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摘要：通過對唐徠渠水工混凝土缺陷修補加固技術進行應用試驗，在不改變原有水工建筑物使用功能和技術參數的情況下，針對水工混凝土不同程度缺陷表面進行降糙、補強、防滲、抗凍等修補加固處理，以提高灌溉渠道及建筑物的使用壽命。

關鍵詞：水工混凝土；修補加固；技術應用；施工技術

1工程概況

唐徠渠是寧夏引黃灌溉最大的干渠，全長294km，其中干渠長147.7km，支干渠長146.3km，渠道砌護率73%，沿線主要建筑物有直開口513座、涵洞44座、水閘51座、渡槽20座、陡坡跌水1座、橋梁240座，各類建筑物共計869座。干渠進口設計流量127m3/s，年均行水185d左右，近年年均引水量9.8億m3，承擔著寧夏9個市縣120多萬畝（1畝≈0.067hm2）農田灌溉以及典農河、沙湖、星海湖等19萬畝湖泊濕地的補水任務。

2唐徠渠水工混凝土主要缺陷問題分析

唐徠渠灌區冬季氣候寒冷，但為增加土壤墑情又必須進行冬灌，冬灌結束時間多為每年11月20日前后，日平均氣溫已到零下。渠道停水后蓄積在渠道內坡的水分來不及完全向外滲出就凍結在渠道土壤內，在冬季遇上極端低溫天氣凍脹變形異常增大，對砼凍融剝蝕破壞異常嚴重。尤其是挖方渠道，冬灌停水后渠道自身的水分不能及時向外滲出，外坡或田間來水又補充在渠道內，造成渠道土壤含水量大增，對砼凍融剝蝕破壞更為嚴重。以唐徠渠西門橋下（唐徠渠樁號73+235）渠道混凝土為例，渠道于2003年進行全斷面襯砌，底板襯砌采用40cm厚的混凝土澆筑，混凝土標號為C30、F200、W6。工程運行10多年后，出現大面積凍融剝蝕破壞，局部剝蝕深度達10cm左右，部分底板表面鋼筋已經露出。通過對渠道運行狀況及施工工藝分析，發現混凝土凍融剝蝕破壞的主要原因有：①在混凝土拌和、運輸、輸送過程中，引氣劑引發的微小氣泡大量損失，混凝土含氣量遠低于抗凍混凝土含氣量的要求，導致混凝土抗凍標號達不到設計要求；②混凝土振搗不密實、養護不到位或者表面受凍害等因素。

3唐徠渠水工混凝土缺陷修補加固技術應用試驗

為提高渠道及建筑物使用壽命，在不改變原有水工建筑物使用功能和技術參數的情況下，管理處對西門橋下渠底混凝土表面進行降糙、補強、防滲、抗凍處理試驗，修復加固方案如下。

3.1修補方案

方案一：重度剝蝕部位修補。剝蝕深度大于30mm區域為重度剝蝕區，采用聚合物混凝土和聚合物砂漿進行修補處理，具體方案見圖1。方案二：中度剝蝕部位修補。剝蝕深度5～30mm區域為中度剝蝕區，建議采用聚合物砂漿進行修補處理，具體方案見圖2。方案三：輕微剝蝕或暫未剝蝕需修補部位，采用4種不同的防護材料進行整體防護處理。整體防護的目的主要是為混凝土提供一個整體防護、防滲涂層，杜絕空氣、水分進入混凝土內部，防止凍融剝蝕、鋼筋銹蝕、混凝土碳化等老化病害的發生和發展。第一種：聚合物水泥基類涂料[1]，如SK9608滲透型防滲防碳化涂料，是由高分子聚合物乳液、水泥、石英粉、外加劑組成的水性涂料，屬綠色環保材料，具體方案見圖3。第二種：環丙涂層材料。以環氧樹脂、丙烯酸聚氨酯為主要材料，如HY804有機硅環丙樹脂涂料，具體方案見圖4。第三種：聚脲涂層。聚脲是由異氰酸酯組份反應生成的一種彈性體涂層材料，具體方案見圖5。方案四：重新澆筑混凝土表面撒播強化料處理方案。鑿除凍融剝蝕混凝土，鑿除深度20cm，重新澆筑C30F200W8混凝土，表面撒播混凝土強化料進行壓光。

3.2修補防護處理方案的優勢特點

[2]SK9608涂層：具有優異的粘結強度、延伸性、韌性和耐久性；粘結牢固，涂層致密，良好的抗滲性；有效阻止水分、CO2、Cl-、SO42-對混凝土腐蝕性破壞；可在潮濕或干燥基面上直接施工；其為水性涂料，屬綠色環保材料。HY804環丙涂層：具有良好的粘結強度，確保涂層與混凝土基礎粘結牢固；具有較高的韌性、抗壓強度和抗沖擊性能；涂層連續、致密光滑，表面平整，糙率系數極低，提高流速和過水能力；丙烯酸聚氨酯面漆具有優異的耐候性、耐紫外線、耐化學品性、耐鹽霧性能、耐沖擊性和耐磨性，野外暴露環境條件下使用壽命達20年以上。聚脲涂層：具有良好的抗拉強度高（＞15MPa）和斷裂伸長率（＞300%）；粘結強度高，涂層與基層粘結牢固；噴涂一次成膜，無接縫、連續，快速固化，施工速度快；不含有揮發性溶劑，屬環保綠色材料。重新澆筑混凝土表面強化料：能夠提高混凝土表面硬度和強度；大幅度提高混凝土表面耐磨性能和抗沖刷性能；通過選擇強化料顏色，混凝土表面更加具有裝飾性。3.3施工工藝及技術要求3.3.1應用范圍適用于渠道、溢洪道、水閘、渡槽、橋梁等水工混凝土建筑物的修補及防護處理。3.3.2主要材料主要材料包括HY801底涂界面劑、HY804有機硅烷丙烯酸復合涂料、M901丙烯酸聚氨酯面漆、SPC界面劑、SPC聚合物砂漿、SK9608防滲防碳化涂料，性能指標如下。HY801底涂界面劑性能指標檢驗項目：表干時間小于等于6h，粘結強度大于等于2.5MPa。HY804有機硅烷丙烯酸復合涂料性能指標檢測項目：抗壓強度大于等于60.0MPa，抗折強度大于等于10.0MPa，粘結強度大于等于2.5MPa，抗凍標號大于等于F300，抗滲標號大于等于W12。M901丙烯酸聚氨酯面漆性能指標檢驗項目：表干時間小于等于4h，表干時間小于等于24h；在耐候性（人工加速老化1000h）方面，氣泡、剝落、粉化等級為0；在耐堿性（30d）方面，無氣泡、剝落、粉化現象；在耐酸性（30d）方面，無氣泡、剝落、粉化現象；附著力大于等于1.5MPa；在抗凍性（200次凍融循環）方面，無脫落、破裂、氣泡現象。SPC界面劑技術指標檢驗項目：干粉狀時均勻一致，無結塊；液狀時攪拌均勻后呈均勻狀態，無結塊，無沉淀；剪切粘結強度（7d）大于等于0.7MPa；拉伸粘結強度（7d未處理）大于等于0.3MPa。SPC聚合物砂漿技術指標檢驗項目：抗壓強度大于等于30MPa，抗折強度大于等于8MPa，粘結強度大于等于4MPa，抗凍標號大于等于F300，抗滲標號大于等于W12。SK9608滲透型防腐防碳化涂料技術指標檢驗項目：抗壓強度大于等于30MPa，抗折強度大于等于8MPa，粘結強度大于等于1.5MPa，抗凍標號大于等于F300，抗滲標號大于等于W12。聚脲應符合DL/T5317—2014《水電水利工程聚脲涂層施工技術規程》有關技術要求。混凝土強化料應符合JC/T906—2002《混凝土地面用水泥基耐磨材料》有關技術要求。3.3.3修補工藝及技術要求基礎處理：①對混凝土表面采用合金磨片進行打磨，直至露出堅硬、新鮮的混凝土基面；②對凍融剝蝕、漏筋部位采用SPC聚合物砂漿進行修復；③對混凝土裂縫、漏水部位采用高壓灌漿工藝進行化學灌漿處理；④采用高壓水沖洗干凈混凝土表面。配制材料：①涂層材料必須按配比嚴格配制，不得隨意加水稀釋；②涂層材料充分攪拌均勻，切記一次拌料不能太多，隨用隨拌。涂層施工：①充分濕潤混凝土表面，均勻涂刷1道SPC界面劑；②刮涂涂層材料，根據各自材料特性按照技術要求刮涂相應層數，控制刮涂厚度；③對于立面、斜面和底部，一次涂層厚度要薄，防止流淌；④特殊部位如存在蜂窩、麻面、破損部位，可適當增加涂層次數；⑤根據各自材料特性自然養護7～14d即可投入運行。

4水工混凝土缺陷修補加固技術在寧夏引黃灌區的應用思考

4.1寧夏引黃灌區工程建設現狀

混凝土砌護渠道具有防滲抗沖、耐用美觀等諸多優點，因此在寧夏引黃灌區節水改造項目中被大量采用。據統計，寧夏引黃灌區主要包括衛寧灌區、青銅峽灌區和揚黃灌區三大灌區，包含干渠及支干渠91條共計2214.8km，各類渠系建筑物7615座，灌溉面積達784萬畝。自1998年以來，寧夏引黃灌區從區情出發，以水資源高效利用為中心，以基礎設施建設為重點，啟動實施了寧夏大型灌區續建配套與節水改造項目，主要實施渠道襯砌加固以及病險建筑物改造工程。截止目前，已襯砌加固渠道1865.8km，砌護率達到84%。

4.2寧夏引黃灌區水工混凝土缺陷原因分析及修補加固的必要性

由于寧夏地處西北內陸干旱半干旱區，氣候冬季嚴寒、夏季炎熱，冬季最低氣溫可達﹣22℃以下，日平均氣溫在零下的時間多達90余天。冬灌停水時間在11月下旬，一般平均氣溫在﹣10～﹣2℃之間。受多種因素影響，部分渠段渠水不能及時排出，導致混凝土表面結冰，形成了一個封閉層使土壤中的水分也無法正常排出，且部分混凝土工程因建設標準較低、施工質量把控不嚴等各種主觀和客觀因素的影響，在連續凍脹和凍融作用下，襯砌渠道以及水工混凝土建筑物在運行中屢次出現凍脹破壞現象，造成襯砌面的破損、變形、裂縫甚至是渠道滑坡等情況，渠道防滲效果大大降低[3]，渠道運行安全性無法保障，影響到水的利用率及工程效益的發揮。根據檢查評估統計，目前寧夏引黃灌區中運行超過10年的襯砌渠道，已經出現不同程度的凍脹破壞現象，而且隨著工程運行年限的增加，混凝土凍脹破壞會日益加劇。因此，混凝土修補防護材料和工藝技術在灌區工程中大面積推廣利用，對延長水工混凝土使用壽命、降低渠道及建筑物的運行維護成本、提高灌區水工程效益有著重要意義。

4.3水工混凝土缺陷修補加固方案試驗結果

根據唐徠渠渠道底板凍融剝蝕修補防護處理現場試驗，經過一個冬季運行，在2021-03-15進行現場勘查發現，大部分修補底板表面平整、無空鼓、無開裂、無剝蝕現象，修補質量較好。結合渠道破壞狀況、現場試驗情況以及類似工程修補經驗，推薦以下修補方案。輕度剝蝕（剝蝕深度小于5mm）部位修補：局部SPC聚合物砂漿修補，表面HY804有機硅烷丙烯酸復合涂料防護處理（1.5mm）。中度剝蝕（剝蝕深度5～30mm）部位修補：采用聚合物砂漿+SK9608滲透型防腐防碳化涂料進行修補處理。重度剝蝕（剝蝕深度大于30mm）部位修補：采用聚合物混凝土和聚合物砂漿進行修補處理。

4.4水工混凝土缺陷修補加固方案應用推廣建議

根據《寧夏水利建筑工程預算定額》測算，水工混凝土輕度剝蝕修補成本約150元/m2，中度剝蝕修補成本約300元/m2，重度剝蝕修補成本約470元/m2。而如果拆除重建，按照目前渠道襯砌40cm厚度測算，拆除重建費用約400元/m2。因此，從施工成本、施工難度、工期等綜合因素考慮比較，建議在水工混凝土出現輕度剝蝕時采取第一種修補方案，即局部SPC聚合物砂漿修補，表面HY804有機硅烷丙烯酸復合涂料防護處理（1.5mm）方案最為經濟可行。

參考文獻：

［1］李文川，劉長海.聚合物水泥基材料在建筑涂料中的應用研究［J］.四川水泥，2017（7）：16.

［2］陶東，馬文波，郭振莉，等.寧夏固海灌區長山頭渡槽伸縮縫防滲處理新技術［J］.中國建筑防水，2020，（2）：45-49.

［3］朱思遠，陸立國，顧靖超.寧夏引黃灌區渠道砌護破壞原因分析與防治措施研究［J］.節水灌溉，2011（4）：44-47.

作者：徐輝 陶東 康婷 單位：寧夏回族自治區唐徠渠管理處