CN104790349A - 以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构及其施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，包括水工混凝土结构主体，所述水工混凝土结构主体上设置有若干膨胀螺栓，水工混凝土结构主体的外部设置有若干陶瓷板，所述陶瓷板的上下端均通过连接件与膨胀螺栓相连，陶瓷板与水工混凝土结构主体之间通过粘结砂浆粘结为一体。本发明同时还公开了该水工混凝土结构的施工工艺。块体可大可小，简单方便，极易施工。陶瓷材料优异的耐腐蚀和力学性能，能抵御各种酸、碱、盐、海水的腐蚀；其吸水率很低，抗冻融破坏性能好；其硬度高，抵御冰凌撞击；表面施釉，基本不透水，表面能较低，可使闸墩、桥墩等水工结构更加耐久、美观、节约维修费用，顺应当今发展景观水利、生态水利的需要。

Description

以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构及其施工工艺

技术领域

本发明涉及一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构及其施工工艺。

背景技术

水工混凝土结构由于长期在水环境中工作，受寒暑、水位变化、水质恶化等影响，普遍发生不同程度的老化、腐蚀现象。在北方地区，水工混凝土的冻融破坏十分普遍，其中水闸闸墩上游墩头、输水渠跨渠交通桥桥柱的冻融破坏尤为严重。目前普遍采用的防治措施有：(1)提高混凝土密实度(防止环境水进入混凝土内部)；(2)提高混凝土含气量(需要形成封闭的微小气泡)；(3)提高混凝土强度，减少水灰比、掺加外加剂、掺入粉煤灰等掺合料；(4)使用渗透结晶型防水剂，阻止水进入到混凝土内部等。它们的缺点是耐候性不好，寿命短、有的对环境有污染，有些工程还是在较短的时间内出现了冻融破坏，既影响美观又影响结构的使用寿命。随着时间的推移，冻融破坏也逐步加重、加深，致使表面混凝土缺损、剥落，石子、钢筋外漏。很多工程因混凝土冻融破坏而不同程度的影响了建筑物的安全运行。

目前，山东省大中型水库、河道水闸4200余座，各引黄灌区的交通桥梁也为数众多，这些已建成的水工混凝土建筑，有的冻融破坏已非常严重，有的正受到冻融破坏的威胁。因此，如何经济有效地解决这一问题，延长现有混凝土结构的使用寿命，使其在节省投资的前提下出色地发挥工程效益，已成为目前水利工程界比较重视的课题。

对于混凝土的冻融破坏机理及化学腐蚀机理，目前已研究的非常清楚。但对已出现的腐蚀破坏的治理技术研究相对较弱，没有很有效的防护措施，一般是任其进一步发展，或用砂浆或聚合物砂浆修补。但受到施工工艺和材料本身性能的影响，修补效果并不理想，特别是对腐蚀性水和冰凌撞击的抵御能力差。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构及其施工工艺。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，包括水工混凝土结构主体，所述水工混凝土结构主体上设置有若干膨胀螺栓，水工混凝土结构主体的外部设置有若干陶瓷板，所述陶瓷板的上下端均通过连接件与膨胀螺栓相连，陶瓷板与水工混凝土结构主体之间通过粘结砂浆粘结为一体。

所述若干陶瓷板中，陶瓷板之间的分缝用弹性环氧树脂材料或丙乳砂浆密封。

所述陶瓷板为陶瓷弧板或陶瓷平板。

所述连接件为铜丝或钢丝。

所述粘结砂浆为丙乳砂浆。

所述膨胀螺栓的外部倾斜向上安装于水工混凝土结构主体上。

一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构施工工艺，包括以下步骤：

1)对新建或已老化破坏的水工混凝土结构主体进行界面处理；

2)在水工混凝土结构主体的顶面上吊竖直线；

3)在水工混凝土结构主体的侧面上根据设计及陶瓷板的位置打孔安装固定塑料膨胀螺栓；

4)板材安装

陶瓷板安装时应从下往上安装，从水工混凝土结构主体的曲面向两侧直面安装；安装最下面一层陶瓷板，底部用木楔找平，安装上一层时，下边用垫尺板托住，用木楔找平，底部用砂浆密封；安装时，将陶瓷板上端外倾，先把陶瓷板的下端通过钢丝或铜丝拴在膨胀螺栓上，且不宜太紧、牢固就行；调整好后，再把陶瓷板的上段钢丝或铜丝拴于预留的膨胀栓上，并用木楔支牢，用靠尺检测并调整；调整好后将钢丝或铜丝拴牢，陶瓷板之间的分缝用弹性环氧树脂材料或丙乳砂浆密封，使陶瓷板与水工混凝土结构主体间形成上部敞口的间隙；陶瓷板安装应平顺，缝隙均匀；

5)灌浆

每层陶瓷板安装就位后，用带漏口的小浆桶往陶瓷板后的缝隙中灌注丙乳砂浆；一块陶瓷板应分几层灌浆防止挤动；第一层丙乳砂浆灌14.5-15.5cm高，用细铜丝轻轻捣实；隔1～2h后待丙乳砂浆初凝后，再灌第二层丙乳砂浆，灌到陶瓷板一半高度为好，初凝后再灌第三层，第三层丙乳砂浆应低于上口2.5-3.5cm为宜，便于与上部陶瓷板粘结；

6)清理，待每一层陶瓷板中灌浆初凝后，对该层陶瓷板中多余丙乳砂浆和阻碍下一块陶瓷板安装的杂物清理；

7)擦缝，待陶瓷板全部安装结束，清除所有杂物，将陶瓷板擦拭干净。

所述步骤3)中膨胀螺栓外部与水工混凝土结构主体之间呈斜向上45度角安装。

本发明中的陶瓷弧板采用山东天虹弧板有限公司的中国发明专利(03112478.X,微晶玻璃—陶瓷复合曲面板的制造方法)贮备而成，该技术以陶瓷平板为基材经二次加工，在不破坏陶瓷板外观和性能的基础上成型曲面板，为现有技术，且能在市场上购买到该产品，在此，不再赘述。另外，本发明中的弹性环氧树脂材料和丙乳砂浆均为现有的技术，在市场中均可方便购买到，在此不再赘述。

本发明的有益效果是：

陶瓷材料的组成成分使其具有优异的耐腐蚀性能和较高的硬度，吸水率≤0.5％，表面施釉，基本不透水，对环境无污染。目前陶瓷板主要用于房屋建筑物的防护、装饰，装修，水工建筑物很少使用，且市场上提供的均为平面板。聚合物丙乳水泥砂浆具有优异的力学和耐久性能，与混凝土界面及陶瓷面板粘结强度高等特点，是理想的粘接材料。

针对闸墩墩头、桥柱的冻融腐蚀破坏，利用中国发明专利技术加工成的曲面弧板，将聚合物丙乳砂浆作为陶瓷板粘结剂，采用塑料膨胀螺栓钢丝挂粘法将陶瓷弧板用于闸墩、桥柱等水工混凝土结构的防护。块体可大可小，简单方便，极易施工。陶瓷材料优异的耐腐蚀和力学性能，能抵御各种酸、碱、盐、海水的腐蚀；其吸水率很低，抗冻融破坏性能好；其硬度高，抵御冰凌撞击；表面施釉，基本不透水，表面能较低，可使闸墩、桥墩等水工结构更加耐久、美观、节约维修费用，顺应当今发展景观水利、生态水利的需要。

通过粘结材料各项性能的试验和防护层模型的抗冻融实验，验证陶瓷防护层具有耐久性和非常好的防护效果。

经在章丘市胡家岸引黄灌区引黄闸改造工程中成功试验应用。该研究项目推广实施后，将使北方地区因冻融腐蚀而破坏的混凝土闸墩、桥柱的防护加固技术产生积极影响，产生巨大的经济、社会和环境效益，也可以在强腐蚀的海洋环境下工作的挡潮闸闸墩、桥柱上使用，海洋生物不易附着，即使附着也较容易清理，可以在强腐蚀的海洋环境下工作的挡潮闸闸墩、桥柱上使用。

附图说明

图1是本发明一个实施例的水工混凝土结构立面示意图；

图2是本发明一个实施例的水工混凝土结构立剖面示意图；

图3是本发明一个实施例的防护层结构示意图；

图4是本发明一个实施例的防护层水平剖面示意图；

其中1.水工混凝土结构主体，2.膨胀螺栓，3.陶瓷板，4.水平缝，5.侧缝隙，6.钢丝或铜丝，7.粘结砂浆。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-3所示，一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，包括水工混凝土结构主体1，所述水工混凝土结构主体1上设置有若干膨胀螺栓2，水工混凝土结构主体1的外部设置有若干陶瓷板3，所述陶瓷板3的上下端均通过连接件与膨胀螺栓2相连，陶瓷板3与水工混凝土结构主体1之间通过粘结砂浆7粘结为一体。

若干陶瓷板3中，陶瓷板之间的分缝(水平缝4、侧缝隙5)用弹性环氧树脂材料或丙乳砂浆密封。陶瓷板3为陶瓷弧板或陶瓷平板。连接件为铜丝或钢丝6。粘结砂浆为丙乳砂浆。膨胀螺栓2的外部倾斜向上安装于水工混凝土结构主体1上。

陶瓷材料的组成成分使其具有优异的耐腐蚀性能和较高的硬度，吸水率≤0.5％，表面施釉，基本不透水，对环境无污染。目前陶瓷板主要用于房屋建筑物的防护、装饰，装修，水工建筑物很少使用，且市场上提供的均为平面板。聚合物丙乳水泥砂浆具有优异的力学和耐久性能，与混凝土界面及陶瓷面板粘结强度高等特点，是理想的粘接材料。

针对闸墩墩头、桥柱的冻融腐蚀破坏，利用中国发明专利技术加工成的曲面弧板，将聚合物丙乳砂浆作为陶瓷板粘结剂，采用塑料膨胀螺栓钢丝挂粘法将陶瓷弧板用于闸墩、桥柱等水工混凝土结构的防护。块体可大可小，简单方便，极易施工。陶瓷材料优异的耐腐蚀和力学性能，能抵御各种酸、碱、盐、海水的腐蚀；其吸水率很低，抗冻融破坏性能好；其硬度高，抵御冰凌撞击；表面施釉，基本不透水，表面能较低，可使闸墩、桥墩等水工结构更加耐久、美观、节约维修费用，顺应当今发展景观水利、生态水利的需要。

通过粘结材料各项性能的试验和防护层模型的抗冻融实验，验证陶瓷防护层具有耐久性和非常好的防护效果。

一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构施工工艺，包括以下步骤：

1)对于新建水工混凝土结构，应先把突出的混凝土剔平，用花锤凿毛，用钢丝刷打磨，去掉松散表皮、灰尘、油污,并洒永润湿。对已老化破坏的水工混凝土结构主体进行界面处理；混凝土表面如出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予剔除，然后用混凝土角磨机、砂轮(砂纸)等工具，去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质，对较大面积的缺损，应用聚合物水泥砂浆修补平整。

2)在水工混凝土结构主体的顶面上吊竖直线；考虑到柱面均存在一定的不垂直度，在柱面上吊竖直线,吊线要计划出陶瓷板离墙面的距离，以使粘贴陶瓷板表面成垂直状。尽量减少板于混凝土面的间距，使陶瓷板上下层垂直排列；然后再按陶瓷板的实际尺寸在柱面弹出分格线,做为挂粘的控制线。

3)在水工混凝土结构主体的侧面上根据设计及陶瓷弧板的位置打孔安装固定塑料膨胀螺栓；膨胀螺栓外部与水工混凝土结构主体之间呈斜向上45度角安装。

4)板材安装

陶瓷板安装时应从下往上安装，从水工混凝土结构主体的曲面向两侧直面安装；施工可采用脚手架，如建筑物须要过水也可采用吊篮进行施工。安装最下面一层陶瓷板，底部用木楔找平，安装上一层时，下边用垫尺板托住，用木楔找平，底部用砂浆密封；安装时，将陶瓷板上端外倾，先把陶瓷板的下端通过钢丝或铜丝拴在膨胀螺栓上，且不宜太紧、牢固就行；调整好后，再把陶瓷板的上段钢丝或铜丝拴于预留的膨胀栓上，并用木楔支牢，用靠尺检测并调整；调整好后将钢丝或铜丝拴牢，陶瓷板之间的分缝用弹性环氧树脂材料或丙乳砂浆密封，使陶瓷板与水工混凝土结构主体间形成上部敞口的间隙；陶瓷板安装应平顺，缝隙均匀；

5)灌浆

每层陶瓷板安装就位后，用带漏口的小浆桶往陶瓷板后的缝隙中灌注丙乳砂浆；一块陶瓷板应分几层灌浆防止挤动；第一层丙乳砂浆灌14.5-15.5cm高，用细铜丝轻轻捣实；隔1～2h后待丙乳砂浆初凝后，再灌第二层丙乳砂浆，灌到陶瓷板一半高度为好，初凝后再灌第三层，第三层丙乳砂浆应低于上口2.5-3.5cm为宜，便于与上部陶瓷板粘结；

6)清理，待每一层陶瓷板中灌浆初凝后，对该层陶瓷板中多余丙乳砂浆和阻碍下一块陶瓷板安装的杂物清理；

7)擦缝，待陶瓷板全部安装结束，清除所有杂物，将陶瓷板擦拭干净。陶瓷板材安装应粘结牢固，无空鼓现象。缝隙均匀平直，无缺棱掉角、裂缝等缺陷。

试验例：

胡家岸灌区位于章丘市北部，涉及高官寨镇等七个镇，设计灌溉面积34.6万亩。由于近年来黄河实施调水调沙措施，章丘市胡家岸引黄闸前河床降低，水位下降，引黄闸引水受到严重影响。特别是春季，引水流量明显减少，甚至引不出水，造成农作物减产，严重制约了灌区经济发展。为解决这一问题，章丘市水务局经过认真调查研究，组织技术人员编制了胡家岸引黄闸改造工程方案并上报。整个工程包括两部分内容：一是胡家岸引黄闸改造工程，计划在现引黄闸前新建提水泵站一座，主要由连接段、自流闸、泵室、出水池、配电室及管理房组成；二是维修改造土城子引黄闸前泵站，将原泵站进水管伸至黄河河槽内。

在章丘市胡家岸引黄灌区引黄闸改造工程中开展本发明的实验性施工。胡家岸引黄闸左右各设两孔泵室，中间为三孔闸室，闸孔净宽3.0m，净高7.25m，对闸室的两个中墩墩头进行防护处理。工程内容分为材料加工、基面处理、挂板灌注聚合物丙乳砂浆、伸缩缝处理及养护等工序，应用于本工程，做到了优质高效。工程共完成陶瓷板施工面积80m²。工程处理后运行半年，经历了酷暑和严冬降温过程，闸墩防护效果良好，无脱落、空鼓、破坏现象，外观美观统一，防护效果显著。

工程完工后运行半年，经历了干湿交替、酷暑和严冬降温过程，闸墩防护层无脱落、空鼓、破坏现象。现场发现没有防护层的闸墩有的部位已出现白色碳酸钙结晶物析出，且侵润线达到水位以上约30cm，而陶瓷弧板防护层水位以上无侵润现象，外观无变化，说明防护层效果显著。

经在章丘市胡家岸引黄灌区引黄闸改造工程中成功试验应用。该研究项目推广实施后，将使北方地区因冻融腐蚀而破坏的混凝土闸墩、桥柱的防护加固技术产生积极影响，产生巨大的经济、社会和环境效益，也可以在强腐蚀的海洋环境下工作的挡潮闸闸墩、桥柱上使用，海洋生物不易附着，即使附着也较容易清理，可以在强腐蚀的海洋环境下工作的挡潮闸闸墩、桥柱上使用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，其特征是，包括水工混凝土结构主体，所述水工混凝土结构主体上设置有若干膨胀螺栓，水工混凝土结构主体的外部设置有若干陶瓷板，所述陶瓷板的上下端均通过连接件与膨胀螺栓相连，陶瓷板与水工混凝土结构主体之间通过粘结砂浆粘结为一体。

2.如权利要求1所述的以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，其特征是，所述若干陶瓷板中，陶瓷板之间的分缝用弹性环氧树脂材料或丙乳砂浆密封。

3.如权利要求1所述的以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，其特征是，所述陶瓷板为陶瓷弧板或陶瓷平板。

4.如权利要求1所述的以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，其特征是，所述连接件为铜丝或钢丝。

5.如权利要求1所述的以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，其特征是，所述粘结砂浆为丙乳砂浆。

6.如权利要求1所述的以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构，其特征是，所述膨胀螺栓的外部倾斜向上安装于水工混凝土结构主体上。

7.一种以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构施工工艺，其特征是，包括以下步骤：

1)对水工混凝土结构主体进行界面处理；

2)在水工混凝土结构主体的顶面上吊竖直线；

3)在水工混凝土结构主体的侧面上根据设计及陶瓷板的位置打孔安装固定塑料膨胀螺栓；

4)板材安装

陶瓷板安装时应从下往上安装，从水工混凝土结构主体的曲面向两侧直面安装；安装最下面一层陶瓷板，底部用木楔找平，安装上一层时，下边用垫尺板托住，用木楔找平，底部用砂浆密封；安装时，将陶瓷板上端外倾，先把陶瓷板的下端通过钢丝或铜丝拴在膨胀螺栓上，且不宜太紧、牢固就行；调整好后，再把陶瓷板的上段钢丝或铜丝拴于预留的膨胀栓上，并用木楔支牢，用靠尺检测并调整；调整好后将钢丝或铜丝拴牢，陶瓷板之间的分缝用弹性环氧树脂材料或丙乳砂浆密封，使陶瓷板与水工混凝土结构主体间形成上部敞口的间隙；陶瓷板安装应平顺，缝隙均匀；

5)灌浆

每层陶瓷板安装就位后，用带漏口的小浆桶往陶瓷板后的缝隙中灌注丙乳砂浆；一块陶瓷板应分几层灌浆防止挤动；第一层丙乳砂浆灌14.5-15.5cm高，用细铜丝轻轻捣实；隔1～2h后待丙乳砂浆初凝后，再灌第二层丙乳砂浆，灌到陶瓷板一半高度为好，初凝后再灌第三层，第三层丙乳砂浆应低于上口2.5-3.5cm为宜，便于与上部陶瓷板粘结；

6)清理，待每一层陶瓷板中灌浆初凝后，对该层陶瓷板中多余丙乳砂浆和阻碍下一块陶瓷板安装的杂物清理；

7)擦缝，待陶瓷板全部安装结束，清除所有杂物，将陶瓷板擦拭干净。

8.如权利要求7所述的以陶瓷板作为防护层的水工混凝土结构施工工艺，其特征是，所述步骤3)中膨胀螺栓外部与水工混凝土结构主体之间呈斜向上45度角安装。