東平湖進(jìn)閘混凝土碳化情況及加固措施

　　東平湖水庫是一座防洪洪水庫，系1958年興建，位于黃河由寬河道變化的過渡段上，是確保黃河下游防洪安全的重要措施之一。為了控制運(yùn)用，60年代初興建了十里堡、徐莊、耿山口三座進(jìn)湖閘，其后為防御黃河較大的洪水，增加進(jìn)湖能力，又于1966年-1980年興建了石洼、林辛、十里堡三閘進(jìn)行加固改建。隨著進(jìn)湖閘使用年限增長(zhǎng)發(fā)現(xiàn)混凝土耐久性不足，多處產(chǎn)生順筋裂縫，特別是鋼筋混凝土碳化深度發(fā)展較快，鋼筋銹蝕嚴(yán)重。對(duì)此我們及時(shí)地采取涂抹氧樹脂水泥砂漿及更新保護(hù)層等措施進(jìn)行處理，效果很好，現(xiàn)作以簡(jiǎn)要介紹。

一、進(jìn)湖閘混凝土耐久性情況調(diào)查

　　為了摸清進(jìn)湖閘混凝土破壞情況，我們于1988年汛前對(duì)5座進(jìn)湖閘混凝土進(jìn)行了全面調(diào)查。結(jié)果表明，由于設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)混凝土耐久性未提出明確要求，施工時(shí)又只注意了混凝土強(qiáng)度而忽視了耐久性，致使進(jìn)湖閘混凝土耐久性不足。水位變化區(qū)凍融剝蝕嚴(yán)重，個(gè)別部位深達(dá)50mm以上鋼筋裸露。水上部分普通發(fā)生碳化，特別是未改建的水閘，混凝土發(fā)生嚴(yán)重銹蝕，保護(hù)層脫落

　　1．未加改建的進(jìn)湖閘

　　修建徐莊、耿山口、十里堡三座進(jìn)湖閘時(shí)正是50年代末的大躍進(jìn)時(shí)期，當(dāng)時(shí)全國基建規(guī)模大，三大主材（水泥、木材、鋼材）比較缺乏，特別是水泥供應(yīng)十分緊張。為了節(jié)約水泥，在設(shè)計(jì)施工中采用了降低混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度，選用較大水灰比，甚至利用混凝土的后期強(qiáng)度等不合適的節(jié)約措施，再上所用水泥質(zhì)量差，設(shè)計(jì)時(shí)末明確提出耐久性要求，造成進(jìn)湖閘混凝土耐久性嚴(yán)重不足，裂縫縱橫，剝蝕脫落。調(diào)查情況見表1。

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　　徐莊閘系1959年10月動(dòng)工，1960年1月竣工。該閘除機(jī)座為200號(hào)，閘墩為100號(hào)混凝土外，其余均按150號(hào)混凝土設(shè)計(jì)，水灰比多為0.6-0.7,28天的抗壓強(qiáng)度平均為142kg/cm2-173 kg/cm2,混凝土不足150號(hào)的試件占18%.1978年汛前檢查時(shí),發(fā)現(xiàn)閘墩和機(jī)架橋面剝蝕嚴(yán)重,剝蝕深達(dá)20-50mm.1981年汛前又發(fā)現(xiàn)公路橋攔桿產(chǎn)生順筋裂縫。1984年第五孔機(jī)架橋大梁和上游工作大梁發(fā)現(xiàn)有順筋裂縫，縫，縫寬一般為1-5mm,并且發(fā)現(xiàn)較快。到1987年汛前工程普查時(shí)，又發(fā)現(xiàn)一、四孔上游工作橋大梁和部分保護(hù)層脫落，同時(shí)第二孔胸墻上游面也有順筋裂縫，縫寬15-20mm，鋼筋嚴(yán)重銹蝕，1988年、1989年對(duì)該閘上游工作橋大梁和第五孔機(jī)架橋大梁進(jìn)行了加固處理，處理時(shí)鋼筋銹蝕情況見表2。

　　耿山口閘，1959年10月動(dòng)工，1960年5月竣工。該閘混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度同徐莊閘，28天抗壓強(qiáng)度為15kg/cm2,-175 kg/cm2,均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。1976年發(fā)現(xiàn) 閘墩水位變化區(qū)凍融剝蝕，其后日趨嚴(yán)重。1984年汛前工程普查時(shí)又發(fā)現(xiàn)公路橋攔桿產(chǎn)生順筋裂縫，縫寬3mm。1988年汛前檢查檢查時(shí)測(cè)得混凝土碳化深度40-60 mm，已達(dá)到鋼筋的保護(hù)層。

　　十里堡老閘，1960年2月開工，1961年8月竣工，該閘設(shè)計(jì)時(shí)除機(jī)座為200號(hào)混凝土外，其余的均為150號(hào)混凝土，為節(jié)約水泥，施工時(shí)把閘中都和消力 池下層改為100號(hào)混凝土，并利用60天后期強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)依據(jù)，水灰比為0.5-0.7,28天混凝土平均強(qiáng)度為160 kg/cm2,均達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度.1978年發(fā)現(xiàn)閘墩水位變化區(qū)凍融剝蝕,公路橋而粗骨料瀑露，1981年公路橋桿產(chǎn)生順筋裂縫,1987年閘墩凍融剝蝕加重，深達(dá)50 mm，1988年汛前檢查測(cè)得混凝土碳化深度30-60 mm。

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　　2．改建后的進(jìn)湖閘

　　1976-1981年，在對(duì)石洼、林辛、十里堡三閘進(jìn)行改建時(shí)，明確提出了對(duì)混凝土耐久性的要求，水灰比嚴(yán)格控制在0.6以下,提高了混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度.,并使用了水劑等外加劑。因此，普查時(shí)改建部位除石洼閘消力坎稍有凍融剝蝕外，其余各閘各部位的混凝土都堅(jiān)硬密實(shí)，模板印痕清晰可見，碳化深度僅5-10 mm，鋼筋未產(chǎn)生銹蝕，調(diào)查情況詳見表3。

二、混凝土碳化層的處理

　　眾所，周知，混凝土是一種耐久性較好的材料，但鋼筋銹蝕會(huì)縮短混凝土的壽命。一般密實(shí)度較高的混凝土使用30-50年表面不會(huì)產(chǎn)生剝蝕，碳化深度也不會(huì)超過10mm，反之，則強(qiáng)度降低，碳化加深。水灰比大的混凝土，幾年后就會(huì)因凍融、沖刷、磨損造成表面剝蝕破壞。混凝土碳化發(fā)展較快一般20-30年碳化深度就可達(dá)30-70 mm，當(dāng)碳化深度超過保護(hù)層時(shí)鋼筋將發(fā)生銹蝕，強(qiáng)度降低，混凝土保護(hù)層被拉裂，在氧和水的作用下，鋼筋銹蝕將進(jìn)一步擴(kuò)大，進(jìn)而危及構(gòu)件的安全。根據(jù)進(jìn)湖閘各構(gòu)件的碳化情況，我們采用了以下措施。

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　　1．水泥砂漿罩面

　　此法適用于混凝土表面剝蝕比較嚴(yán)重，但碳化深度未過達(dá)到鋼筋，鋼筋也未產(chǎn)生銹蝕的部位。十里堡老閘和徐莊閘機(jī)架橋面凍融剝蝕區(qū)的處理即采用此法。施工的順序是，先鑿除表面松動(dòng)的混凝土，后用高壓水槍沖洗干凈，涼干后再用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿抹平，濕養(yǎng)護(hù)14天即可，施工的關(guān)鍵是要徹底鑿除松動(dòng)的混凝土和沖洗干凈，否則易形成“兩張皮”。

　　2．環(huán)氧樹脂水泥漿抹面

　　此法是用以隔絕空氣中的02和CO2的侵蝕，適用于混凝土表面完整、碳化較淺的情況。對(duì)徐莊、耿山口兩閘的弧形鋼琴絲網(wǎng)水泥薄殼閘門面板即用此法處理的，經(jīng)過十幾年的運(yùn)用，面板碳化深度未發(fā)展，也未發(fā)現(xiàn)鋼絲、鋼筋銹蝕的現(xiàn)象。

　　環(huán)氧樹脂水泥漿配方比例環(huán)氧樹脂1kg,二丁脂150ml，二甲苯150ml，乙二胺80 ml，水泥0.5 kg。一次不要配制過隨配隨用，不宜超過2小時(shí)。配制操作程序見附圖。

　　施工方法。先用酒精刷洗混凝土表面，涼干后刷一層環(huán)氧樹脂水泥漿，厚度以不超0.2m m為宜,待干硬后一層環(huán)氧樹脂水泥漿即可.此法防止混凝土碳化效果較好，施工工藝要求嚴(yán)格，毒性較大。

　　3．涂抹丙乳水泥砂漿

　　這種處理措施適用于混凝土碳化深度已達(dá)鋼筋，混凝土表面有細(xì)小順筋裂縫的構(gòu)件。其配制比例：丙乳凈漿配比是丙乳：砂為0.28：1：2（重量比）。施工時(shí)先在裂縫處鑿深15mm寬20mm左右的槽，沒有裂縫的部位進(jìn)行造毛，用清水沖洗干凈，晾干后刷一遍丙乳凈漿硬化后再刷一遍漿，然后用丙乳水泥砂漿補(bǔ)平，壓實(shí)壓光濕養(yǎng)護(hù)7天，最后再刷兩遍丙乳凈漿。該法的特點(diǎn)是：粘著力大，為普通水泥砂漿的4倍，毒性小，耐老化，抗侵蝕能力強(qiáng)。

　　4．保護(hù)層更新加固

　　此法適用于碳化深度超過鋼筋的保護(hù)層，表面裂縫較大，保φ護(hù)層破壞脫落的構(gòu)件。徐莊閘上游工作橋大梁采用此法處理后，經(jīng)過二年運(yùn)用，效果很好。

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　　施工方法，首先鑿除舊混凝土，凡是有順筋裂縫，保護(hù)層脫落筋處均應(yīng)將混凝土保護(hù)層和主筋附近混凝土鑿除，鑿至鋼筋無銹皮、銹斑，滲透不明顯處為止。對(duì)因銹蝕截面減少超過25%以上的鋼筋都重新焊接4φ8mm鋼筋，焊接長(zhǎng)度不小于10d(鋼筋直徑)，然后進(jìn)行人工除銹。

　　其次焊接吊鋼絲網(wǎng)。為使新老混凝土更好地結(jié)合，避免出現(xiàn)“兩張皮”情況，在主筋上焊接φ4mm長(zhǎng)15mm的鋼筋頭，間隔0.5m，然后掛上鋼絲網(wǎng)并砸彎鋼筋，吊著鋼絲網(wǎng)。

　　第三澆筑400號(hào)混凝土保護(hù)層。采用425號(hào)普通硅酸鹽水泥，水灰比0.55,一級(jí)配,加減水劑為水泥用量的5%,濕養(yǎng)護(hù)14天拆模,28天強(qiáng)度可達(dá)400kg/cm2。

　　作者簡(jiǎn)介: 陳丕虎(1962-)男，山東梁山人，高級(jí)工程師。主要從事工程建設(shè)管理與防洪治水河方面的研究。