“纳米胶”在向阳闸加固修复工程中的应用

武 斌，张坤元，李 霞

（1.北京市潮白河管理处，北京 101319；2.北京易晟元环保工程有限公司，北京 100022）

1 工程概况

向阳闸位于北京市顺义区马坡镇向阳村东［1］，距北京市中心约40km，是一座以蓄水、泄洪及灌溉为主的大（二）型水闸。该水闸为钢筋混凝土开敞式水闸，闸室总宽259.6m，共23孔，每孔净宽10m，2孔一联，中墩厚1.0m， 缝墩厚1.6m， 闸门为平板钢闸门， 门高3.5m。 闸室采用整体钢筋混凝土结构，两孔一联，闸两端采用空箱式钢筋混凝土岸墩， 闸墩上设钢筋混凝土T 梁桥面， 闸室上游混凝土铺盖下设混凝土防渗墙板桩一道， 下游及两侧均设防冲钢板桩将闸室地基围封。 闸基下的防渗材料为黏土掺和粉细砂［2］，采用震冲加密，防止地震时产生液化。向阳闸正常蓄水位为32.5m（水深3.5m），相应库容824万m3。 该闸于1982年3月开始建设，1984年10月建成蓄水， 至今已有37年之久。

2015年中国水利水电科学研究院对其进行安全评价，评价报告中指出：闸墩混凝土存在有59条竖向裂缝， 大部分裂缝出现在闸墩下游的墩头处，从闸墩底部向上延伸，其长度在2.0m以内，缝宽为0.25～0.50mm之间； 水闸两侧翼墙共发现13条竖向裂缝， 缝宽在0.3mm左右； 横梁有大量黑色菌藻附着，碳化深度均在30mm以上。 根据中国水利水电科学研究院安全鉴定评价结论，对翼墙和闸墩进行裂缝加固处理， 对横梁进行防碳化和防菌藻附着处理。

2 “纳米胶”混凝土耐久性防护技术

近几年来，一种革新性的混凝土表面耐久性防护和延寿保护技术［3］，纳米硅酸盐渗透结晶材料及应用技术得到快速发展。 同时考虑向阳闸修复材料需具有防渗防碳化防菌藻等优异功能，并长期稳定可靠。 经厂家调研、试点工程参观，决定采用纳入推广目录的水利先进实用技术《易晟元“纳米胶” —混凝土耐久性防护和修复技术》 进行加固修复处理。

“纳米胶”是纳米硅酸盐渗透结晶材料的典型品牌， 利用其特有的纳米活性， 快速迁移至混凝土内部，渗透深度达40mm以上，其有效成分与混凝土内部微细裂缝中的钙溶液反应生成C-S-H凝胶， 有效封闭混凝土表层结构微细缝隙、微细孔等缺陷，有效提高混凝土表层结构致密性和强度。 从微观角度来实现混凝土结构表层强度、抗渗性能、抗冻融剥蚀能力、抗碳化侵蚀性能、抗菌藻生长能力等混凝土综合耐久性能的提升［4］。 该技术应用时无需对既有混凝土基面实施打磨或干燥处理， 采用压力水冲洗混凝土基面油性污物，潮湿面即可进行施工，施工工艺简便，无需特殊养护，24h后即可通水使用，施工后对水无污染。

该材料具体性能特点如下：

（1）持续自修复功能。“纳米胶”的有效成分能快速迁移、渗透至混凝土内部，不会一次反应完，会有一部分存留下来， 一旦供给水分即可持续反应封堵新产生的微细裂缝。

（2）防碳化的功能。“纳米胶”可提高混凝土表面密实度，阻滞二氧化碳等酸性物质渗透进去，恢复混凝土表层碱性，从而达到防碳化的效果。

（3）防水渗透的功能。 “纳米胶”可对混凝土表层进行改性，提高其致密程度，降低混凝土表层空隙率， 从而达到抑制混凝土表面透水、 吸水的效果。

（4）具有防菌藻的功能。由于混凝土表面相对较粗糙，加上水的流速低和气温高，容易产生菌藻肆虐繁殖，大量附着于混凝土的表面，对工程运行产生影响。使用“纳米胶”后的混凝土表面致密光滑，可以有效抑制菌藻在混凝土表面附着生长。

表1 “纳米胶”技术对于混凝土耐久性提升效果汇总

3 “纳米胶”在向阳闸加固修复工程中的应用

“纳米胶”作为一种用于混凝土防护修复工程的新型材料［5］，具有无毒无害、施工简单、操作便捷、不受季节、环境因素影响等优点。在不破坏原有结构的前提下，达到提高混凝土表面抗碳化、抗菌藻、裂缝自修复等耐久性能的效果， 针对现场混凝土碳化深度、裂缝宽度、裂缝分布等情况，对翼墙、闸墩和横梁，2018年4月进行了防护修复处理： 首先对缝宽在0.2～1.0mm的裂缝使用渗透型环氧树脂进行封堵；缺损部位凿除脆弱部位，涂刷界面剂，涂抹高强纤维聚合物砂浆；0.2mm以下裂缝及整体混凝土耐久性的提升使用“纳米胶”Ⅱ型进行喷涂，应业主要求整体使用无机美妆材料进行了美化处理，施工后如图1。

图1 向阳闸施工后照片

“纳米胶”Ⅱ型采用以下施工工法：

（1）施工环境。 施工作业温度不宜低于5℃和高于35℃。

（2）施工要求。在喷涂“纳米胶”的过程中严格控制喷涂速度，喷涂均匀，不得出现流淌现象。在喷涂B型材料和A型材料的间隔时间为15～30min，喷涂容器不能使用同一个容器。如果喷涂纳米胶后24h内如遇大雨冲刷，需要重新涂抹“纳米胶”。

（3）施工工艺。 ①基面处理：对混凝土表面污渍、油渍清理干净，并用压力3.5MPa以上的高压水枪进行清洗， 清洗时水枪与基面垂直距离30cm左右。“纳米胶”喷涂时基面不得有明水，湿润即可。②“纳米胶”喷涂顺序：首先在混凝土表面喷涂B型材料， 以补充混凝土内部的钙离子含量 （喷涂量250mL/m2）→喷涂A型材料 （喷涂量250mL/m2）→喷涂B型材料（喷涂量100mL/m2）→喷涂A型材料（喷涂量100mL/m2）。

4 应用效果

“纳米胶”施工14d后，对施工现场进行复查，并在施工区域和未施工区域分别选取3处进行钻芯取样， 送中国水利水电科学研究院工程检测中心进行28d的碳化深度检测。 经检测，施工前样品碳化深度为23.7mm，施工后样品碳化深度为11.8mm，检测结果表明工程在使用“纳米胶” 后， 碳化深度降低近12mm，混凝土抗碳化能力提高2倍左右。 水利部推广中心组织相关行业专家进行现场评审， 一致认定效果良好， 并预估阳闸混凝土抗碳化耐久性寿命可延长20年。

自2018年完成施工以来， 经过近3年的观察，混凝土表面的菌藻生长情况也得到很好的抑制。

5 结语

“纳米胶”在向阳闸防护修复工程上的应用效果良好，提高了防碳化、防菌藻等混凝土的耐久性能，延长了混凝土的使用寿命， 降低了混凝土的维护成本。我国作为一个基建大国，混凝土是主要的建筑材料之一，大部分混凝土构筑物处于运行维护时期，增加混凝土的耐久性能、延长服役寿命尤为重要，因此建议加快此项技术的推广应用， 提高混凝土工程的经济效益。