡镇(石门镇，老头沟镇、铜佛寺乡，朝阳川镇)和安2混凝土破坏原因及现场检测图县城，保护人口2O万人，保护耕地12．5万亩，保护长图铁路，302国道。水库灌溉面积8．2万2．1混凝土破坏原因亩，城市年供水量730万m3，年发电量240万混凝土碳化原理是由于大气(CO2、02)水、蠡n侵蚀介质(cr等)向混凝土内部渗透、迁移而引[收稿日期】2011--03-21[作者简介】孙风华(1969一)，女，吉林延边人，本科，工程师，现从事水库管理足防汛抗旱工作。一58—n吉林水利高抗冻、抗裂混凝土(砂浆)在水库除险加固工程中的运用孙风华等2011年08月起钢筋钝化膜破坏，并产生电化学反应，使铁变度大于10era，其中尤以进水塔水位变化区混凝土成氢氧化铁的过程。钢铁生锈后，其锈蚀产物物冻融破坏最为严重。混凝土抗冻性能不满足工程体积比原来增长2-_4倍．从而在其周围的混凝要求。泄洪洞进水塔塔身高程382．8米处水平施土中产生膨胀应力．最终导致钢筋保护层顺筋向工缝已明显开裂，最大缝宽5era。应用回弹法检测裂缝、剥落，从而降低结构的承载力和稳定性，的泄洪洞和输水洞的混凝土强度推定值也均大于严重危及结构安全。在安图水库混凝土建筑物运C20，目前尚能满足原混凝土设计强度要求，但行中，受本地区属高寒山区条件影响，加上建设是在泄洪洞进水塔、泄洪洞左岸孔左侧边墙等部时间早，当时技术条件及施工条件限制，造成混位混凝土强度分布很不均匀。凝土浇筑质量较差等方面原因．造成了较大范围输水洞进水塔水位变化区混凝土冻融破坏严混凝土剥蚀，骨料外露，局部钢筋外露锈蚀。为重，大量骨料外露，局部钢筋锈蚀。输水洞洞身使混凝土修补方案科学合理，建设单位与中国水发现大小渗漏38处，其中1处严重渗漏，1处混电科学研究签定了《安图水库除险加固工程混凝凝土有淘空现象。土质量检测及修补方案》技术咨询合同，委托其从泄洪洞和输水洞各部位钻取的混凝土芯样对对需修补加固部位混凝聚土进行了现场检测。的抗压强度试验结果表明．混凝土实测抗压强度并出具了修补方案。均大于C20。但是由于混凝土浇筑质量较差，芯2oo2年9月，对水库泄洪洞进水塔、泄洪洞样表里强度存在明显差异。混凝土均匀性差。洞身和出口处的底板与边墙、输水洞进水塔等混结论：由检测结果可知。安图水库泄洪洞与凝土进行了混凝土强度、混凝土碳化深度、钢筋输水洞混凝土碳化程度较为严重，平均碳化深度锈蚀状态三方面检测。检测情况如下：已达7—24mm。尤其是在泄洪洞出口附近碳化深2．2混凝土强度检测度高达45．5mm。而该工程一般混凝土施工保护通过采用回弹法进行无损检测，根据《水工层厚度仅为15—20mill，不满足设计要求；安图混凝土试验规程》(DLrr5150—2001)回弹法检水库混凝土建筑物局部外露钢筋有锈蚀现象，为测混凝土抗压强度的方法进行。应用的仪器为重防止建筑物混凝土碳化深度的进一步发展，应采型回弹仪。除此之外，还对泄洪洞和输水洞工程取防护措施，对于已锈蚀的钢筋必须进行处理。具有代表性的部位，钻取了9个混凝土芯样，加工成直径100xl00mm圆柱体抗压试件。按照3混凝土建筑物修补加固《水工混凝土试验规程》(OLtr5150—2001)混凝土芯样强度试验方法，实测混凝土抗压强度，并3．1混凝土结构修~l,JJn固技术指标及混凝土配合对回弹法推定的混凝土强度加以复核。比设计2．3混凝土碳化检测根据检测结果。并考虑建筑物的运行工况和混凝土碳化测试方法按照《普通混凝土长期自然环境的影响，按照相关《设计规范》，确定性能和耐久性能试验》(GBJ一82—85)有关规定设计指标，利用当地材料，对所设计的砼(砂进行。浆)配合比进行实验，经实验达到相关指标后，2．4钢筋锈蚀检测按照施工技术及工艺要求进行施工。本次钢筋锈蚀的检测按照《水工混凝土试验3．1．1技术指标规程》(DL／T5150—2001)有关混凝土中钢筋半根据混凝土建筑物的检测结果。并考虑建筑电池电位方法，采用GXY一1A钢筋锈蚀测量仪进物的运行工况和自然环境的影响，依据《水工混行。凝土设计规范》SI．／T191-96；《水工建筑物抗冻2．5检测结果设计规范》SI．／r211—98；《水工混凝土施工规泄洪洞的进水塔、洞身和出口处的底板与边范》DLtr5144-2001；《水工混凝土试验规程》墙混凝土浇筑质量较差，冻融破坏较严重，多处DDT515o__2001；《水工混凝土砂骨料试验规出现较大范围混凝土剥蚀，骨料外露，局部钢筋程》D【，r5151—2oo1等要求，修补加固混凝土外露锈蚀，混凝土平均剥蚀深度达5era，最大深(砂浆)设计指标为：一59—n吉林水利高抗冻、抗裂混凝土(砂浆)在水库除险加固工程中的运用孙风华等2011年O8月1)高抗冻混凝土设计强度等级C25；抗冻性中掺用聚丙烯纤维防裂技术。粗骨料粒径5一能F'300；抗渗标号W8。10ram，和10_一20mill，掺用比例为1：l。2)纤维聚合物砂浆设计指标(28天)为：混凝土设计强度等级C25，考虑95％的施工设计抗压强度25MPa；抗冻性能F300；抗渗标号保证率，一般控制水平取0"-4．0Mpa，28天施工W8。保证抗压强度31．6Mpa。抗冻性能F30o；抗渗标3)新老混凝土界面粘接剂粘结强度≥号W8，含气量6—8％，坍落度6--8cm。2MPa。3．1．2．2泄洪洞洞身、底板修补聚合物砂浆根据以上指标要求，采取如下技术路线和试验泄洪洞洞身边墙凝土距底板lm范围凿除设计3em。泄洪洞出口保温门槽附近边墙混凝土冻融1)采用优质减水剂和引气剂，保证混凝土剥蚀较严重，在向上游5m范围内，表面全部凿(砂浆)既满足较高的强度要求，又有很好的抗冻除3era。洞身底板表面凿除3em。凿除部位全部性。回填纤维聚合物砂浆。纤维聚合物水泥砂浆具有2)选用42．5级普通硅酸盐水泥和现场材料。弹模低、抗拉强度高、抗冻和抗冲耐磨性好的特3)采用加掺聚丙稀纤维技术，提高混凝土点。(砂浆)早期防裂性能。纤维聚合物砂浆设计抗压强度25MPa，考虑4)采用混凝土表面粘接剂，加强新、老混95％的施工保证率，一般控制水平取=4．0Mpa，凝土的黏接性能。28天施工保证抗压强度31．6MPa。抗冻性能3．1．2混凝土配合比设计F30o；抗渗标号W8，含气量6％一8％，稠度3—3．1．2．1引水洞、泄洪洞进水塔塔身修补混凝土5em。引水洞、泄洪洞进水塔塔身表面凿除5em，3．2材料回填时再沿厚度方向向外延深5cm，实际回填混修补混凝土使用材料按照就地取材的原则，凝土厚度10em，设计采用一级配高抗冻混凝土。选用指标见表1。为有效控制早期混凝土微裂的产生。采取混凝土水泥：吉林省汪清县庙岭牌42．5级普通硅酸表1修补混凝土取材指标砂3．50．541．67水工混凝土施工规范宜2．2-3．053|石5—10n1lll0．711．07石1o-20l1lIl0．70l_O1水工混凝土施工规范，l，盐水泥。DIJ厂r5151—200l和有关规定和经验等进行。粗骨料：当地碎卵石5—10mm。砂：当地河3．3．1混凝土配合比和混凝土性能试验砂，细度模数F．M=3．5。混凝土水灰比选定为0．45，通过试拌、调整外加剂：北京中水科海利工程有限公司产混凝土和易性及坍落度试验及含气量试验，配比SK-2Y高效减水剂、SH—H引气剂，性能见表2。编号AT一1的是一级配混凝土，石子粒径5—聚丙稀纤维：北京中水科海利工程有限公司10ram，聚丙稀纤维用量0．9kg／m3，含气量7．0％，与中纺合作开发品，性能见表3。坍落度6．5era。配比编号AT一2的是小石混凝土，混凝土表面粘接剂：北京海利工程有限公司石子粒径5—10mm，含气量7．2％，坍落度7．0em，配制的强度／>2MPa。具体见表4。3．3试验混凝土抗压、抗渗性、抗冻性能试验。试验试验依据《水工混凝土试验规程》DL／结果表明，满足设计要求。见表5、表6。T5015—2001、《水工混凝土砂石骨料试验规程》3．3．2聚合物砂浆浆配合比和试验结果一60一n吉林水利高抗冻、抗裂混凝土(砂浆)在水库除险加固工程中的运用孙风华等2011年O8月配比编号每立方米材料用量水灰比水kg水泥kg砂率％砂kg石子kg纤维kg丙乳kg减水剂％引气剂历含气量％坍落度cm试件编号水灰比水kg砂灰比水泥kg砂kg纤维kg丙乳kg减水剂％引气荆，万舍气量％稠度锄抗压强度Mpa抗渗标号A’卜S0．321672．552213060．91040．817．65．033．1W8通过试拌、调整砂浆的稠度试验和含气量、2)支立混凝土模板，插筋也可用于支撑模板乳液掺量试验，符合要求的配合比见表7。配比的拉筋，混凝土浇筑厚度10cm。在进行混凝土编号AT—S聚合物砂浆，含气量8．2％，稠度浇筑作业时，上、下浇筑不得出现冷缝，浇筑层5cm。砂浆抗压、抗渗和抗冻性能试验，试验结面的等待时间应不大于2小时．上、下层混凝土果表明满足设计要求。的震捣按相关规程进行。3．4修补施工技术及工艺要求3．4．2泄洪洞洞洞身混凝土底板、侧墙局部淘刷3．4．1输水洞、泄洪洞进水塔塔身剥落等部位1)混凝土凿除5cm至坚硬表面后，清洗干1)剥落深度小于3cm的混凝土，凿除表面净。然后布筋，以纵、横方向安置间距为50cm，3cm至坚硬混凝土表面清洗干净．清理后的混凝直径q320crll的锚固钢筋。钢筋锚固深度不小于土表面涂表面粘接剂后，涂抹纤维聚合物水泥砂25cm，外露长度7cm，并用快速锚固剂锚固。浆，厚度与原混凝土面平齐。涂抹聚合物水泥砂绑扎qo6cm钢筋网，间距25x25cm，预留钢筋保浆表面凸凹平整度不大于5cm．如遇有钢筋锈蚀护层4cm。破坏还应进行钢筋的防锈处理。一61—n吉林水利高抗冻、抗裂混凝土(砂浆)在水库除险加固工程中的运用孙风华等2011年O8月21对于剥落深度大于5em的冲坑及两侧冲沟的混凝土部位。凿除破坏的混凝土至坚硬的表4完工时部分混凝土补强检测结果面，凿除部位的边缘(立面)要求尽量垂直于底平面，(与底平面夹角不大于120。C)。表面清洗检测部位：泄洪洞1#3#孔底板及侧墙。龄干净。然后在混凝土表面涂刷表面粘接剂，必要期90天，加固处理聚合物纤维砂浆抗压强度见时，还需在原混凝土安置锚筋以加固新老混凝土表9。的黏结，锚筋长度以距混凝土表面3cm为宜，泄洪洞洞身内壁聚合物砂浆补强平整度抽锚固深度不小于20CII1。充填小石混凝土并震捣检。抽检结果聚合物砂浆抹面平整度满足规范要密实，其表面与原混凝土表面低3em，并做成毛求，同时光滑无麻面。具体见表1O。面再涂刷表面粘接剂。涂抹纤维聚合物水泥砂浆，厚度与原混凝土面平齐，表面凸凹平整度不5运用后效果大于5cm。3．4．3混凝土(砂浆)浇筑温度安图水库水工建筑物混凝土加固补强于2003混凝土(砂浆)浇筑期间，环境最低温度应年9月完成，历经七年多的运行，输水洞、泄洪在0oC以上，混凝土模板拆除时间不早于72小洞进水塔塔身及洞身砼补强部位抗冻、抗效果明时，并应及时采取保温保湿养护工作。显。特别是塔身水位变化区未出现剥蚀、开裂等3．4．4混凝土伸缩缝及裂缝处理情况。可成功用于相关工程中。泄洪洞、输水洞伸缩缝．对有漏水处的伸缩缝进行化学灌浆防渗处理(遇水膨胀类材料)。6结语其它老化及破损伸缩缝。凿除老化混凝土及破坏的止水材料，并采用GB复合三元乙丙胶板恢复水库输、泄水建筑物在运用过程中，受北方伸缩缝的止水。寒冷气候的影响，水位变化区混凝土受冻融破坏泄洪洞、输水洞裂缝，大于0．2mm裂缝进行严重。在加固中采用高抗冻、抗渗混凝土解决了化学灌浆处理，灌浆压力不大于0．4NPa。小于常规混凝土易受冻融破坏的困扰．该技术施工工0．2mm裂缝凿4—5cm宽3-4era深槽。回填柔性艺简单，工程施工进度快，经运用实践，混凝土聚合物水泥砂浆封缝处理。效果理想。不足之处是采用聚合物砂浆补强，造在以上修补施工过程中。中国水电科学研究价相对较高为200元／平方米。但综合效益比可院派出驻现场技术代表，对各施工环节进行把取口关，确保了工程保质保量及时完工。一62—