蔣浩威 冷凡 上海核工程研究設(shè)計(jì)院有限公司

最近幾十年，我國大力發(fā)展核電，隨著核電廠數(shù)量的增加，對于核電廠混凝土結(jié)構(gòu)的老化效應(yīng)，正越來越引起人們的關(guān)注?；炷两Y(jié)構(gòu)構(gòu)筑物或建筑物的老化大多源于一種或多種老化機(jī)理單獨(dú)或共同的作用，為避免老化給核電廠安全性帶來嚴(yán)重影響，非常有必要對核電廠混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，使混凝土結(jié)構(gòu)滿足其功能需求。

一、修復(fù)方案選擇

核電廠在多種類型環(huán)境的影響下，易出現(xiàn)開裂、腐蝕、剝落等老化現(xiàn)象，這些老化現(xiàn)象易引發(fā)構(gòu)筑物發(fā)生承載力破壞。為了降低構(gòu)筑物破壞帶來的嚴(yán)重影響，在檢查發(fā)現(xiàn)老化發(fā)生時(shí)，應(yīng)盡快啟動(dòng)修復(fù)方案。

構(gòu)筑物老化修復(fù)方案的基本組成包括診斷（破損評估）、預(yù)測（是否能修復(fù)）、方法選擇（取決于提議的方法的可行性、環(huán)境、成本）、準(zhǔn)備（修復(fù)范圍和破損類型）、應(yīng)用。

二、前期考慮事項(xiàng)

任何修復(fù)行動(dòng)的第一步是對于損壞結(jié)構(gòu)或構(gòu)件徹底的評估，包括（1）老化因素、（2）老化范圍、（3）結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在功能和性能要求上的老化影響的評估。評估的基本要素包括（1）規(guī)劃和背景資料的積累（例如年代、前期條件調(diào)查、設(shè)計(jì)文件、竣工圖、材料數(shù)據(jù)表等等）、（2）外觀檢查、（3）現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室測試、（4）搜集的數(shù)據(jù)的評估和老化因素的判斷。根據(jù)這些信息，基于破壞后果、實(shí)施的時(shí)間要求、經(jīng)濟(jì)性、剩余使用壽命要求來制定修復(fù)方案?；拘迯?fù)方案包括：（1）不主動(dòng)干預(yù)；（2）開展修復(fù)，恢復(fù)老化的或者破損的結(jié)構(gòu)部分；（3）目前安全余量足夠，采取行動(dòng)以防止老化變得更糟；（4）拆除和重建全部或者部分結(jié)構(gòu)。選項(xiàng)（2）和（3）經(jīng)常是綜合考慮。

三、典型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)方案

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修復(fù)主要分為混凝土部分和鋼筋部分。

（一）典型混凝土的修復(fù)方案

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的老化一般會導(dǎo)致開裂、破碎、混凝土保護(hù)層剝離、滲水等現(xiàn)象的發(fā)生。開裂是迄今為止最常見的問題，其次則為透過施工縫或裂縫出現(xiàn)滲水現(xiàn)象。

開裂修復(fù)：導(dǎo)致混凝土開裂的因素有很多，例如熱脹冷縮、疲勞、過度荷載等。所有混凝土結(jié)構(gòu)會有兩類裂縫：微裂縫和宏觀裂縫?；炷羶?nèi)相鄰的骨料顆粒形成的微裂縫是不連續(xù)的，一般不需要修復(fù)。對于宏觀裂縫，首先要確定裂縫是否為活躍裂縫，若為活躍裂縫，則要找出導(dǎo)致開裂的原因，然后選擇適合的修復(fù)方案進(jìn)行裂縫修補(bǔ)工作。

破碎修復(fù)：碰撞、預(yù)埋件腐蝕、堿骨料反應(yīng)、凍融以及火燒會引起混凝土破碎。表面處理是破碎修復(fù)成功的關(guān)鍵步驟?；炷粱谋仨毷强煽康模璞ＷC其表面干燥、無油脂、無油污以及無松散顆粒。去除老化混凝土?xí)r，可使用小鑿錘和高壓水槍，如果鋼筋發(fā)生暴露，則應(yīng)繼續(xù)開挖以便鋼筋被封閉在修復(fù)材料中。如果鋼筋被腐蝕，則應(yīng)去除腐蝕產(chǎn)物及鋼筋外包保護(hù)材料，例如環(huán)氧樹脂等。淺層破碎（小于20毫米）一般采用水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。深層破碎修復(fù)時(shí)，除了粗骨料添加到修復(fù)材料中之外，與淺層破碎類似。為了確保修復(fù)的良好耐久性，所使用的材料的機(jī)械性能和物理性能與修復(fù)區(qū)域周邊的混凝土應(yīng)類似。對于需要大范圍替換材料的大體積混凝土，為防止由于水泥水化熱引起的熱量過度集中，修復(fù)過程可分為兩層或好幾層。

剝離修復(fù)：剝離常發(fā)生于鋼筋出現(xiàn)腐蝕或者沒有足夠粘結(jié)層的混凝土層。若不及時(shí)進(jìn)剝離修復(fù)，則會引起破碎發(fā)生。剝離可以通過去除和替換已經(jīng)剝離的混凝土來進(jìn)行修復(fù)，步驟類似于破碎修復(fù)。在不必去除混凝土的區(qū)域，剝離的混凝土可由環(huán)氧樹脂注射來修復(fù)。

滲水修復(fù)：透過施工縫和裂縫的滲水可能會導(dǎo)致腐蝕環(huán)境進(jìn)入混凝土內(nèi)部、腐蝕液體流進(jìn)或流出結(jié)構(gòu)內(nèi)部。滲水修復(fù)程序首先應(yīng)識別滲水來源，然后修復(fù)滲透路徑。當(dāng)仍存在滲水時(shí)，可以使用硅酸鹽，丙烯酰胺，木質(zhì)素，或樹脂（例如，環(huán)氧樹脂，聚酯，和氨基甲酸酯）的化學(xué)灌漿系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)?；瘜W(xué)灌漿是由兩種或兩種以上的化學(xué)物質(zhì)組成，相互反應(yīng)形成凝膠或固體沉淀，閉塞或填充混凝土中的縫隙。當(dāng)滲水為間歇性現(xiàn)象，且混凝土的縫隙定期干燥時(shí)，則可以注入帶有環(huán)氧樹脂或聚氨酯注射系統(tǒng)，以促進(jìn)膨脹和修復(fù)，形成一種柔性泡沫材料。

蜂窩及空隙的修復(fù)：不可見的空隙，例如蜂窩、或者過多的孔洞，可以通過鉆小直徑孔以防止空隙來修復(fù)；通過注入壓縮空氣或者水進(jìn)入空隙，來確定空隙的范圍和外形，或者通過使用管道鏡來目視檢查；并且根據(jù)分層的數(shù)量，注入環(huán)氧樹脂、膨脹水泥漿或者環(huán)氧泡沫陶瓷。

（二）典型鋼筋的修復(fù)方案

鋼筋的腐蝕是目前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的最大威脅，結(jié)構(gòu)主體中一旦發(fā)現(xiàn)鋼筋腐蝕，則需要及時(shí)采取修復(fù)措施。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕破壞的基本修復(fù)方法包括不采取措施、更換損壞的部件、阻止腐蝕過程或降低腐蝕速率幾種方法。例如，在結(jié)構(gòu)接近于設(shè)計(jì)使用年限，并且評估表明它可以繼續(xù)滿足其功能和性能要求的情況下，可不采取措施。當(dāng)腐蝕破壞發(fā)生在裸露的表面上，替換或者部分重建可能是最可行的解決方案。鋼筋腐蝕主要修復(fù)方法為鈍化、鋼筋涂層、陰極保護(hù)。

對鋼筋鈍化有三種基本方法：（1）使用堿性水泥或砂漿，（2）電化學(xué)再堿化，（3）氯離子萃取。鋼筋涂層是在鋼筋表面包裹一層物理屏障（例如環(huán)氧樹脂）以保護(hù)鋼筋。陰極保護(hù)是通過對鋼筋應(yīng)用小的直流電流，使它成為陰極，相當(dāng)于在混凝土表面或附近施加一個(gè)外部陽極，從而腐蝕過程可以有效地停止，或其速率降低。

四、總結(jié)

對于核電廠混結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的推移，都會面臨老化問題，為保證核電廠能安全可靠地運(yùn)行，對于老化引起的損傷，定期的修復(fù)必不可少。隨著科技不斷發(fā)展，修復(fù)措施正變得越來越有全局性，修復(fù)措施著眼于整個(gè)修復(fù)過程而不僅是根據(jù)供應(yīng)商提供的修復(fù)材料來選擇和應(yīng)用。