水工结构混凝土老化的检测与评估

摘　要：本文针对国内大量水工建筑老化病害严重的问题，建议这些建筑进行全面的耐久性评估，并对老化严重的建筑进行处理，提高这些水工建筑的安全性和耐久性。主要总结了常见的水工建筑的老化病害评估和处理方法，给出自己的意见。

关键词：水工结构；混凝土老虎；检测；评估
　　水工建筑的老化是指水工建筑在使用的过程中，随使用时间的变长，受各种自然因素的影响，导致结构的安全性、耐久性和适用性降低的现象。导致水工建筑混凝土老化的因素有很多，包括二氧化碳的侵入会造成的混凝土碳化，空气和混凝土中的酸性离子导致钢筋锈蚀，土壤的冻融、冰蚀会导致表层混凝土的剥落等。在这些破坏中，由于各种因素导致的混凝土的裂缝起到了很大的作用。裂缝形成的原因包括加载、温度变化、混凝土体积收缩等，混凝土表面裂缝越多，宽度越大，这些老化因素的作用会大大加强，且大幅加快，严重减少水工建筑的使用寿命，影响构筑物的正常使用。
1.混凝土老化评价
1.1水工混凝土老化评价体系内容
1.1.1工程环境调查
　　结构物所处的环境条件是影响结构耐久性的重要因素之一。由于工程所处环境不同，在对水工混凝土劣化情况进行检测与评价时，必须对工程所处的环境进行详细调查，初步分析可能造成混凝土耐久性侵蚀的各种不利因素，调查内容包括空气质量、水质情况、冻融条件及使用状况等。
1.1.2混凝土外观检查及现场试验
　　外观检查和现场试验是检验混凝土质量和评价其耐久性的最直观有效的手段。外观检查主要是对混凝土的裂缝开展情况、腐蚀状态、特征、部位等进行详细描述；现场试验的项目包括混凝土强度检测、混凝土保护层厚度和碳化深度测试、裂缝检测与分析及混凝土化学成分变化、水质和生物分析等。
1.1.3混凝土劣化机理研究及耐久性试验
　　根据工程环境调查及现场试验结果，选择其中的若干主要因素（如混凝土碳化、氯离子侵蚀、硫酸盐侵蚀等），分析混凝土耐久性的劣化主因，模拟现场环境，研究多因素作用下混凝土耐久性劣化规律。
1.1.4混凝土结构的耐久性评估
　　混凝土结构的耐久性损伤，如钢筋锈胀截面损失、混凝土裂缝、混凝土表面磨损剥落等，对构件本身以及整体结构安全都有一定的影响。目前，已有一些较成熟的混凝土结构耐久性评估模型，其中较为值得关注的是混凝土劣化整体模型。
1.1.5提高混凝土结构耐久性的技术措施
　　在研究混凝土结构耐久性损伤和劣化机理的同时，有必要从改进设计、加强施工管理和防止继续劣化等方面探求提高混凝土结构耐久性的技术措施。
2.水工建筑老化病害的评估方法
　　对水工建筑混凝土老化的评估建立在检测的基础上。对混凝土的质量检测包括了外观检查、表面混凝土质量检测和内部混凝土质量检测。其宗外观检测通常都是通过目测或者钢尺等简单工具，来测量结构构件的外形尺寸，表面蜂窝、孔洞、混凝土表面的裂缝、渗漏、剥落、钢筋出露等状态。而混凝土表面质量的检测可用表面硬度法、微破损法或几种方法综合的综合法等，得出表面混凝土的抗压强度。
　　除此之外，还要详细记录结构各部位的裂缝状态，检测混凝土的碳化深度、氯离子浓度，钢筋的锈蚀状态等条件。在得到详实的检测记录的基础上，可以对建筑物进行老化病害评价。现在对水工建筑的老化的评价常通过三种方法进行。一种是请经验丰富的专家，进行现场勘测，对建筑物的耐久性进行估计。这种方法在系统的评估方式尚未建立起来之前曾是主流，在现在的工程实践中也起着重要的参考作用。
　　现在最常用的方法是以调查和检测得到的数据为主要依据，分析对照有关的标准，对各种指标的状态进行分级，对多种指标进行综合判断，分级评定的实用鉴定方法。在使用这种方法之前，需要针对评估对象建立评估模型。常见的模型通常包括了对结构耐久度有影响的诸项指标的分级标准，各个指标对结构整体耐久度的影响权重。各种指标往往又同时受几种因素影响，每种因素也需要给出自己的评级标准和对上一级指标的影响权重。各项因素的分级标准和权重的制定都需要参考已有经验和具体工程的特殊状况。这样通过建立一个层次分明的体系，从低层的因素，如不同部位的裂缝宽度，渗流状态等因素逐项评估，再从下向上综合，获得整体的评估结果。对整个体系量化之后，得到体系的整体安全性数值，并由此判断建筑物的安全性。同时也可以得到不同构件的老化状态和主要影响因素，为进行有针对性的处理提供依据。
　　上述使用鉴定方法属于半经验半理论方法。对老化建筑的评估方法的进一步发展将走向理论性更强的可靠性统计分析方法。这种方法通过资料的统计分析，运用数学计算方法来分析结构的可靠度指标，并利用可靠度理论和概率关系，计算结构的失效概率，衡量结构的可靠性。这种方法建立在系统的数据资料和大量实验研究的基础上，因而更精确。随着可靠度理论的日益成熟、计算机技术的高速发展和相关实验研究更加丰富，这个方法已经越来越具备可操作性。现在已经有研究单位进行了相关研究并初步投入实践，取得了不错的效果。相信这种方法会成为日后的主流。
3.水工混凝土修复技术
3.1加大截面加固法
　　在周围空间尺寸允许的情况下，在结构外侧包钢筋混凝土围套，并使其与基体起到协同作用以增大截面，提高承载力，适用于混凝土梁、板、柱等一般陆基混凝土裂缝修补。加固时，原混凝土表面应凿毛清基或凿出主筋；若钢筋锈蚀严重，应凿除保护层，钢筋除锈。对于增配的钢筋和锚植筋应根据裂缝程度和外包钢筋混凝土的体积计算确定。浇筑围套混凝土前，模板与原结构均应充分湿润，然后用细石混凝土浇捣密实并养护。加大截面加固法工艺简单，适用面广，但在一定程度上会减小建筑物的使用空间，增加结构自重，而且在加固钢筋混凝土构件时，现场凿除作业的工程量较大，养护期较长，施工期内对建筑物的使用有一定影响。
3.2表面处理法
　　采用弹性涂膜防水材料、聚合物水泥膏及渗透性防水剂等，将其涂刷于裂缝表面，恢复其防水性和耐久性，适用于对结构的强度影响不大，但会使钢筋锈蚀且有损美观的表面及深进微细裂缝的治理(裂缝宽度小于0.2 mm)。对于稀而少的裂缝，可骑缝涂覆修补；对于细而密的裂缝，应采用全部涂覆修补。由于其涂层较薄，涂覆材料应选用粘力强且不宜老化的材料。对于活动性裂缝应 采用延伸率较大的弹性材料。表面处理法施工简单，但涂料无法深入到裂缝内部，而且我国还缺少耐久性和防水性可靠、价格适中的涂抹材料。
3.3灌浆法
　　将树脂浆液、水泥浆液或聚合物浆液等灌入裂缝内部，以达到恢复结构整体性、耐久性和防水性的目的，适用于宽度较大(大于3 mm)、深度较深的裂缝，尤其是受力裂缝。灌浆法按灌浆材料可以分为水泥灌浆法和化学灌浆法。当裂缝宽度
大于2 mm时常采用水泥灌浆法；裂缝宽度小于2mm时采用化学灌浆法，其中化学灌浆法具有粘度低、可灌性好、收缩小、粘结强度高及恢复效果好等优点。灌浆法不损伤原有结构，补后防水性和耐久性可靠，修补质量良好，但是国内目前尚无定型的化学灌浆设备，在一定程度上影响了该技术的推广与普及。
3.4粘钢加固法
　　在混凝土构件表面用特制的粘结剂(建筑结构胶)粘贴钢板，以防止裂缝继续扩大，提高结构的承载力，适用于处理正常情况下一般受弯、受拉及中轻级作面的吊车梁等产生的裂缝。加固时，必须使用强度高、粘结力强、耐老化等性能良好的结构胶，而且要重视粘结施工质量。粘钢加固法工艺简便，加固施工所需的场地、空间都不很大，而且钢板粘贴到构件上一般3d即可受力使用，对生产和生活影响很小；粘钢加固所用的钢板厚度一般为2~6mm，加固后不影响结构外观，重量增加也不多，加固效果比较明显，不仅补充了原构件的钢筋不足，而且还通过大面积的钢板粘贴，有效保护了原构件的混凝土不再产生裂缝或使己有的裂缝得到控制而不继续扩展，从而加强了结构的整体性，提高了原构件的承载能力。
总结
　　总之，须加强对混凝土坝老化性状的检查监测""尤其要重视大坝水下和坝基隐蔽部位的检查分析""从设计、施工、运行全过程""探讨混凝土坝的老化机理""研究防止或延缓老化的措施""针对老化病害程度及时进行修补或加固""保证安全运行""延长混凝土坝正常使用年限。
参考文献
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