论文部分内容阅读
摘 要 泰兴市天星港闸由于长期运行，闸墩存在碳化、裂缝等现象。本文介绍了对该闸混凝土工程存在问题的具体分析和解决的措施。
关键词 水闸；混凝土碳化；裂缝；加固
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0123-01
1 工程概况
泰兴市天星港闸位于长江下游左岸，泰兴市滨江镇天星社区，距长江口500米，是泰兴市骨干河道——天星港的通江控制口门，也是通南地区的通江口门之一，是泰兴长江防洪工程的重要组成部分，为保障泰兴南部地区防洪与供水安全发挥了重要作用。其主要功能是：防洪、灌溉、排涝，兼顾通航。
天星港闸系泰兴市江堤达标建设工程，泰兴市长江堤防达标建设工程指挥部根据泰州市水利局泰政水[2000]46号、泰政[2001]135号文件的批复精神，按百年一遇（洪）水位设计，二百年一遇（洪）水位校核，在原天星节制闸下游新建的节制闸。工程于2000年2月10日开工建设，2000年7月17日通过水下工程验收，2000年12月工程全面建成，2000年12月9日，通过泰州市水利工程建设质量监督站质量评定，同时通过竣工初验，初步验收工程质量等级为优良，2005年12月28日通过泰州市水利工程建设质量监督站竣工验收。工程质量为优良等级。
近年来，由于该工程所在环境的影响和长期运行的原因，节制闸闸墩部分混凝土工程出现蚀坑、剥落、碳化、裂缝现象。2011年3月市水务局堤闸养护管理处邀请扬州大学的专家对天星港闸进行了安全鉴定，完成了水闸混凝土碳化、混凝土强度等相关内容的现场检测工作，以便查清病害的程度、原因，分析可能造成的后果，为加固处理提供科学依据。本次检测包括水闸闸墩、闸门、胸墙等水工程设施，全面检测和复核了工程设备的运行状况。在8月31日省水利厅组织的安全鉴定会上，评定天星港闸主要指标均满足设计要求，工程局部缺陷已经维修，达到安全运行要求。根据《水闸安全鉴定规定》（SL214-98）规定，评定天星港工程为一类闸。建议对混凝土碳化、剥落、裂缝等问题进行处理，防止范围扩大，碳化、裂缝加重。
2 安全鉴定结果及综合分析
1）混凝土碳化。闸室的闸墩的混凝土面层都存在不同程度的碳化现象。碳化深度一般为3 mm-10 mm之间，局部处混凝土破损、剥落、钢筋外露。
混凝土的水泥凝胶体中含有大约25％的氢氧化钙，混凝土的pH值为12－13，呈强碱性。混凝土中的钢筋在这种强碱性环境中，表面会形成钝化保护膜，可以有效地抑制钢筋锈蚀。但混凝土碳化现象就是使氢氧化钙转变为碳酸钙，受环境影响，混凝土的pH值接近中性，破坏了混凝土中保护钢筋的碱性环境，导致部分混凝土碳化、钢筋锈蚀。
2）裂缝。钢筋混凝土中的裂缝是很难避免的，但对裂缝的宽度必须加以限制。裂缝的存在很易使大气中的水分的有害气体、物质传入缝隙深处，腐蚀混凝土和钢筋，严重时不仅影响结构正常使用，还可能破坏结构的整体性，影响结构的承载能力。裂缝产生的原因比较复杂。在检查中未发现基础有不均匀沉降的现象，可能是近年来受温度反复变化作用的结果。经检查发现天星港闸闸墩出现少许裂缝，缝长1 m-3 m不等，裂缝宽度不大于0.2 mm，裂缝深度为0.1 m-0.5 m不等。
经对水闸各主要结构全面、细致地检查，表明该闸存在不同程度的病害，为防止扩大、加深，必须采取有效的措施对该闸进行加固处理，确保水闸的安全运行。
3 加固设计
1）加固设计要求：①露筋：在露筋部分外围凿开5 cm的口子，将松散、破损混凝土凿除，露出钢筋，对钢筋除锈处理或切除露出部分钢筋，再涂抹聚合物纤维砂浆，增强混凝土的抗碳化能力，最后涂抹环氧树脂防腐；②碳化：对闸墩的混凝土进行防碳化处理。首先除去原有的混凝土碳化层，然后涂抹一层聚合物纤维砂浆，增强混凝土的抗碳化能力，最后涂抹环氧树脂防腐；③裂缝：对闸墩部位的网状裂缝的处理。当裂缝宽度b≤0.2 mm，在混凝土表面涂抹结构胶封闭裂缝；当裂缝宽度b＞0.2 mm时，采用压力注浆法封闭裂缝。表面涂抹聚合物纤维砂浆，最后涂抹环氧树脂防腐。这样既可长期防备有害物质的侵蚀，又有美观的作用。
2）加固材料：①聚合物纤维砂浆：聚合物纤维砂浆是一种高性能的水泥砂浆，与普通水泥砂浆相比它具有固结快、强度高、抗裂、抗折、抗冲击、抗疲劳、与混凝土粘结力强等特点。聚合物纤维砂浆主要用来修补碳化处混凝土或其它破损混凝土，可提高混凝土的抗碳化的能力；②裂缝修补胶：裂缝修补胶为混凝土裂缝灌注专用胶。它具有安全、高效、实用、粘结强度高，可灌性好的特点；③环氧树脂防腐涂料：环氧树脂具有浸入混凝土裂缝、微细孔内的性能，作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。将其涂抹在混凝土表面，可浸入混凝土内，在混凝土的表层形成防护层，具有抗酸、碱盐及其它有害气体的侵蚀作用，达到保护混凝土，防止碳化的目的。
4 施工程序及工艺要求
1）混凝土防碳化处理。①划定处理范围：根据检测结果，划定混凝土碳化的部位，确定需处理的范围；②清除混凝土碳化层：根据混凝土碳化的不同程度，采取不同的清除方法：碳化严重，碳化部位混凝土破损，钢筋外露，需将松散、破损混凝土凿除，露出钢筋，以便对钢筋除锈处理;碳化不严重，混凝土表面轻微破损，可采用手提角磨机打磨。若需处理的面积大，用冲砂机打磨的方法效果好，效率高；③清洗：用高压水枪对打磨后的混凝土表面冲洗干净，然后进行下一步的工序；④修补：对混凝土破损严重的部位，先用高标号砂浆或细石混凝土修补、填平，对外露的钢筋 进行切除、除锈或重新焊接植筋补强；⑤涂抹聚合物纤维砂浆。对碳化严重部位可在混凝土表涂抹一层聚合物纤维砂浆，厚度2 cm-3 cm。要求混凝土表湿润，但无积水，先涂刷一层混凝土界面剂，然后再涂抹砂浆。最后待砂浆固化后再涂抹环氧树脂进行防腐处理。增强混凝土的抗碳化能力。
2）混凝土裂缝处理：对裂缝宽度≤0.2 mm的裂缝均采用表面封闭法。①混凝土表面处理。除去混凝土表面松散劣质混凝土，用高压气吹除混凝土碎屑和粉尘，用水清洗混凝土表面；②涂胶。待混凝土表面干燥后用裂缝修补胶涂抹在裂缝区域内，涂胶时应用力压抹，一般涂抹2－3遍为宜；③表面防护。按设计要求，在混凝土表面再涂抹环氧树脂进行防腐处理。
5 结束语
天星港闸闸墩出现碳化，存在表面混凝土剥落、露筋及少许裂缝现象，2011年10月份市水务局堤管处组织施工单位对采取了水泥基覆层（砂浆）、涂抹裂缝修补胶和环氧树脂防腐处理的措施，取得了较好的效果，消除了潜在的安全隐患，增强了该闸的抗碳化能力，提高了运行的安全性。
参考文献
[1]高飞.浅析水工建筑物混凝土碳化、冻融、裂缝破坏及防治[J].科技创新导报,2011,5:35-35.
[2]杨建森,王培铭.盐碱溶液对混凝土碳化性能的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2007,35(3):385-389.
作者简介
唐开胜（1977—），泰兴市水务局过船闸管理所，助理工程师。
关键词 水闸；混凝土碳化；裂缝；加固
中图分类号 TU 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)031-0123-01
1 工程概况
泰兴市天星港闸位于长江下游左岸，泰兴市滨江镇天星社区，距长江口500米，是泰兴市骨干河道——天星港的通江控制口门，也是通南地区的通江口门之一，是泰兴长江防洪工程的重要组成部分，为保障泰兴南部地区防洪与供水安全发挥了重要作用。其主要功能是：防洪、灌溉、排涝，兼顾通航。
天星港闸系泰兴市江堤达标建设工程，泰兴市长江堤防达标建设工程指挥部根据泰州市水利局泰政水[2000]46号、泰政[2001]135号文件的批复精神，按百年一遇（洪）水位设计，二百年一遇（洪）水位校核，在原天星节制闸下游新建的节制闸。工程于2000年2月10日开工建设，2000年7月17日通过水下工程验收，2000年12月工程全面建成，2000年12月9日，通过泰州市水利工程建设质量监督站质量评定，同时通过竣工初验，初步验收工程质量等级为优良，2005年12月28日通过泰州市水利工程建设质量监督站竣工验收。工程质量为优良等级。
近年来，由于该工程所在环境的影响和长期运行的原因，节制闸闸墩部分混凝土工程出现蚀坑、剥落、碳化、裂缝现象。2011年3月市水务局堤闸养护管理处邀请扬州大学的专家对天星港闸进行了安全鉴定，完成了水闸混凝土碳化、混凝土强度等相关内容的现场检测工作，以便查清病害的程度、原因，分析可能造成的后果，为加固处理提供科学依据。本次检测包括水闸闸墩、闸门、胸墙等水工程设施，全面检测和复核了工程设备的运行状况。在8月31日省水利厅组织的安全鉴定会上，评定天星港闸主要指标均满足设计要求，工程局部缺陷已经维修，达到安全运行要求。根据《水闸安全鉴定规定》（SL214-98）规定，评定天星港工程为一类闸。建议对混凝土碳化、剥落、裂缝等问题进行处理，防止范围扩大，碳化、裂缝加重。
2 安全鉴定结果及综合分析
1）混凝土碳化。闸室的闸墩的混凝土面层都存在不同程度的碳化现象。碳化深度一般为3 mm-10 mm之间，局部处混凝土破损、剥落、钢筋外露。
混凝土的水泥凝胶体中含有大约25％的氢氧化钙，混凝土的pH值为12－13，呈强碱性。混凝土中的钢筋在这种强碱性环境中，表面会形成钝化保护膜，可以有效地抑制钢筋锈蚀。但混凝土碳化现象就是使氢氧化钙转变为碳酸钙，受环境影响，混凝土的pH值接近中性，破坏了混凝土中保护钢筋的碱性环境，导致部分混凝土碳化、钢筋锈蚀。
2）裂缝。钢筋混凝土中的裂缝是很难避免的，但对裂缝的宽度必须加以限制。裂缝的存在很易使大气中的水分的有害气体、物质传入缝隙深处，腐蚀混凝土和钢筋，严重时不仅影响结构正常使用，还可能破坏结构的整体性，影响结构的承载能力。裂缝产生的原因比较复杂。在检查中未发现基础有不均匀沉降的现象，可能是近年来受温度反复变化作用的结果。经检查发现天星港闸闸墩出现少许裂缝，缝长1 m-3 m不等，裂缝宽度不大于0.2 mm，裂缝深度为0.1 m-0.5 m不等。
经对水闸各主要结构全面、细致地检查，表明该闸存在不同程度的病害，为防止扩大、加深，必须采取有效的措施对该闸进行加固处理，确保水闸的安全运行。
3 加固设计
1）加固设计要求：①露筋：在露筋部分外围凿开5 cm的口子，将松散、破损混凝土凿除，露出钢筋，对钢筋除锈处理或切除露出部分钢筋，再涂抹聚合物纤维砂浆，增强混凝土的抗碳化能力，最后涂抹环氧树脂防腐；②碳化：对闸墩的混凝土进行防碳化处理。首先除去原有的混凝土碳化层，然后涂抹一层聚合物纤维砂浆，增强混凝土的抗碳化能力，最后涂抹环氧树脂防腐；③裂缝：对闸墩部位的网状裂缝的处理。当裂缝宽度b≤0.2 mm，在混凝土表面涂抹结构胶封闭裂缝；当裂缝宽度b＞0.2 mm时，采用压力注浆法封闭裂缝。表面涂抹聚合物纤维砂浆，最后涂抹环氧树脂防腐。这样既可长期防备有害物质的侵蚀，又有美观的作用。
2）加固材料：①聚合物纤维砂浆：聚合物纤维砂浆是一种高性能的水泥砂浆，与普通水泥砂浆相比它具有固结快、强度高、抗裂、抗折、抗冲击、抗疲劳、与混凝土粘结力强等特点。聚合物纤维砂浆主要用来修补碳化处混凝土或其它破损混凝土，可提高混凝土的抗碳化的能力；②裂缝修补胶：裂缝修补胶为混凝土裂缝灌注专用胶。它具有安全、高效、实用、粘结强度高，可灌性好的特点；③环氧树脂防腐涂料：环氧树脂具有浸入混凝土裂缝、微细孔内的性能，作为防腐蚀材料不但具有密实、抗水、抗渗漏好、强度高等特点，同时具有附着力强、常温操作、施工简便等良好的工艺性，而且价格适中。将其涂抹在混凝土表面，可浸入混凝土内，在混凝土的表层形成防护层，具有抗酸、碱盐及其它有害气体的侵蚀作用，达到保护混凝土，防止碳化的目的。
4 施工程序及工艺要求
1）混凝土防碳化处理。①划定处理范围：根据检测结果，划定混凝土碳化的部位，确定需处理的范围；②清除混凝土碳化层：根据混凝土碳化的不同程度，采取不同的清除方法：碳化严重，碳化部位混凝土破损，钢筋外露，需将松散、破损混凝土凿除，露出钢筋，以便对钢筋除锈处理;碳化不严重，混凝土表面轻微破损，可采用手提角磨机打磨。若需处理的面积大，用冲砂机打磨的方法效果好，效率高；③清洗：用高压水枪对打磨后的混凝土表面冲洗干净，然后进行下一步的工序；④修补：对混凝土破损严重的部位，先用高标号砂浆或细石混凝土修补、填平，对外露的钢筋 进行切除、除锈或重新焊接植筋补强；⑤涂抹聚合物纤维砂浆。对碳化严重部位可在混凝土表涂抹一层聚合物纤维砂浆，厚度2 cm-3 cm。要求混凝土表湿润，但无积水，先涂刷一层混凝土界面剂，然后再涂抹砂浆。最后待砂浆固化后再涂抹环氧树脂进行防腐处理。增强混凝土的抗碳化能力。
2）混凝土裂缝处理：对裂缝宽度≤0.2 mm的裂缝均采用表面封闭法。①混凝土表面处理。除去混凝土表面松散劣质混凝土，用高压气吹除混凝土碎屑和粉尘，用水清洗混凝土表面；②涂胶。待混凝土表面干燥后用裂缝修补胶涂抹在裂缝区域内，涂胶时应用力压抹，一般涂抹2－3遍为宜；③表面防护。按设计要求，在混凝土表面再涂抹环氧树脂进行防腐处理。
5 结束语
天星港闸闸墩出现碳化，存在表面混凝土剥落、露筋及少许裂缝现象，2011年10月份市水务局堤管处组织施工单位对采取了水泥基覆层（砂浆）、涂抹裂缝修补胶和环氧树脂防腐处理的措施，取得了较好的效果，消除了潜在的安全隐患，增强了该闸的抗碳化能力，提高了运行的安全性。
参考文献
[1]高飞.浅析水工建筑物混凝土碳化、冻融、裂缝破坏及防治[J].科技创新导报,2011,5:35-35.
[2]杨建森,王培铭.盐碱溶液对混凝土碳化性能的影响[J].同济大学学报(自然科学版),2007,35(3):385-389.
作者简介
唐开胜（1977—），泰兴市水务局过船闸管理所，助理工程师。