纳米级混凝土养护修复一体剂在航电枢纽工程中的应用

2022-08-01齐磊,张进武

四川水力发电 2022年3期

齐磊, 张进武

(中国水利水电第五工程局有限公司，四川成都 610066)

1 概述

在航电枢纽工程施工过程中，其混凝土结构虽然可以达到设计与规范要求，但在其混凝土内部遍布很多毛细孔，这种多孔性结构使外界腐蚀因子(水分、氯离子、CO2等介质)很容易浸入到混凝土内部，在长时间经受风吹、日晒、雨淋后会出现不同程度的老化、剥蚀现象；而纳米级混凝土养护修复一体剂因其具备防止混凝土劣化和防水等功能，对其进行应用具有耐久性好、效率高等多项优点。由此可见，将纳米级混凝土养护修复一体剂应用到航电枢纽工程中是可行的。为了使其作用能够得到合理发挥，需要加强对该项内容进行深入研究。阐述了对纳米级混凝土养护修复一体剂进行的研究。

2 纳米级混凝土养护修复一体剂的作用和效果

2.1 纳米材料的效应

(1)小尺寸效应。纳米材料因颗粒尺寸小，其在磁学、光学、熔点等性质方面较大尺寸颗粒材料都发生了显著改变，形成了一系列特殊性质。

(2)表面效应。纳米粒子表面具有空位效应，在其周围缺少相邻粒子；同时，表面粒子具有很高的活性，对其性能进行分析可以发现其稳定性差，因此很容易与外界原子相结合，从而处于一个相对稳定状态[1]。

(3)量子尺寸效应。对于纳米材料来说，若其能级间距超过光子能量、热能、磁能、静电能等各种平均能级的间距时会出现反常特性，即量子尺寸效应[2]。

正因为纳米材料具有上述效应，使得纳米级混凝土养护修复一体剂得到了广泛应用。从具体应用情况看，其已经取得不错的应用效果。

2.2 纳米级混凝土养护修复一体剂起到的作用

(1)防水防护作用。纳米级混凝土养护修复一体剂的防水防护作用是通过堵塞空隙予以实现的。采用纳米技术可使硅酸盐顺利渗透到混凝土内部，通过水的作用，硅酸盐与混凝土内的钙成分发生化学反应形成胶状物，利用胶状物将修复区域内存在的裂隙与空隙填满。生产胶状反应物后，在14～84 d胶状物会不断形成固体物，所形成的固体物会将修复区域内的裂缝堵住，在结构上形成一层防水层，其防水效果好，持续时间长[3]。

(2)自我修复裂纹。纳米级混凝土养护修复一体剂具有良好的自我修复效果。若混凝土基体内出现二次裂纹，一旦裂纹处与水发生接触，混凝土裂纹周围会残留一定量的钙离子和防水材料，这些残留物会被溶出进入到裂纹中，并在混凝土裂纹中发生化学反应生产凝胶体，最终生成新固化体堵塞裂纹。

(3)提高结构强度。混凝土浇筑完成后，受水化热影响，其多余的水分将会蒸发而形成大量的空洞化空隙，将导致其内外力失衡，进而受拉伸影响产生裂纹，破坏混凝土外观，降低混凝土质量。而防水材料可以渗透到被养护的混凝土内部，利用细孔内和硅酸盐内的钙离子、水分子反应实现对混凝土中形成的各种空隙的填充，从而使混凝土中的内外力处于均衡状态，降低混凝土的内部应力，避免由于混凝土发生收缩而形成各种裂缝[4]。喷涂纳米级混凝土养护修复一体剂对混凝土进行养护，能够完成对混凝土表面出现的各种大小不同孔隙的封闭，在混凝土表面形成密实层，阻止过多自由水过度蒸发现象的出现，使混凝土始终处于含水率相对较高的状况，充分水化水泥，使混凝土中的骨料黏结性得到进一步提高，增强混凝土表面的抗裂性能，减少裂纹的出现，对于预防混凝土腐蚀也发挥着重要作用。

2.3 一体剂在航电工程中的应用

一体剂从研发至今，通过不同的试验室试验以及现场工程试验证明一体剂具有良好的增强混凝土密实性和渗透性的作用。某航电枢纽工程位于四川省岷江干流下游河段，总装机容量为500 MW，该枢纽启闭机闸室建成后混凝土结构出现了一些缺陷，针对这些缺陷，项目部经研究决定采用一体剂对其进行修复，介绍了具体的修复过程。

2.3.1 修补混凝土结构裂缝

该航电工程启闭机闸室混凝土楼板厚度为12 cm。混凝土浇筑完成后，由于养护时间较短导致楼板出现裂缝，为此，采用纳米级混凝土养护修复一体剂进行了混凝土保护层喷涂施工，该材料能深入渗透到混凝土内部30～50 mm，与混凝土中的钙离子发生化学反应，生成水化硅酸钙结晶体充分填充到混凝土内部孔隙和细微裂缝，使混凝土的致密性更好，达到了修补混凝土裂缝的目的。具体操作方法如下：

(1)修补与清扫工程基面。对于破损较为严重且裂口超过0.3 mm的裂口，在实际处理时采用纳米级混凝土养护修复一体剂进行修补。修补过程中，施工人员必须提前对工程基面情况进行全面调查，依据调查结果开展施工，施工时必须谨慎，避免由于马虎、错误操作而降低工程质量。

(2)一次洒水与喷涂。一次洒水与喷涂时，一定要对全部防水面进行洒水。洒水作业时，工作人员必须谨慎作业，洒水时针对已经出现漏水现象的部位必须对洒水量进行调整；一次喷涂作业时，对原液用水采取1∶1的比例进行适当稀释，完成稀释后，作业人员用毛刷、辊子、喷雾器等设备进行涂抹，涂抹必须均匀，确保涂抹质量[5]。对所用原料需用力摇晃，摇匀后再对其进行稀释。对于稀释后的材料一定要进行充分搅拌后应用，完成喷涂[6]。

(3)二次洒水与喷涂。具体施工过程中，为加快一体剂的渗透速度，一定要采取低压方式洒水且洒水必须均匀；进行二次喷涂时，原液与水呈1∶1比例进行稀释，完成稀释之后，与第一次涂抹作业一样，施工人员用辊子、毛刷、喷雾器进行涂抹，涂抹稀释液量为100 mL/m2。

(4)三次洒水。二次喷涂后，为进一步加快一体剂的渗透，还应采用低压方式进行第三次洒水。

2.3.2 提高混凝土强度

5)测量前要自然晾干标本表面水份(或用干毛巾擦拭完标本表面水份)，要在0～5h内尽快完成电性参数测量工作[6]；

启闭机闸房混凝土现浇立柱的设计强度为C30。针对房建工程质量、性能情况进行全面分析后最终决定：为增强混凝土的表面强度，使房建工程的质量能够得到进一步提高、延长混凝土耐久性，采用喷涂1遍和2遍的方法进行施工。施工期间，为方便分析，对施工效果进行了对比，施工人员在作业时预留了空白组以方便在施工结束后进行对比分析[7]。施工完成后，采取回弹测试的方式检测混凝土性能以实现对建筑工程整体质量的分析。现场施工流程为：(1)稀释搅拌；(2)洒水湿润；(3)喷涂材料；(4)回弹测试。三组回弹测试结果见表1。

表1 三组回弹测试结果表

由表1中的数据可以发现：喷涂一体剂后，其回弹强度一直保持且呈现显著增长趋势，特别是在12 d之后，喷涂2遍的混凝土回弹强度显著增加，这一结果表明：12 d后，工程结构表面强度得到了显著提高，对比喷涂2遍和喷涂1遍的混凝土，喷涂2遍的混凝土强度增加略高于喷涂1遍的混凝土，但从整体来说，两者差异并不大。

3 纳米级混凝土养护修复一体剂的应用优势和适用范围

3.1 应用优势

纳米级混凝土养护修复一体剂具有独特的尺寸和作用原理，其与常规防水防护材料相比，在其具体应用过程中具有的优势主要体现在以下几个方面：

(1)抗渗透性好，渗透深。通过对核心催化剂技术进行合理应用，能够实现对混凝土的主要成分——硅酸盐纳米化，使其渗透进入混凝土的深度得到进一步提高，在垂直方面的具体深度能够超过190 mm，其抗渗性好，渗透深，可以提高其应用效果。

(2)具有良好的防水性。纳米级混凝土养护修复一体剂的应用能够对混凝土内部存在的各种毛细管孔隙进行全面填充，对于纳米级混凝土养护修复一体剂来说，其不仅可以应用在背水面，也可以将其应用在迎水面，亦可以在潮湿面或干燥基面上施工，从而解决了常规防水涂料无法在绝对干燥面上开展施工的缺陷，提高了作业的适应性能，使修复效果得到进一步提高，充分发挥了纳米级混凝土养护修复一体剂性能[8]。

(3) 整体性强，不会污染环境。采用纳米级混凝土养护修复一体剂能够使被修复的混凝土硬度和强度得到进一步提高，同时可以避免混凝土上的涂料被剥落而降低其结构性能；具体施工作业的开展不会对生态环境造成破坏，能够在室内水泥基质和室外环境中应用，不会对生态环境造成破坏。从纳米级混凝土养护修复一体剂整体性能看，其无色无味、安全环保，且其材料中不含有机溶剂。

(5)施工简单。随着人们对纳米级混凝土养护修复一体剂研究的不断深入，其施工技术变得逐渐成熟，整体施工简单，能够快速完成施工，缩短修复工期，在保证修复质量的基础上能够在短期内完成修复作业。

3.2 使用范围

鉴于纳米级混凝土养护修复一体剂能够提高混凝土的密实性，因此，可以将其应用在水利水电工程的坝面，以提升水利水电工程中输水泄水、防渗建筑物表面等各个部位的混凝土防水防护效果，其应用主要体现在以下几个方面：

(1) 防水防气。其可以在混凝土背水面应用以实现防水的目的。纳米级混凝土养护修复一体剂的渗透深度更深，故其具有较强的抗渗性，能够提高工程的整体质量，使其获得更好的应用效果。同时，其亦能起到阻止二氧化碳等气体入侵的作用，以免混凝土内部结构因潮湿而发生碳化现象，导致混凝土结构遭受破坏，影响其性能与应用。

(2)防盐防酸。其能堵塞混凝土中的孔隙通道，进而阻挡盐离子和酸离子，避免盐离子和酸离子进入混凝土结构内部。该产品可以应用于海边环境和酸性环境中的混凝土工程。

(3)养护作业开展过程中，采用纳米级混凝土养护修复一体剂可以避免其表面起粉起尘，同时能够避免混凝土结构表面出现各种裂缝。能够密实混凝土表面，使混凝土结构的内部水分不易发生流失与蒸发，确保表层水泥能够被充分水化，进而最大程度地减少各种裂缝的出现；可以避免混凝土表面起粉起尘等各种不良现象的出现，提高混凝土结构的质量。

(4)采用纳米级混凝土养护修复一体剂，既可以对混凝土中已经出现的裂缝进行修复，亦可以作为修复混凝土结构施工缝表面的增强剂。