输水渠道混凝土结构病害治理浅述

张祥吉，高明国，刘龙腾

（淄博市太河水库管理中心，山东 淄博 255000）

淄博市城乡同源同网引水安全输水工程位于淄博市淄川区全长31 km。为确保供水水质，对原开敞式总干渠15.83 km 实施预制盖板蓬盖工程，由原明渠输水渠道变为封闭式输水渠道。经多次输水干渠巡查，发现渠道预应力空心板板底出现大面积混凝土保护层脱落、局部钢筋裸露及锈蚀等现象，且破坏呈现明显加速的趋势，预制板的承载能力已不能满足设计要求。

1 病害原因分析及对策

1.1 原因分析

太河水库主干渠蓬盖以后，冬季输水期间渠道内部温度在4 ℃以上，由于通风设施不足，水汽上升至混凝土盖板底部后渗入盖板混凝土内部。预应力混凝土预制板板属薄层结构，混凝土板温度与渠道外气温的变化保持一致，当气渠外气温低于0 ℃时，板底饱和水出现结冰凝固；气温升高时，板底冰霜融解，形成一次冻融循环过程。由此可见，渠道内、外环境差异（水、温度等）是导致预应力混凝土预制板板底产生冻融劣化的原因。

1.2 防治对策

为延长混凝土寿命，确保渠道正常运行，有必要研究影响混凝土结构的机理。基于混凝土破坏机理，优选提高混凝土耐久性措施，为改善或加固输水渠道提供决策和理论依据。输水渠道混凝土耐久性是当今国内外学术界和工程界研究的重要课题，大量研究表明，渗透性是影响混凝土耐久性能的关键因素，与混凝土耐久性之间存在着密切的关系。裂缝导致混凝土的渗透性增加，加剧了混凝土冻融破坏。因此，增强和改善混凝土抗渗性是提高渠道混凝土耐久性的一种重要途径。

2 治理研究

2.1 混凝土表面喷涂渗透结晶材料的冻融试验

1）试验方法。拌合成型C30 混凝土标准抗冻试件，养护20 d 龄期后，分别在混凝土表层喷涂渗透结晶材料。继续养护至28 d 龄期，分别进行混凝土冻融试验和吸水试验。

2）试验结果与分析。成型C30 混凝土试件，分别在混凝土表层喷涂渗透结晶材料0，1.06 g/m2，3.54 g/m2，4.04 g/m2，标准养护 28 d，采用快速冻融试验，进行抗冻（快冻法）和吸水率试验，结果见表1 和表2。

表2 混凝土冻融循环结果

从表1 可以看出，未喷涂渗透结晶材料的混凝土质量损失率最小，吸水率与喷涂4.04 g/m2时基本相等，表现为较高的吸水性；而喷涂1.06g/m2，3.54g/m2时吸水率较低，质量损失率较低，但大于基准混凝土。综合试验结果，喷涂1.06 g/m2效果最佳。分析原因有：一方面喷涂龄期短，涂料与基体的粘结强度低，难以抵御混凝土的冻融破坏，涂层脱落，造成试验结果质量损失率大，涂层脱落部分形成新的界面，空隙率大，吸水率高；另一方面混凝土涂层量大，涂层厚，标准试件尺寸增大，在试件冻融过程中受到的应力较大，涂层脱落量较大，表现为吸水率增加，质量损失率高。

表1 混凝土冻融后质量损失和吸水率

从表2 可以看出，喷涂3.54 g/m2的混凝土相对动弹模量大于喷涂1.06 g/m2。结合冻融前后，混凝土表面状况可以看出，喷涂渗透结晶材料的试件表面完好，而基准混凝土在冻融25 次后，表面剥蚀严重。

2.2 覆盖技术治理病害应用

拆除覆盖的混凝土板，在渠道上面搭建彩钢板。渠道内部彩钢板附近（靠近彩钢板表面10 cm 左右）悬挂温度计和湿度计，观测温度和湿度变化。

此种覆盖技术方案部分解决了混凝土梁、盖板保温防冻融和渠道内部通风除湿的问题。安装彩钢板覆盖后，对混凝土梁有一定的保温效果。经实际观测研究，发现该段渠道内湿度明显下降。覆盖彩钢板技术降低了渠道内湿度，增强了保温效果，能够减缓混凝土构件的劣化，现状质量较好，但造价成本高，经济效益差。

2.3 通风技术治理病害应用

在封闭式渠道上，分别每隔500 m，1 000 m，2 000 m 拆除覆盖的预应力混凝土空心板，并用彩钢板围挡新建开口，增强通风力度。分别在距离开口处每隔125～250 m 处埋设湿度计，测试渠道内湿度变化。

据观测数据分析，开孔间隔500 m 的渠道内湿度变化小；湿度在26%～41%之间变化；开孔间隔1 000 m 的渠道，在渠道中间（500 m）观测点处的湿度达到50%左右，整个渠道的湿度在28%～50%之间；开孔间隔2 000 m 的渠道，距离开孔500 m，渠道内湿度达到70%左右，中间（1 000 m）观测点处的湿度则为80%左右。通过上述分析，开孔距离小于1 000 m，渠道内湿度小于50%，可有效降低混凝土的冻融破坏程度。

3 结 论

1）渗透结晶材料增强了混凝土的致密性，在一定程度上减缓了冻融循环对钢筋混凝土的破坏程度。

2）覆盖彩钢板技术降低了渠道内湿度，增强了保温效果，能够减缓混凝土构件的劣化，现状质量较好，但造价成本高，经济效益差。

3）在封闭式渠道上开孔可降低渠道内湿度，是解决渠道冻融破坏的一种有效技术措施，但开孔间隔距离是影响渠道内湿度分布的关键，开孔距离应小于1 000 m，渠道内湿度小于50%。