高寒地区水工混凝土防护修复技术与应用

李 珍，熊泽斌

(1.长江科学院，武汉 430010； 2.华南理工大学 材料科学与工程学院，广州 510641； 3.长江设计集团有限公司，武汉 430010)

1 研究背景

我国高海拔及高纬度寒冷地区(高寒地区)水资源相对丰富，水利水电工程分布众多，如建成的西藏藏木水电站、西藏拉洛水利枢纽及配套灌区工程，在建的西藏大古水电站、叶巴滩水电站、丰宁抽水蓄能电站、两河口水电站，以及重建的吉林丰满水电站等。这类高寒地区工程服役环境普遍具有超大昼夜温差、高频冻融、强紫外辐射等特点[1]，在此条件下，水工混凝土容易出现冻融破坏、冲刷磨损、开裂渗漏、化学侵蚀、表面剥落等劣化现象。对西藏及三北地区多个水电站及渠道工程调研发现，冻融破坏是高寒地区水工混凝土主要劣化及病害形式之一[2-4]，受冻融因素长期作用，高寒地区较多水工建筑物遭受不同程度病害，如查龙水电站混凝土面板冻融剥蚀[5]、刘家峡水电站大坝下游面冻融破坏[6]、云峰水电站溢流面及坝面冻胀剥蚀[7]、河北桃林口水库坝体裂缝渗水等[8]。混凝土劣化导致水工建筑物结构功能失效，影响设备安全运行，降低水电站综合效益。因此，开展高寒地区冻融条件下水工混凝土的劣化防治研究具有重要的工程应用价值与实际意义。

混凝土劣化防治一般采取2种措施：一是通过改变混凝土原材料成分、配比设计或结构来增强自身耐久性[9-11]；另一则是近年兴起的选用防护修复材料进行表面防护与缺陷修复。研究表明，前者提高耐久性的效果有限，且施工复杂、综合成本高昂。而涂敷表面涂层材料的方法简单方便，且能对已建成的水工建筑物进行后期防护并提高其耐久性，效果显著，综合成本低，因此受到国内外研究者和工程人员的高度重视，积累了大量研究成果[12-13]和工程经验[14-16]，并形成了行业标准与技术规程[17-19]。

然而，高寒地区气候条件较为复杂，影响因素更加多样，在水工混凝土的劣化演变规律、劣化修复防护策略、技术方案及施工组织设计等方面需要考虑更多问题。目前，在劣化机理方面，研究发现除了冻融破坏，还有紫外线辐射对沥青混凝土、纤维复合材料加固混凝土的力学性能和微观结构等也产生不利影响。但冻融循环、紫外线辐照与硫酸盐侵蚀等多因素耦合作用对混凝土耐久性的影响机理还没有成熟的研究成果；在劣化修复防护策略方面，关于高寒地区水利水电工程防护修复技术及工程应用的报道还较少，防护修复材料及配套技术在多因素耦合作用下的防护机理，以及防护修复材料寿命预测的研究也不多见；在标准规范方面，现有标准仅对混凝土耐久性有指标要求，如GB/T 50662—2011[20]、SL191—2008[21]都对寒冷地区不同应用部位混凝土的抗冻抗渗等级提出了设计要求，但关于寒冷地区水工建筑物防护修复材料的设计要求、工法规范等方面尚存空白，亟待开展相关研究与应用。

针对高寒地区应用条件，选择合适的修复防护材料及配套施工方法，是修复防护技术的关键，也是确保工程质量及耐久性的前提。因此，本文笔者基于高寒冻融循环条件下水工混凝土劣化演变的有限元分析，开展了混凝土缺陷修复与表面防护技术研究与应用探索。从模拟分析、材料性能、施工技术和应用案例等方面介绍了本课题组取得的主要研究成果，为水工混凝土修复防护提供参考借鉴，并对相关技术发展方向进行展望。

2 冻融循环有限元分析

基于热传导理论、相变温度场理论，利用有限元法分析了冻融循环混凝土在含水率、渗水作用、环境温度等影响因素作用下的应力特性。

2.1 建模过程

(1)建立模型：以边长0.5 m立方体浇筑块为研究对象，选取其1/8建立有限元模型(即边长为0.25 m的立方体)，模型单元总数为8 000，节点总数为9 261。

(2)边界条件：温度方面，假定x，y，z3个方向坐标为0.25 m的面为散热面，其余面绝热，按三类边界考虑，混凝土边界热交换系数为1 300 m2/d，循环温度设定为15～-15 ℃，冻融周期为R，冻融周期及冻融次数根据工况取值。应力方面，分别取x，y，z3个方向坐标为0的面添加法向约束。

(3)计算参数：混凝土导热系数为210 kJ/(m·d·K)，导温系数为0.087，弹性模量为26.7 GPa，泊松比为0.167，线膨胀系数为9.0×10-6/℃。不考虑混凝土自重及徐变效应。

(4)典型截面及特征点：冻融试验块有限元模型如图1(a)所示,典型截面取y=0.125 m处,典型截面上的7个特征点见图1(b)。

图1 冻融试验块有限元模型及典型截面特征点布置Fig.1 Finite element model of freeze-thaw test blockand arrangement of feature points on typical section

(5)工况设置：工况2—工况6均不考虑孔径<10 nm的胶凝水和毛细水。

工况1：冻融周期设为5 h，冻融50次，不考虑混凝土冻胀作用。

工况2：冻融周期与次数不变，不考虑外水渗入，假定混凝土可冻结水含水率保持在1%。

工况3：冻融周期与次数不变，不考虑外水入渗透，假定混凝土可冻结水含水率为2%。

工况4：冻融周期与次数不变，考虑混凝土在冻融过程中的渗透作用，假定在冻融过程中，混凝土的可冻结水含水率随着冻融循环次数增加，由0.5%线性增长至2%。

工况5：环境温度为20～-20 ℃，冻融周期与次数不变，不考虑外水入渗透，即假定混凝土可冻结水含水率保持在1%。

工况6：混凝土块体表面采用保温措施，假定热交换系数为200 m2/d，冻融周期改为10 h，冻融次数为50次，不考虑外水入渗透，即假定混凝土可冻结水含水率保持在1%。

2.2 结果分析

图2为混凝土块含水率增倍后，混凝土块特征点在正负温循环作用下第一主应力σ1历时过程线。块体表面特征点T1应力在含水率发生变化时，应力受影响较小，但在块体内部特征点T4冻融循环过程中，峰值应力明显增大，可结冰含水率2.0%的特征点T4峰值拉应力达到了7.0 MPa以上，大于含水率1.0%的3.0 MPa。工况2和工况3对比结果说明，含水率对冻融循环破坏的贡献明显，相同环境条件下，混凝土含水率越高，冻融破坏越大。

图2 工况2和工况3特征点T1与T4应力σ1历时过程线Fig.2 Time-histories of stress σ1 at feature points T1 and T4 in working condition 2 and 3

图3为当混凝土块存在外水渗入时，随冻融循环次数增加特征点T4的应力σ1历时过程线。冻融循环过程中，随着冻融次数增加，若存在外水入渗，则混凝土可结冰含水率将逐渐增大。

图3 工况2和工况4特征点T4应力σ1历时过程线Fig.3 Time-histories of stress σ1 at feature point T4in working condition 2 and 4

由图3可知，早期冻融次数较少时，由于工况4初始含水量小于工况2，因此冻融循环产生的峰值拉应力小于工况2，但随着冻融次数增加，在外水入渗情况下，混凝土胶凝材料骨架逐渐被孔隙中结冰渗透压破坏，大孔隙数量逐渐增加，可结冰含水量增大，导致冻胀应力随冻融次数的增加逐渐增大。工况2、工况4结果说明，防渗对于混凝土抗冻融破坏具有十分重要作用。

图4为环境温度变化在20～-20 ℃范围内，采取保温措施和不采取保温措施情况下，冻融循环作用对混凝土应力特性的影响。图4结果表明，保温能够大幅减小坝体表面温度及应力变幅，应力由峰值5.0 MPa降低至<1.0 MPa，采取保温措施能有效防止表面冻融破坏。

图4 工况5和工况6特征点T4应力σ1历时过程线Fig.4 Time-histories of stress σ1 at feature point T4 in working condition 5 and 6

根据有限元分析结果发现： ①混凝土含水率越高， 混凝土在负温情况下产生的冻胀应力越大， 对混凝土的破坏越大， 因此混凝土冻胀除了采用引气剂保证混凝土含气量外， 可采用表面涂层防渗材料， 防止冻融过程中外水内渗， 控制混凝土内部含水量， 从而减少混凝土冻胀应力， 缓解冻融循环对混凝土的破坏作用； ②环境最低温度越低， 混凝土冻融破坏深度越深， 保温措施有助于缩小冻融破坏深度。

3 防护修复材料

选择高寒地区水工修复防护材料时，一般需要优先考虑以下条件。①耐久性能：冻融等级≥F200、抗渗等级>W12、耐候性紫外加速老化2 000 h不粉化变色、抗冲耐磨强度>50 h/(kg·m-2)等；②力学性能：不低于混凝土的力学性能，如抗压强度、抗拉强度、粘结强度等；③工作性能：弹性模量、热膨胀系数、收缩率等与混凝土性能接近，且与施工工艺及环境气候相匹配；④环保性与经济性。

下文主要介绍环氧树脂类、 聚氨酯类、 聚脲类、 丙烯酸酯类、 有机硅类和水泥基材料等在内的修复防护材料特点及优势， 重点介绍本课题组用于高寒地区水利工程的代表性产品性能特点和适用范围。

3.1 环氧树脂类材料

环氧树脂类材料是由环氧树脂与固化剂、稀释剂、填料等组成的复合材料，具有固结强度高、附着力强、收缩应力小、抗渗性好、耐酸碱盐化学侵蚀等特点，是一类较好的补强加固防水材料。常用的环氧树脂类材料主要有环氧涂层材料、环氧灌浆材料和水性环氧树脂等[22]。环氧涂层材料在高寒地区多用于混凝土表面防护、裂缝修补和过流面抗冲磨防护，例如李敬玮等[23]开发了一种YEC高韧性环氧防护涂层材料，材料抗冻等级达到F300且低温韧性优良，在吉林台一级水电站大坝混凝土面板防护试验中表现良好。环氧涂层材料的断裂韧性、抗裂性、粘结强度等性能近来已得到很大提高，但仍需进一步增强增韧并且改善抗紫外老化、耐高温等耐候性。环氧灌浆材料在不良地质体加固、大坝防渗堵漏等方面应用较多，而在低温环境下存在黏度大、可灌性差等不足。为此，长江科学院在-8 ℃条件下对环氧树脂主剂进行小分子结构调控，并对聚酮胺类固化剂进行巯基接枝改性，制备出低温固化剂，得到具有初始黏度低(<100 mPa·s)、固化时间短的低温用环氧树脂浆液，并用于新疆伊犁河引水工程八十一大坂隧洞工程混凝土裂缝化学灌浆处理，取得很好防渗效果。水性环氧树脂具有绿色环保、施工方便、经济性好等优点，是未来水工修复防护材料的发展方向之一，目前亟待解决低温下表干时间长、综合机械性能较差等问题。

长江科学院研发的CW810系列高耐候改性环氧树脂砂浆因具有耐候性好、抗冻性能佳、强度高等特点(见表1)，适用于高海拔高寒地区的混凝土建筑物防渗、抗冻、抗冲磨修复与防护。如张达等[24]将该材料成功应用于藏木水电站溢流坝段的修补及防护。

表1 CW810高耐候改性环氧树脂砂浆主要性能Table 1 Main properties of CW810 modified epoxy resin mortar with high weather-resistance

3.2 聚氨酯类材料

聚氨酯类材料热导率和吸水率较低、力学强度和耐腐蚀性较好，且施工周期短，常作为灌浆材料和保温层用于工程渗漏处理和保温保湿，在防冻、防腐涂层方面也有较多应用[25-26]。例如所属寒冷干旱地区的新疆山口水电站、新疆冲呼尔水电站碾压混凝土重力坝坝体均采用喷涂聚氨酯保温保湿防裂[27]。然而，聚氨酯材料在10 ℃以下发泡率显著降低，使用时易受季节限制。另外，发泡聚氨酯喷涂固化速度很快，喷涂面难以控制平整，对施工工艺要求较高，今后研究中需要重点关注。

3.3 聚脲弹性体

聚脲弹性体是近年来开发的一种新型无溶剂、无污染绿色材料，具有施工快捷、低温固化、抗冲刷磨蚀和耐候等性能，因而在大坝坝面、溢洪道、排沙洞、导流洞、输水渠等过水建筑物中具有广泛应用[28]。如马宇等[29]介绍了单组分聚脲抗冲磨材料在新疆高寒地区大坝溢流面的施工应用情况。但是聚脲涂层成本较高，并在施工适应性、施工工艺等方面有较大的提升空间，有待进一步深入研究。如梁慧等[30]设计了一种适用于西藏地区的“聚脲面涂+环氧底层”复合涂层体系，以增强聚脲涂层与施工现场混凝土基底的粘结性能。

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长江科学院研发了一种以聚天冬氨酸酯聚脲为核心的CW820慢反应聚脲材料系统，具有耐候性好、防渗、抗碳化、抗冲磨性能优异以及弹性较高等特点(见表2)，既适用于常规气候环境下水工建筑物冲刷磨蚀、碳化开裂等劣化现象的快速修补与表面防护，也适用于高寒地区水工建筑物表面防冻抗渗处理。目前，已成功应用于新疆伊犁地区某输水工程、南水北调中线工程、丹江口大坝、黄柏河流域的尚家河、汤渡河和天福庙水库除险加固工程，以及葛洲坝和三峡大坝的船闸闸墙的现场试验。

表2 CW820慢反应聚脲材料系统主要性能Table 2 Main properties of CW820 slow-reaction polyurea material system

3.4 丙烯酸酯类材料

丙烯酸酯类材料具有良好的光、热及化学稳定性，粘结性能好。其中以丙烯酸酯共聚乳液(丙乳)应用最为常见，将丙乳与水泥砂浆配制成的丙乳砂浆，已在水工建筑物的局部加固和整体护面，尤其是渠道工程的冻胀修复等方面产生大量成功案例[31-33]。但该类材料也存在高温回粘、低温变脆等缺陷。通过有机硅、有机氟、环氧树脂、纳米材料等将丙烯酸酯改性，以获得更好的成膜性、憎水性与耐候性，是近年来的研究方向。

此外，改性沥青防水卷材[34]、三元乙丙橡胶止水材料[35]、碳纤维材料[36]、水泥基渗透结晶型材料[37]等也均在高寒地区水工修复防护中得以使用，取得了较好应用效果。

以上单一种类材料往往难以同时满足修复防护需求，实际工程中通常选择2种或2种以上材料搭配使用。

此外，由于现有防护修复材料多为有机材料，在高寒地区环境下普遍存在快速老化现象，寿命远小于其他地区，其中强紫外辐照是防护材料劣化的主要原因。因此，提升防护修复材料的耐光、耐热性能将是未来的研究方向之一。

丙乳砂浆是丙烯酸脂乳液水泥砂浆的简称，是目前最常用的聚合物改性水泥砂浆。长江科学院针对高寒地区水工建筑物防渗防碳化等需求研制了CW720丙乳砂浆，具有良好的力学性能、耐候性、抗渗性、粘结性和优异的防水防腐效果，同时具有优异的抗冻性能和耐老化性能(见表3)。

表3 CW720丙乳砂浆主要性能Table 3 Main properties of CW720 propyl emulsion mortar

4 防护修复技术

高寒地区水工混凝土劣化缺陷形式以裂缝、渗漏、剥蚀为主，根据水工劣化成因、发生部位及破坏程度，当前修复防护技术有涂刷法、凿槽嵌填法、灌浆法、粘贴法、锚固法等[19]。在设计修复防护工艺时要考虑多重特征气候因素耦合影响，选择合适的修复防护材料，优化施工方案。

4.1 裂缝处理

对于深层及贯穿裂缝，通常先凿槽嵌填，后内部灌浆处理，恢复混凝土设计应力状态及结构整体性。嵌缝材料选择聚脲、环氧砂浆、聚合物砂浆等，其中活动缝的嵌缝材料应具备较高的柔韧特性。灌浆材料常用水泥浆材、环氧树脂、聚氨酯等。尽量选择适宜环境温度与气候条件进行灌浆施工，无法避免低温条件下施工时，注意控制浆材注入的温度，选取的灌浆材料在低温条件下应当保持较好的流动度、反应活性和固结体性能，且灌后应适当延长检查时间。

4.2 渗漏处理

混凝土渗漏主要表现为点渗、线渗、面渗几种类型，处理措施一般首先采用地质钻探、物理勘探、示踪法等方法排查渗漏源及渗漏路径[38-40]；然后采用涂刷法或粘贴法表面封闭渗漏源，并且在迎水面及混凝土内部灌浆，以堵塞渗漏通道；同时通过钻排水孔等措施将水工结构内部积水引流排出，防止积水产生冻胀或冰拔破坏；最后再对渗漏部位表面封闭。

表面封闭材料可选择SR防渗盖片、环氧类涂料、聚脲类涂料等组合使用，灌浆材料多选择环氧类、聚氨酯类等化学灌浆材料。

4.3 剥蚀处理

高寒地区水工混凝土剥蚀通常由高频冻融、推移质冲磨，以及化学侵蚀等造成。处理措施为首先凿除剥蚀部位的松动混凝土或原保护涂层，确保基面洁净干燥；然后采用环氧混凝土、环氧砂浆或丙乳砂浆进行充填修补；最后补充防护涂层进行表面防护。对于涉水混凝土结构如溢洪道、进水闸、泄洪洞、护坡护坦等，宜在设计阶段就考虑抗冻抗冲磨防护措施，如在混凝土表面涂覆抗冻等级高、耐磨性好的涂层材料；或者采用粘贴法，主要选择聚氯乙烯类或橡胶类止水材料，并在表面辅以耐候性面漆或保护盖板等抗老化措施。对于碳化或氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀，还应在充填材料或表面防护涂层材料中加入阻锈剂，必要时还需粘贴碳纤维材料、钢板等，或采用植筋或锚固进行补强。

5 工程应用实例

5.1 西藏藏木水电站大坝抗冲磨防护

西藏藏木水电站是雅鲁藏布江上第一座大型电站，所处地区为高原温带季风半湿润气候，气温较低，温差较大，多年平均气温9.2 ℃，极端最高气温32.0 ℃、最低气温-16.6 ℃；冻融循环频繁，年均达200次以上；海拔3 000 m以上，紫外辐照强烈；气候干燥，多年平均降水量540.5 mm，历年日最大降水量51.3 mm。

藏木水电站大坝过流部位存在冻害与冲磨破坏隐患，要求进行重点抗冲磨防护。其中，水轮机进水口全面涂层抗冲磨防护，溢流坝段闸墩部位对存在破损和薄弱的部位进行缺陷处理与抗冲磨加强防护。采用改性CW高耐候环氧抗冲磨防护材料进行涂刷施工，该材料主要性能为抗冻等级>F250、抗冲磨强度>500 h/(g·cm-2)、紫外线加速老化2 000 h不粉化和混凝土粘结强度>4.0 MPa[24]。防护工程于2014年完成，施工面积约1万m2。运行超过5 a后进行现场检查，涂层保持完整，服役性能良好，保证了电站高速过流区结构质量安全。水轮机进水口抗冲磨防护涂层与大坝上游坝面防冻防渗涂层效果见图5。

图5 藏木水电站水轮机进水口防护涂层和上游坝面 防护涂层Fig.5 Protective coating for turbine inlet and protective coating on upstream dam surface of Zangmu Hydropower Station

5.2 西藏拉洛水利枢纽消力池表面防护

西藏拉洛水利枢纽及配套灌区工程位于西藏自治区日喀则市萨伽县桑珠孜区境内，是雅鲁藏布江支流夏布曲干流上的控制性工程，高程4 300 m左右。枢纽工程处于高原温带半干旱季风气候区，流域内自然气候条件较为复杂，紫外线强度大，多年平均日照时数3 201 h；气候干燥，年降雨量约150～300 mm；温差大，年平均气温约4.8 ℃，最高温达28.2 ℃，最低为-23.9 ℃；风速较大，多年平均风速2.6 m/s，历年最大风速29.6 m/s[41]。

由于拉洛工程新建消力池处于高速含沙水流、强紫外辐射、大昼夜温差的运行环境，设计对混凝土质量及其防护提出了很高要求。为提高拉洛水利枢纽过流效率和耐候性能，涂刷CW“环氧树脂界面剂底涂+耐候环氧砂浆面涂”对消力池侧墙进行表面防护，施工时间为2016年9月，工程量约3 700 m2。验收结果表明，环氧砂浆涂层与混凝土基底粘结稳固，涂层表面光滑平整，达到了设计要求，起到了良好的防护应用效果，涂刷前后效果如图6所示。

图6 拉洛工程消力池防护材料涂刷前后效果Fig.6 Photos of stilling pool of Laluo Project before and after coating protective materials

2018年10月耐候环氧砂浆涂层服役2 a后，对工程质量回访检测，由电镜扫描SEM图像(图7)可知，没有涂层防护的混凝土孔隙增大，结构变得疏松；而有涂层防护的混凝土结构仍较为致密，且涂层材料与混凝土基底依然结合紧密，涂层整体仍处于稳定防护状态，确保了消力池结构安全运行。

图7 拉洛工程消力池混凝土2 a后SEM图像Fig.7 SEM images of the concrete of stilling pool of Laluo Project two years after service

5.3 丰宁抽水蓄能电站岩壁吊车梁裂缝处理

丰宁抽水蓄能电站地处河北省丰宁满族自治县境内，工程处于严寒地区，属于中温带半湿润半干旱高原山地气候。夏季湿热多雨，冬季寒冷干燥，年降水量350～550 mm；昼夜温差大，年平均气温0.9～6.2 ℃，极端最底气温-35.8 ℃；电站水位变化频繁，冻融频率高，上水库年冻融循环次数为160次。受低温季节施工及复杂地质条件等影响，地下主厂房洞岩壁吊车梁梁体出现水平及斜向裂缝，对结构安全性不利，因而需要进行结构补强，恢复混凝土的整体性。

裂缝处理措施为：对水平裂缝开展区域采用丙乳砂浆按原体型抹平加固，对斜向裂缝开展区域采用环氧树脂灌浆材料加固；待砂浆强度达到要求或化学灌浆结束后，在其表面粘贴3层(2纵1横)0.3 kg/m2的高强I级单向碳纤维布，并在碳纤维布表面涂刷1层耐火极限2 h的防火涂料；最后涂刷1层混凝土色的水泥基渗透结晶型涂料。裂缝处理于2019年12月完成，施工面积约100 m2，经检查处理效果满足设计要求，消除了质量隐患，增强了该部位结构的均匀性和稳定性，保证了后期岩壁吊车梁安全运行。

5.4 两河口水电站混凝土表观缺陷修补

两河口水电站为雅砻江中下游的龙头控制性电站，地处青藏高原东侧，属于川西高原气候，干湿季节分明。每年10月—次年4月期间，气候干燥且寒冷，日照长、湿度小、日温差大。气象资料显示，极端最高气温为35.4 ℃，极端最低气温为-12.5 ℃，日温差可达到20 ℃。冬期施工期3个月，平均气温低于5 ℃[42]。

考虑两河口水电站各泄水建筑物大部分洞(槽)段流速均超过30 m/s，且处于高原高海拔地区，泄洪建筑物需要经受干湿交替、冻融循环、紫外线等不利条件的考验，因此泄水建筑物抗冲磨混凝土表面表观缺陷处理使用环氧系材料。采用CW加固型环氧砂浆对泄水建筑物缺陷进行修补防护，该材料主要性能为90 d含砂水流冲刷磨损率≤0.01 g/(h·cm2)、粘结强度>5.0 MPa、线膨胀系数为(9～12)×10-6K-1。该工程施工时间为2021年4月，涂刷面积约5 000 m2。施工后防护涂层效果见图8。

图8 两河口水电站导流洞抗冲磨防护涂层Fig.8 Anti-wear protective coating for diversion tunnel of Lianghekou Hydropower Station

6 结 语

劣化水利工程的修复防护是将新旧材料结合形成一个整体，以便能经受荷载、环境、时间等多因素耦合作用。修复防护技术作为复杂的系统过程，需要基于对工程服役特征的全面了解，进行合理的工艺设计。高寒地区低温寒冷、日温变幅大、气候干燥、日照紫外线强烈、蒸发量大等气候条件对水利工程的劣化修复防护技术提出了更高要求。虽然高寒地区水利工程的修复防护取得了一定成果，但相关技术仍有待完善，还应在以下方面进一步探索。

(1)材料性能方面：在现有修复防护材料基础上进行改性，开展功能复合材料制备研究，以解决修复防护材料在高寒地区气候条件下的环境适应性、耐久性、经济性、环保性等问题，研发更为完善的修复防护材料体系；研究修复防护材料在多重耦合因素下的失效机理，进行修复防护材料服役寿命预测。

(2)配套设备方面：需要提高搅拌机、喷涂机、灌浆泵等设备的生产效率、安全性、环境适应性与工作可靠性，促进修复防护施工设备的多功能化、自动化、数字化、智能化以及少人或无人化。

(3)工艺拓展方面：改进水工结构缺陷的诊断手段，实现例如大水深、长路径、动水等复杂条件下的缺陷排查；建立高寒地区水工缺陷特征与施工工艺相关联的数据库，制订缺陷危害评价及修复防护效果评价方法，将材料选择、施工工法、评价方法与缺陷形态相匹配，形成诊断-处理-评价一体化的修复防护技术体系。

(4)标准制定方面：对比分析现行技术标准与高寒地区水工混凝土劣化防治措施的差异，结合实际工程经验和技术特点，细化完善特征气候环境下水工混凝土劣化防护措施，提出针对高寒地区水工混凝土劣化防护的技术指南。