峡山水库溢洪道闸墩老化病害及修补处理

朱尊亮

（潍坊市峡山水库管理局，山东 潍坊 261325）

峡山水库是山东省第一大水库，坐落于山东半岛，在昌邑、高密、诸城、安丘4县（市）交界处，水库总库容 14.05亿m3，兴利库容5.03亿m3。水库始建于1958年11月，1960年9月建成蓄水，是一座集防洪、城市及工业供水、灌溉、发电等综合利用于一体的大型水利工程。灌区设计灌溉面积10.2万hm2，有效灌溉面积6.93万hm2。在大坝安全鉴定现场检测中发现部分闸墩混凝土结构破坏严重，并对其破坏原因进行了分析，提出了可能存在碱集料反应破坏的质疑。

2002年3月委托南京水利科学研究院对闸墩混凝土进行岩芯取样检测，以判别混凝土是否发生碱集料反应，为加固工程设计提供借鉴和依据。

本次检测共取2组岩芯样品，分析试验结果表明：细集料与水泥中的碱发生了反应，生成硅酸钠凝胶，存在典型的碱硅酸盐反应（ASR），致使集料周围出现放射状裂纹；粗集料中存在碳酸盐岩，并且与水泥中的碱发生了反应，生成水镁石和方解石，存在碱碳酸盐反应（ACR），致使混凝土内部产生膨胀而开裂。同时现场检查发现闸墩表面存在较严重的冻融剥蚀、碳化、风化和裂缝等老化病害问题。

为了抑制混凝土内部的碱骨料反应和闸墩表面剥蚀、碳化、风化及裂缝等老化病害的进一步加剧，提高混凝土结构耐久性，延长工程应用年限，结合水库加固工程对闸墩混凝土采取修补防护措施。

1 修补防护材料选择

目前，应用于水工混凝土建筑物表面的修补防护材料种类繁多，良莠不齐，主要包括以下材料：

1.1 普通水泥沙浆

普通水泥沙浆是许多水利工程管理单位用来修补水工建筑物表面剥蚀破坏的常用材料，具有施工简便、成本低的特点。但同时存在与基底混凝土黏结不牢固；温度变形能力较低；抗冻性能较差，一般均低于D50；抗渗性能较低等缺点。

由于存在以上诸多缺点，普通水泥沙浆使用几年后，会出现大面积空鼓、龟裂、脱落。一旦普通水泥沙浆修补层出现空鼓、龟裂后，水分很容易进入到沙浆与基础结合层，由于有沙浆层的覆盖，水分不易快速蒸发，致使钢筋处于潮湿环境的时间延长，不但不能有效阻止钢筋锈蚀，反而会进一步加剧钢筋锈蚀的进程，导致修补失败，这已经在许多工程应用中得到验证。

1.2 环氧沙浆

在上世纪六七十年代，环氧沙浆大量用于水工混凝土建筑物的修补处理，具有抗压强度高、与基底混凝土黏结强度高等特点，但存在以下问题和缺点：1）在紫外线照射下，环氧沙浆易变脆老化；2）硬度高、弹性差，在巨大温度变化而产生较大的变形应力作用下，出现了环氧沙浆与混凝土在结合层部位的破坏脱落；3）现场施工工艺复杂，且含有大量有机溶剂，对人体有毒；4）材料费用较高。因此，环氧沙浆不适应野外环境下 （特别是阳光直晒部位）的混凝土修补。

1.3 钢纤维沙浆

钢纤维沙浆是在普通水泥沙浆中掺入一定量的短切钢纤维（1%～3%左右），具有较好的抗折（弯）强度和抗冲击性能，但由于其黏结强度、弹性、抗冻性能、抗渗性能与普通高标号沙浆非常接近，作为薄层修补材料易产生空鼓、脱落、钢纤维锈蚀等问题，所以不适宜作为薄层修补材料，这已在多项水利工程修补处理工程中得到证实。

1.4 树脂玻璃钢

在上世纪80年代，我国玻璃钢制品蓬勃发展，全国各地先后采用玻璃钢材料对桥墩等建筑物进行整体或局部处理，这相当于在渡槽内部或桥墩外部重新做了一层衬里，与混凝土表面附着良好，在施工后的几年内确实发挥了相当好的效果。但由于对树脂（环氧树脂、不饱和树脂）在阳光直射状况下的耐紫外线能力考虑不足，使用几年后，出现了脆裂、与混凝土表面脱开等问题，致使修补失效。

1.5 水泥基渗透结晶材料

水泥基渗透结晶材料是由活性化学成分、微细纤维与膨胀组分、水泥及石英沙组成的一种新型高效的水泥基渗透结晶防水材料，具有渗透结晶、密实增强、补偿收缩、减少开裂、防止渗漏等优越性能，主要用于工程防水、防渗处理工程。

水泥基渗透结晶材料的主要成分为水泥、沙子，其力学性能与普通沙浆非常接近，其黏结强度、弹性、抗冻性能较低而不能满足水工混凝土的表面修补技术要求，所以不适宜作为水工混凝土建筑物表面薄层修补处理材料。

1.6 聚合物水泥沙浆

鉴于上述修补方案存在的缺陷，考虑到水工混凝土老化病害修补的特殊要求，通过考察实际应用状况，峡山水库溢洪道闸墩选择使用具有较高性能、适用于水利工程修补的新型修补防护材料——SPC聚合物水泥沙浆系列修补材料及配套施工工艺。

SPC聚合物水泥沙浆是以少量的有机聚合物乳液掺到水泥沙浆中，借以改善水泥沙浆各项物理力学性能而形成的一种具有新技术性能的新型复合材料，其性能指标见表1。

SPC聚合物水泥沙浆具有以下特点：1）与基底混凝土具有较高的黏结强度，可保证修补层与基础形成一体而不脱落；2）弹性模量较低，弹性较高，可适应由于温度变化而产生的温度变形；3）良好的抗裂性能，薄层修补而自身不裂；4）良好的抗渗性及抗冻性能，适应恶劣的野外环境而保持良好的耐久性能；5）良好的耐腐蚀性，可防止污水及其他腐蚀性介质对混凝土造成腐蚀性破坏；6）无毒无污染，施工简便，成本低；7）长期野外暴露试验结果表明，SPC沙浆具有优良的耐久性能，适用于野外恶劣环境。

表1 SPC聚合物水泥沙浆的物理力学性能指标

SPC聚合物沙浆在混凝土表面形成具有良好致密性、弹性、抗渗性、抗冻性的“薄壳”，既起到表面修补的作用，又具有良好的封闭防护效果。无论从材料性能、修补费用和施工工艺考虑，还是从工程应用实践中考证，SPC聚合物水泥沙浆是一种理想的表面修补、防护材料。

鉴于SPC聚合物水泥沙浆优异的物理力学性能和施工特性，已在北京、河北、辽宁、湖南、内蒙古、山西、宁夏等几十项水利工程混凝土修补中得到应用，主要工程类型包括溢洪道、闸墩、渡槽、桥梁、地下室防渗以及防腐工程等，经受住严峻的运行环境考验，表现出良好的耐久性。

2 修补方案及施工工艺

参考有关大型水利工程混凝土表面修补加固的经验，结合峡山水库溢洪道闸墩的具体状况，选择采用SPC聚合物水泥沙浆、SPC界面剂、SPC聚合物涂层进行修补处理，平均修补防护厚度控制在5mm左右，具体方案见图1。

图1 闸墩修补防护结构示意图

2.1 修补材料的技术要求

1）抗压强度≥30MPa；2）抗折强度≥8MPa；3）黏结强度≥4.0MPa； 4）抗渗标号≥W12；5）抗冻标号≥F200。

2.2 施工工艺及技术要求

1）基础处理：凿除疏松、风化、剥蚀层至新鲜混凝土面，用高压水冲洗干净。

2）材料配制：SPC聚合物水泥沙浆配比：粉料:胶料=6.5:1，人工拌合；SPC界面剂配比：粉料:胶料=0.8:1，搅拌均匀；SPC聚合物涂层配比：粉料:胶料=2.5:1，搅拌均匀。

3）界面处理：充分湿润混凝土表面，均匀涂刷一道SPC界面剂。

4）抹面：采用SPC沙浆抹面，轧实抹平。抹面厚度宜控制在15mm以内。

5）养护：潮湿养护5～7d，再刮涂1～2道SPC聚合物涂层，自然养护21d即可。

3 施工质量控制

本次施工自2008年5月20日开始，9月20日完工，共计完成闸墩表面修补防护处理面积约11000m2。施工中对基础处理、界面涂刷、抹面及养护过程进行抽查。

1）基础处理：经现场抽查，混凝土表面高压喷沙处理后，均采用高压水冲洗，混凝土表面新鲜、洁净，无粉尘或颗粒脱落等现象。

2）界面剂涂刷：经现场抽查，混凝土表面湿润但无积水，无漏涂、流淌现象，符合施工技术要求。

3）抹面施工：经现场抽查，SPC聚合物沙浆抹面施工过程一次性压抹，无反复压抹现象，修补层无开裂、空鼓现象，但表面平整性稍差。

4）养护：经现场抽查，修补层均已覆盖薄膜洒水养护，符合施工技术要求。

5）修补层厚度：抽检测得修补层厚度见表2，平均修补厚度符合施工技术要求。

表2 闸墩修补层厚度检测结果 mm

6）结合性能：参考《水工金属结构防腐蚀规范》（SL105—1995）中金属防腐涂层结合性能检测方法，采用切格法对闸墩修补层结合性能进行检测，共计布置2cm×2cm方格测区7处。检测结果表明，测区涂层与抹面、抹面与原闸墩混凝土间无脱落松动现象。此外，闸门吊装时局部修补层被闸门碰撞，仅在碰撞点修补层破损或脱落，碰撞点附近修补层无脱落、松动现象。这充分说明SPC聚合物沙浆修补层层与层之间、修补层与原闸墩结合性能较好。

7）抗磨性能：采用钢钉尖头刻划修补层和砂纸打磨方法进行检测。采用钢钉尖头刻划修补层（6处），刻划1mm深度需要刻划30～37次；采用砂纸打磨修补层（6处），均无粉尘或颗粒脱落现象。检测结果表明SPC聚合物沙浆修补层抗磨性能较好。

8）现场抽样检测结果：施工过程中先后抽取抗压试件4组、抗折试件4组、黏结抗折试件3组、抗渗试件1组、抗冻试件1组，检测结果见表3。

表3 SPC聚合物水泥沙浆现场质量抽检结果

检测结果表明，SPC聚合物水泥沙浆的抗压强度平均为45.9MPa，抗折强度平均为9.7MPa，黏结抗折强度平均为6.9MPa，抗渗标号为W15，抗冻标号为F150，均达到或超过设计要求的技术指标。这充分说明SPC聚合物水泥沙浆具有良好的物理力学性能，可以满足工程修补防护的要求。

4 结语

检测结果表明：1）SPC聚合物沙浆具有良好的致密性、黏结性能、抗冲耐磨性、抗渗性、抗冻性能，修补层与混凝土黏结牢固，没有出现空鼓裂纹现象，在对混凝土表面修补的同时达到良好的封闭防护、防渗效果，是一种理想的表面修补、防护材料；2）作为修补防护新材料，必须严格按照施工工艺要求进行施工，严格控制施工各工序的质量，才能达到设计的修补防护功能要求；3）在今后工程运行过程中对修补防护部位加强观测，为今后类似工程应用提供借鉴和技术依据。