高寒地区水工混凝土建筑物处于超大温差、极端低温、强辐射、大风、干燥等复杂条件,混凝土结构容易产生以冻融破坏为代表的劣化病害,防护修复技术是常用的劣化防治措施之一。通过有限元方法对冻融循环作用下水工建筑材料劣化过程及影响规律进行了模拟计算。结果显示,在周期变温荷载作用下,孔隙水结冰产生的冻胀应力是导致混凝土耐久性降低的主要因素。除了改善混凝土本体抗冻性外,还应采用表面防渗处理,如表面涂层防护,以控制混凝土内部含水量和冻胀应力,提高抗冻融能力。介绍了高寒地区水工建筑物防护修复材料的选择原则、种类特点和施工工艺,总结了防护修复技术在高寒地区的典型工程应用,为高寒地区水利水电工程维护提供了一定的参考借鉴,并从材料性能、配套设备、工艺拓展、标准制定4个方面进行了展望。
Abstract
Due to complex conditions such as large temperature difference, extremely low temperature, strong radiation, strong wind and drying, hydraulic concrete structures in high and cold region are prone to suffer from deterioration diseases represented by freeze-thaw damage. Protection and repair technology is a commonly used preventive measure against deterioration. The degradation process and the law of influence on hydraulic building materials under freezing-thawing cycle are simulated by finite element method. Results suggest that the frost heave stress caused by freezing of pore water is the main factor leading to the decrease of its durability under cyclic varying temperature-caused load. In addition to improving the antifreeze capacity of concrete, surface anti-seepage treatment such as surface coating protection should also be taken to control the interior water content and frost heaving stress in concrete and to improve freeze-thaw resistance. Moreover, the selection principles, types and characteristics as well as construction techniques of protective repair material for hydraulic structure in high and cold region are summarized, and some typical engineering applications of protective repair technology in high and cold region are introduced for reference. The development trends of material performance, equipment, technique extension, and standard formulation are also discussed.
关键词
水工混凝土 /
冻融破坏 /
防护修复 /
工程应用 /
高寒地区
Key words
hydraulic concrete /
freeze-thaw damage /
protective repair /
engineering application /
high and cold region
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参考文献
[1] 周世华, 汪在芹, 李家正, 等. 西藏的气候特征及其对混凝土性能的影响[J]. 水力发电, 2012, 38(6):44-47.
[2] 汪在芹,梁 慧,李 珍,等.西藏水利工程劣化现状及防护措施研究进展[J]. 水力发电,2016,42(2):42-45.
[3] 肖承京,陈 亮,肖长伟,等.水工混凝土抗冻融涂层材料的研究与应用[J]. 水力发电,2016,42(5):25-28.
[4] 宇 晓, 张莹秋, 袁书成, 等. 混凝土抗冻耐久性能研究进展[J]. 混凝土, 2017(4):15-20.
[5] 吕明治,吴 奎,鲁红凯.高寒地区混凝土面板坝设计和面板冻融破坏及修复[C]//高寒地区混凝土面板堆石坝的技术进展论文集.北京:中国水利水电出版社,2013.
[6] 邢林生, 聂广明. 刘家峡水电站混凝土建筑物耐久性分析[J]. 水力发电, 2010, 36(3):39-42.
[7] 宋恩来.寒冷地区坝体混凝土防渗性能分析与评价[J]. 大坝与安全, 2011(3):13-19,24.
[8] 高春波, 高正廉. 聚氨酯注浆在坝体渗漏处理中的应用[J]. 水科学与工程技术, 2013,3(1):67-69.
[9] 曹红彬, 王建华, 张璐璐. 高寒地区隧道施工混凝土抗冻融技术研究[J]. 地下空间与工程学报, 2008, 4(3):513-516.
[10] 王稷良, 周明凯, 贺图升,等. 石粉对机制砂混凝土抗渗透性和抗冻融性能的影响(英文)[J]. 硅酸盐学报, 2008(4):482-486.
[11] 赵霄龙, 卫 军, 黄玉盈. 混凝土冻融耐久性劣化与孔结构变化的关系[J]. 武汉理工大学学报,2002(12):14-17.
[12] 王媛怡, 陈 亮, 汪在芹. 水工混凝土大坝表面防护涂层材料研究进展[J]. 材料导报, 2016,30(9):81-86.
[13] 杜 科, 韩 炜, 李 珍,等. 大坝涂层材料的研究进展[J]. 化工新型材料, 2010, 38(增刊1):12-14.
[14] 梁 慧, 汪在芹, 李 珍. 新型水工混凝土表面防护涂层抗冻融性能研究[J]. 人民长江, 2015,24(22):79-82.
[15] 赵 波. 水工混凝土抗冻融涂层材料的研究与应用[J]. 建筑工程技术与设计,2016(26):866.
[16] 张 铖,李维红,范金朋,等.不同防护涂层提升混凝土耐久性能研究[J]. 混凝土,2019(12):165-168.
[17] SMOAK W G. Guide to Concrete Repair[M]. USA: U.S. Dept.of the Interior, Bureau of Reclamation, Technical Service Center, 1997.
[18] JGJ／T 259—2012,混凝土结构耐久性修复与防护技术规程[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2012.
[19] DL／T 5315—2014,水工混凝土建筑物修补加固技术规程[S]. 北京:中国电力出版社,2014
[20] GB／T 50662—2011,水工建筑物抗冰冻设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2011.
[21] SL 191—2008,水工混凝土结构设计规范[S]. 北京:中国水利水电出版社,2008.
[22] 关国英,罗红霞,赵文杰. 环氧树脂乳液改性水泥基修补材料研究进展[J]. 硅酸盐通报,2019,38(2):417-422.
[23] 李敬玮, 赵 波, 瞿 杨, 等.高韧性环氧防护涂层低温抗裂性能试验及应用研究[J]. 水力发电,2014,40(3):90-92.
[24] 张 达, 崔同欢, 肖承京, 等. CW改性环氧砂浆在西藏地区抗冲磨防护中的应用[J]. raybet体育在线
院报, 2015, 32(11):102-104.
[25] VIPULANANDAN C, LIU J. Performance of Polyurethane-coated Concrete in Sewer Environment[J]. Cement & Concrete Research, 2005, 35(9): 1754-1763.
[26] 姚自友, 杜 彬, 王 蕾. 呼和浩特抽水蓄能电站喷涂聚氨酯保温试验[J]. 水利水电技术,2014,45(5):37-40,43.
[27] 艾尼·努尔塔扎.寒冷干旱地区碾压混凝土重力坝保温保湿措施[J]. 水利建设与管理,2012,32(6):32-34.
[28] WAZARKAR K, KATHALEWAR M, SABNIS A. High Performance Polyurea Coatings Based on Cardanol[J]. Progress in Organic Coatings, 2017, 106: 96-110.
[29] 马 宇, 任 亮, 冯 启,等. 单组分聚脲材料在寒冷地区某大坝溢流面防护中的应用[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2017,15(1):49-53.
[30] 梁 慧, 汪在芹, 廖灵敏,等. 聚脲复合涂料体系的设计与耐候性研究[J]. 水力发电, 2019, 45(2):115-118.
[31] 刘卫东, 赵治广, 杨文东. 丙乳砂浆的水工特性试验研究与工程应用[J]. 水利学报, 2002,33(6):43-46.
[32] 赵明星. 渠道防水保温材料的制备与性能研究[D]. 武汉:武汉理工大学,2009.
[33] 王铁强,赵晓明,陶自成.丙乳砂浆在大型渠道衬砌工程修复中的应用[J]. 南水北调与水利科技,2008,6(5):107-109.
[34] 宋 玲, 余书超. 柔性防水卷材在寒区防渗渠道中的应用研究[J]. 人民黄河, 2010, 32(6):100-101.
[35] 景健伟, 雷秀玲, 李艳萍, 等. 寒冷地区混凝土面板堆石坝止水结构及配套施工技术研究[J]. 水力发电, 2012, 38(5):21-23.
[36] 张文虎. 喷涂聚脲在南水北调渡槽槽身冻胀处理中的应用[J]. 水科学与工程技术, 2015(4):56-58.
[37] 马 斌, 姜仁贵, 王春燕. 南水北调中线渠道混凝土裂缝成因分析及处理[J]. 水利水电技术, 2009, 40(3):39-42.
[38] 李择卫. 塞海湖水库库首岩溶渗漏问题研究[J]. 人民长江, 2016, 47(23):50-54.
[39] 陈兴海, 张平松, 江晓益, 等. 水库大坝渗漏地球物理检测技术方法及进展[J]. 工程地球物理学报,2014, 11(2):160-165.
[40] 陈建生, 董海洲, 凡哲超,等. 示踪法对小浪底坝区绕坝渗漏通道的研究[J]. raybet体育在线
院报, 2004, 21(2):14-17.
[41] 普 布, 马 虹. 建设拉洛水利枢纽及配套灌区工程的可行性与必要性研究[J]. 中国水利, 2016,806(20):5-8.
[42] 谭海涛.两河口水电站右岸边坡冬季施工措施应用[J]. 施工技术,2015,44(增刊1):832-835.
基金
科技部“科技助力经济2020”重点专项(2020YFF0426368);国家大坝安全工程技术研究中心开放基金(CX2019B10)
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