郭家村水库水工混凝土冻融破坏及修补

[摘要]诸城市现有很多水工建筑物，从目前运行看，水工混凝土比较普遍地受到了冻融剥蚀，有的已发展到相当严重的地步。冻融剥蚀会使水工建筑物的墩、板、桩等钢筋混凝土结构的有效承载面积减小，并诱发钢筋锈蚀，加速老化进程，导致结构物的承载能力和稳定性下降。

[关键词] 水工混凝土冻融破坏修补安全运行

中图分类号：TV331文献标识码： A

诸城市郭家村水库位于林家村镇郭家村南，总库容1550万立方米，2005年对水库进行除险加固，现建有溢洪闸一座，闸底板高程90.00m，闸孔总净宽24.0m，，采用4孔平面钢闸门，现在正常挡水高程在93.0m。经过几年运行发现，溢洪闸墩及两侧翼墙等挡水建筑物，在水位93.0m上下20cm水位活动区域冻融破坏严重，危及建筑物的安全运行。我们对其进行了分析并及时对破坏部位给予修补，以延长其使用寿命，确保安全运行。

1、破坏主要特征

郭家村水库挡水建筑物砼破坏主要形态特征为表面层酥松剥落，剥蚀深度在1～5cm，且面积较大，这种破坏形式一般表现为：混凝土表面起毛砂浆剥落骨料脱落，如此由表面及里逐层剥蚀，有的混凝土构件较薄，冻深大于厚度时就会发生整个断面酥松崩解现象。

2、冻融成因分祈

水工混凝土遭受冻融破坏的原因一般可归结为以下几个方面：（1）混凝土的设计抗冻标号偏低；（2）施工质量差使实际浇筑混凝土的抗冻性降低。郭家村水库在除险加固时由于当时受施工条件及时间限制，加上施工企业一些技术条件不成熟，造成挡水建筑物砼存在施工质量缺陷，例如使用了劣质水泥或掺加了不适当的混合材料、砂石骨料含过量泥土杂质、粗骨料为风化多孔性岩石，现场水灰比控制不严使水灰比偏大、混凝土浇筑振捣不密实、引气效果差、混凝土含气量不足或气泡质量不佳、施工养护不力，使表面混凝土质量下降或早期受冻等。

3、选用修补材料

根据挡水面砼破坏实际情况采用聚合物水泥砂浆（混凝土）修补。聚合物水泥砂浆（混凝土）是通过向水泥砂浆（混凝土）中掺加聚合物胶乳，我们采用丙烯酸酯共聚乳液（PAE）作为掺加剂，胶乳的掺加量按固形物计约为水泥用量的10%～15%，砂浆（混凝土）的水灰比一般为0.3左右。与普通水泥砂浆（混凝土）相比，聚合物水泥砂浆（混凝土）的抗压强度约降低0～20%，极限拉伸提高1～2倍，弹模降低10%～50%，干缩减小15%～40%，比老混凝土的粘结抗拉强度提高约1～3倍，抗裂和抗渗性大幅度提高，抗冻标号能达到D300以上，因此，聚合物水泥砂浆（混凝土）是一种非常理想的薄层冻融剥蚀修补材料。

4、修补的工艺要点

（1）清除损伤的老混凝土

必须彻底清除受到冻融作用损伤的酥松混凝土，以保证修补材料能与完好的混凝土基面获得良好的结合。施工中先采用圆片锯切槽（深5mm以上），划出要清除混凝土的范围，以便形成整齐规则的周边，周边线构成的平面图形宜为凸多边形，且边线间夹角宜不小于90°。无论选用何种凿除工具和方法都要保证不损伤周围完好的混凝土，凿除深度应均匀，避免出现薄弱断面，周边应垂直表面切除。

（2）修补体与老混凝土结合面的处理

无论采用何种性能优良的修补材料都不能省去对老混凝土基面的清理,因为任何坚固的修补材料都会由于结合面薄弱而发生脱落导致修补失败。对老混凝土基面的清理工作包括去掉表面松动的混凝土或骨料，用高压水冲洗干净或用吸尘设备吸去表面浮渣和粉尘使基面干净无油污。采用水泥基修补材料时，应达到老混凝土吸水饱和，但表面不能有明水的湿度要求。

采取适当措施增强修补体和老混凝土结合面的粘结强度对保障修补成功是十分必要的，如涂刷界面粘结剂或埋设结合锚筋，因为在现场条件下，混凝土面清理的合格率和养护条件均较差，而且修补体在初期即受环境气温变化的影响，在修补体材料凝结固化获得强度的过程中，材料的自身体积变形（固化收缩）、干缩变形和温度变化会使修补体中央区域产生拉应力，在边缘区结合面产生剪应力，当剪应力大于结合面的剪切强度时，修补体与老混凝土便在结合面边缘区域首先脱开，并逐渐发展到中央区域，最终使修补体从老混凝土基面剥离或脱落，若是修补体与老混凝土基面有局部脱开，则水分的侵入和冻胀作用便会大大加速修补体的脱落或破坏。

（3）修补材料的浇筑回填

浇筑回填修补材料宜分层施工，且在上一层修补材料浇筑完成之后尚没有初凝或完全固化之前接着浇筑下一层，如果屠与层之间的施工中出现了延误，那么就应将层面凿毛，在恢复施工时，还要涂刷或铺设新的界面粘结层，砂浆类修补材料每层厚度一般为1～2cm；混凝土类修补材料每层的厚度，以能充分振捣密实为宜。

（4）养护

水泥基修补材料强度增长较慢，需要加强早期的潮湿养护工作，以防止修补体和结合面粘结层在尚未能获得足够的抗力之前遭受损害或早期发育不良，如早期水分蒸发过多导致修补体发生于缩裂缝、起皮或表面质量下降，特别是对于浅层剥蚀修补更是这样。早期受冻会使修补体混凝土（砂浆）的内部结构严重受损，造成不可恢复的质量下降。

5、结束语

从目前郭家村修补后两年来看运行很好，没有出现修补后再被冻融破坏现象，能大大缓解水工建筑物砼冻融破坏，但冻融破坏受当地气温或建筑物具体情况不同，有很大区别，我们应针对不同情况确定不同的处理措施，才能更好地维护好水工建筑物，确保水利工程正常运行。