納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑在航電樞紐工程中的應(yīng)用

齊 磊, 張 進(jìn) 武

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

在航電樞紐工程施工過程中，其混凝土結(jié)構(gòu)雖然可以達(dá)到設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，但在其混凝土內(nèi)部遍布很多毛細(xì)孔，這種多孔性結(jié)構(gòu)使外界腐蝕因子(水分、氯離子、CO2等介質(zhì))很容易浸入到混凝土內(nèi)部，在長時(shí)間經(jīng)受風(fēng)吹、日曬、雨淋后會(huì)出現(xiàn)不同程度的老化、剝蝕現(xiàn)象；而納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑因其具備防止混凝土劣化和防水等功能，對其進(jìn)行應(yīng)用具有耐久性好、效率高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。由此可見，將納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑應(yīng)用到航電樞紐工程中是可行的。為了使其作用能夠得到合理發(fā)揮，需要加強(qiáng)對該項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行深入研究。闡述了對納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑進(jìn)行的研究。

2 納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑的作用和效果

2.1 納米材料的效應(yīng)

(1)小尺寸效應(yīng)。納米材料因顆粒尺寸小，其在磁學(xué)、光學(xué)、熔點(diǎn)等性質(zhì)方面較大尺寸顆粒材料都發(fā)生了顯著改變，形成了一系列特殊性質(zhì)。

(2)表面效應(yīng)。納米粒子表面具有空位效應(yīng)，在其周圍缺少相鄰粒子；同時(shí)，表面粒子具有很高的活性，對其性能進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性差，因此很容易與外界原子相結(jié)合，從而處于一個(gè)相對穩(wěn)定狀態(tài)[1]。

(3)量子尺寸效應(yīng)。對于納米材料來說，若其能級間距超過光子能量、熱能、磁能、靜電能等各種平均能級的間距時(shí)會(huì)出現(xiàn)反常特性，即量子尺寸效應(yīng)[2]。

正因?yàn)榧{米材料具有上述效應(yīng)，使得納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑得到了廣泛應(yīng)用。從具體應(yīng)用情況看，其已經(jīng)取得不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

2.2 納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑起到的作用

(1)防水防護(hù)作用。納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑的防水防護(hù)作用是通過堵塞空隙予以實(shí)現(xiàn)的。采用納米技術(shù)可使硅酸鹽順利滲透到混凝土內(nèi)部，通過水的作用，硅酸鹽與混凝土內(nèi)的鈣成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成膠狀物，利用膠狀物將修復(fù)區(qū)域內(nèi)存在的裂隙與空隙填滿。生產(chǎn)膠狀反應(yīng)物后，在14～84 d膠狀物會(huì)不斷形成固體物，所形成的固體物會(huì)將修復(fù)區(qū)域內(nèi)的裂縫堵住，在結(jié)構(gòu)上形成一層防水層，其防水效果好，持續(xù)時(shí)間長[3]。

(2)自我修復(fù)裂紋。納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑具有良好的自我修復(fù)效果。若混凝土基體內(nèi)出現(xiàn)二次裂紋，一旦裂紋處與水發(fā)生接觸，混凝土裂紋周圍會(huì)殘留一定量的鈣離子和防水材料，這些殘留物會(huì)被溶出進(jìn)入到裂紋中，并在混凝土裂紋中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生產(chǎn)凝膠體，最終生成新固化體堵塞裂紋。

(3)提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?；炷翝仓瓿珊?，受水化熱影響，其多余的水分將會(huì)蒸發(fā)而形成大量的空洞化空隙，將導(dǎo)致其內(nèi)外力失衡，進(jìn)而受拉伸影響產(chǎn)生裂紋，破壞混凝土外觀，降低混凝土質(zhì)量。而防水材料可以滲透到被養(yǎng)護(hù)的混凝土內(nèi)部，利用細(xì)孔內(nèi)和硅酸鹽內(nèi)的鈣離子、水分子反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對混凝土中形成的各種空隙的填充，從而使混凝土中的內(nèi)外力處于均衡狀態(tài)，降低混凝土的內(nèi)部應(yīng)力，避免由于混凝土發(fā)生收縮而形成各種裂縫[4]。噴涂納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，能夠完成對混凝土表面出現(xiàn)的各種大小不同孔隙的封閉，在混凝土表面形成密實(shí)層，阻止過多自由水過度蒸發(fā)現(xiàn)象的出現(xiàn)，使混凝土始終處于含水率相對較高的狀況，充分水化水泥，使混凝土中的骨料黏結(jié)性得到進(jìn)一步提高，增強(qiáng)混凝土表面的抗裂性能，減少裂紋的出現(xiàn)，對于預(yù)防混凝土腐蝕也發(fā)揮著重要作用。

2.3 一體劑在航電工程中的應(yīng)用

一體劑從研發(fā)至今，通過不同的試驗(yàn)室試驗(yàn)以及現(xiàn)場工程試驗(yàn)證明一體劑具有良好的增強(qiáng)混凝土密實(shí)性和滲透性的作用。某航電樞紐工程位于四川省岷江干流下游河段，總裝機(jī)容量為500 MW，該樞紐啟閉機(jī)閘室建成后混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一些缺陷，針對這些缺陷，項(xiàng)目部經(jīng)研究決定采用一體劑對其進(jìn)行修復(fù)，介紹了具體的修復(fù)過程。

2.3.1 修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫

該航電工程啟閉機(jī)閘室混凝土樓板厚度為12 cm?；炷翝仓瓿珊螅捎陴B(yǎng)護(hù)時(shí)間較短導(dǎo)致樓板出現(xiàn)裂縫，為此，采用納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑進(jìn)行了混凝土保護(hù)層噴涂施工，該材料能深入滲透到混凝土內(nèi)部30～50 mm，與混凝土中的鈣離子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣結(jié)晶體充分填充到混凝土內(nèi)部孔隙和細(xì)微裂縫，使混凝土的致密性更好，達(dá)到了修補(bǔ)混凝土裂縫的目的。具體操作方法如下：

(1)修補(bǔ)與清掃工程基面。對于破損較為嚴(yán)重且裂口超過0.3 mm的裂口，在實(shí)際處理時(shí)采用納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑進(jìn)行修補(bǔ)。修補(bǔ)過程中，施工人員必須提前對工程基面情況進(jìn)行全面調(diào)查，依據(jù)調(diào)查結(jié)果開展施工，施工時(shí)必須謹(jǐn)慎，避免由于馬虎、錯(cuò)誤操作而降低工程質(zhì)量。

(2)一次灑水與噴涂。一次灑水與噴涂時(shí)，一定要對全部防水面進(jìn)行灑水。灑水作業(yè)時(shí)，工作人員必須謹(jǐn)慎作業(yè)，灑水時(shí)針對已經(jīng)出現(xiàn)漏水現(xiàn)象的部位必須對灑水量進(jìn)行調(diào)整；一次噴涂作業(yè)時(shí)，對原液用水采取1∶1的比例進(jìn)行適當(dāng)稀釋，完成稀釋后，作業(yè)人員用毛刷、輥?zhàn)印婌F器等設(shè)備進(jìn)行涂抹，涂抹必須均勻，確保涂抹質(zhì)量[5]。對所用原料需用力搖晃，搖勻后再對其進(jìn)行稀釋。對于稀釋后的材料一定要進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬髴?yīng)用，完成噴涂[6]。

(3)二次灑水與噴涂。具體施工過程中，為加快一體劑的滲透速度，一定要采取低壓方式灑水且灑水必須均勻；進(jìn)行二次噴涂時(shí)，原液與水呈1∶1比例進(jìn)行稀釋，完成稀釋之后，與第一次涂抹作業(yè)一樣，施工人員用輥?zhàn)印⒚?、噴霧器進(jìn)行涂抹，涂抹稀釋液量為100 mL/m2。

(4)三次灑水。二次噴涂后，為進(jìn)一步加快一體劑的滲透，還應(yīng)采用低壓方式進(jìn)行第三次灑水。

2.3.2 提高混凝土強(qiáng)度

5)測量前要自然晾干標(biāo)本表面水份(或用干毛巾擦拭完標(biāo)本表面水份)，要在0～5h內(nèi)盡快完成電性參數(shù)測量工作[6]；

啟閉機(jī)閘房混凝土現(xiàn)澆立柱的設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C30。針對房建工程質(zhì)量、性能情況進(jìn)行全面分析后最終決定：為增強(qiáng)混凝土的表面強(qiáng)度，使房建工程的質(zhì)量能夠得到進(jìn)一步提高、延長混凝土耐久性，采用噴涂1遍和2遍的方法進(jìn)行施工。施工期間，為方便分析，對施工效果進(jìn)行了對比，施工人員在作業(yè)時(shí)預(yù)留了空白組以方便在施工結(jié)束后進(jìn)行對比分析[7]。施工完成后，采取回彈測試的方式檢測混凝土性能以實(shí)現(xiàn)對建筑工程整體質(zhì)量的分析?，F(xiàn)場施工流程為：(1)稀釋攪拌；(2)灑水濕潤；(3)噴涂材料；(4)回彈測試。三組回彈測試結(jié)果見表1。

表1 三組回彈測試結(jié)果表

由表1中的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：噴涂一體劑后，其回彈強(qiáng)度一直保持且呈現(xiàn)顯著增長趨勢，特別是在12 d之后，噴涂2遍的混凝土回彈強(qiáng)度顯著增加，這一結(jié)果表明：12 d后，工程結(jié)構(gòu)表面強(qiáng)度得到了顯著提高，對比噴涂2遍和噴涂1遍的混凝土，噴涂2遍的混凝土強(qiáng)度增加略高于噴涂1遍的混凝土，但從整體來說，兩者差異并不大。

3 納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑的應(yīng)用優(yōu)勢和適用范圍

3.1 應(yīng)用優(yōu)勢

納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑具有獨(dú)特的尺寸和作用原理，其與常規(guī)防水防護(hù)材料相比，在其具體應(yīng)用過程中具有的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)抗?jié)B透性好，滲透深。通過對核心催化劑技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對混凝土的主要成分——硅酸鹽納米化，使其滲透進(jìn)入混凝土的深度得到進(jìn)一步提高，在垂直方面的具體深度能夠超過190 mm，其抗?jié)B性好，滲透深，可以提高其應(yīng)用效果。

(2)具有良好的防水性。納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑的應(yīng)用能夠?qū)炷羶?nèi)部存在的各種毛細(xì)管孔隙進(jìn)行全面填充，對于納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑來說，其不僅可以應(yīng)用在背水面，也可以將其應(yīng)用在迎水面，亦可以在潮濕面或干燥基面上施工，從而解決了常規(guī)防水涂料無法在絕對干燥面上開展施工的缺陷，提高了作業(yè)的適應(yīng)性能，使修復(fù)效果得到進(jìn)一步提高，充分發(fā)揮了納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑性能[8]。

(3) 整體性強(qiáng)，不會(huì)污染環(huán)境。采用納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑能夠使被修復(fù)的混凝土硬度和強(qiáng)度得到進(jìn)一步提高，同時(shí)可以避免混凝土上的涂料被剝落而降低其結(jié)構(gòu)性能；具體施工作業(yè)的開展不會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成破壞，能夠在室內(nèi)水泥基質(zhì)和室外環(huán)境中應(yīng)用，不會(huì)對生態(tài)環(huán)境造成破壞。從納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑整體性能看，其無色無味、安全環(huán)保，且其材料中不含有機(jī)溶劑。

(5)施工簡單。隨著人們對納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑研究的不斷深入，其施工技術(shù)變得逐漸成熟，整體施工簡單，能夠快速完成施工，縮短修復(fù)工期，在保證修復(fù)質(zhì)量的基礎(chǔ)上能夠在短期內(nèi)完成修復(fù)作業(yè)。

3.2 使用范圍

鑒于納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑能夠提高混凝土的密實(shí)性，因此，可以將其應(yīng)用在水利水電工程的壩面，以提升水利水電工程中輸水泄水、防滲建筑物表面等各個(gè)部位的混凝土防水防護(hù)效果，其應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1) 防水防氣。其可以在混凝土背水面應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)防水的目的。納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑的滲透深度更深，故其具有較強(qiáng)的抗?jié)B性，能夠提高工程的整體質(zhì)量，使其獲得更好的應(yīng)用效果。同時(shí)，其亦能起到阻止二氧化碳等氣體入侵的作用，以免混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)因潮濕而發(fā)生碳化現(xiàn)象，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)遭受破壞，影響其性能與應(yīng)用。

(2)防鹽防酸。其能堵塞混凝土中的孔隙通道，進(jìn)而阻擋鹽離子和酸離子，避免鹽離子和酸離子進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部。該產(chǎn)品可以應(yīng)用于海邊環(huán)境和酸性環(huán)境中的混凝土工程。

(3)養(yǎng)護(hù)作業(yè)開展過程中，采用納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑可以避免其表面起粉起塵，同時(shí)能夠避免混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)各種裂縫。能夠密實(shí)混凝土表面，使混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部水分不易發(fā)生流失與蒸發(fā)，確保表層水泥能夠被充分水化，進(jìn)而最大程度地減少各種裂縫的出現(xiàn)；可以避免混凝土表面起粉起塵等各種不良現(xiàn)象的出現(xiàn)，提高混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。

(4)采用納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑，既可以對混凝土中已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行修復(fù)，亦可以作為修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)施工縫表面的增強(qiáng)劑。

4 結(jié) 語

納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑從研發(fā)至今，通過試驗(yàn)室性能試驗(yàn)和工程具體應(yīng)用情況的檢測，充分體現(xiàn)了其在工程施工期間具有的優(yōu)勢。采用納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑施工后，混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗?jié)B性隨著時(shí)間推移進(jìn)一步增強(qiáng)。同時(shí)，納米級混凝土養(yǎng)護(hù)修復(fù)一體劑可以使納米材料在其應(yīng)用期間的優(yōu)勢得到全面提高，應(yīng)用范圍廣泛。