丙乳砂浆施工技术在青峰岭水库溢洪道闸底板修复中的应用

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(莒县青峰岭水库管理处， 山东 日照 276500)

1 概 述

在我国北方地区,冬季寒冷，气候变化无常,昼夜温差变化较大，极端恶劣天气经常出现。部分在临界水位线及长期处在溢流面表层的混凝土工程经常出现冻融剥蚀现象，这些现象不仅降低了工程表层质量和使用功能，影响美观，还年复一年地继续向更深层次发展延伸、破坏工程受力结构，减少使用寿命，直接危及工程运行安全。因此，研究简便易行的混凝土表层有效补强修复处理方案具有十分重要的意义。青峰岭水库在溢洪闸闸底板冻融剥蚀处理中采用的喷射丙乳砂浆补强修复处理方案比较成功，并取得了良好效果，达到了预期修复目的。

青峰岭水库位于沭河干流中上游，枢纽工程于1959年11月动工兴建，1960年7月建成蓄水，总库容4.101亿m3，兴利库容2.687亿m3，控制流域面积770km2，是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、养殖等综合利用的大(2)型水库。枢纽工程由主坝、副坝、溢洪道、放水洞、水电站组成。工程等别Ⅱ等，主要建筑物2级。

青峰岭水库溢洪道除险加固工程溢洪闸工程于2005年8月完工并投入运行。溢洪闸堰顶净宽90m，分为9孔，设8个中墩，2个边墩，闸墩为钢筋混凝土结构。闸室部分长19m，宽102.0m，泄槽部分长70m，宽102.0m。2006年春，工程隐患排查，溢洪闸泄槽底板溢流面混凝土面层不同程度地出现脱落和起鼓，破损点面积多在3～5cm2左右。随着时间推移，破损面越来越大，表皮隆起面亦越来越多。至2009年5月，溢洪闸泄槽底板混凝土表面冻融、剥蚀严重，面积达6500m2，占总面积的93%，冻融深度在5～8mm，上层石子经冲刷裸露在外(见图1、2)。为保证青峰岭水库水工建筑物安全,决定对其进行修复。

图1 泄槽底板混凝土破损现状

图2 泄槽底板混凝土破损现状

2 成因分析

2009年6月，水库管理处组织有关专家详细地勘查了现场，对其成因进行分析认定。引起混凝土结构表层冻融破坏的主要原因是：混凝土长期与水接触，使混凝土中含水量加大，混凝土微孔隙中的水在正负温差大幅度变化和频繁交替的作用下结冰、膨胀，形成的膨胀压力和渗透压力联合作用于混凝土微孔隙壁，在这种综合压力的作用下，混凝土结构产生了由表至里的剥蚀破坏。

3 加固修复方案

3.1 修复方案的基本原则

用回弹仪检测泄槽底板混凝土强度，混凝土强度均大于原设计强度。表面剥蚀主要发生在泄槽底板混凝土表面，主要是泄槽底板在浇筑时使用泵送混凝土。为增加混凝土的流易性，混凝土用水量和水泥用量加大，导致混凝土表层泌水、表面富水的砂浆过厚、表层混凝土抗冻性能降低。因此，经研究确定修复方案为：清除表层混凝土、凿除浮动石子、砂浆护面。

3.2 修复方案比选

根据混凝土冻融破坏发生的部位、程度、时间、温度等工况条件，选择材料要求其聚合体必须具有两大优势：ⓐ与混凝土基底长期良好的黏结性能；ⓑ优良的抗介质渗透性能。

目前，混凝土表面修补的材料以及处理方案较多，如：环氧砂浆、TK聚合物、107胶、丙乳砂浆、高标号普通砂浆等方案。根据丙乳砂浆在水利工程中应用的成功案例，经比选后认为：目前丙乳砂浆处理技术比较成熟，修复外观质量良好，且运行中无不良现象发生，新旧结合面黏结好、施工方便、无毒性等，拟定采用丙乳砂浆对青峰岭水库溢洪道泄槽全部底板混凝土进行修复。修复面积7000m2，喷射丙乳砂浆厚度20mm。

3.3 丙乳砂浆改性机理

丙乳砂浆性能的改善不仅是由于显著地减少了用水量，而且由于聚合物乳液在水泥水化时失水形成聚合物膜，与水泥浆体呈连续相，改善了硬化水泥砂浆的物理组织结构与结构内应力，大大减少了微裂缝出现的可能性，同时聚合物纤维越过裂缝，起到了架桥和填充作用，限制了裂缝的蔓延，切断其与外界的通道，填充了空隙，起到了密封作用，改善了砂浆的物理结构，从而使丙乳砂浆抗裂性、黏结强度、抗碳化、抗渗、抗氯离子渗透能力均得到极大提高。适用于水利、港口工程、公路、桥梁、工民建等钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。

4 丙乳砂浆施工

4.1 泄槽混凝土修复处理工艺流程

混凝土表层凿毛—表面清洗—丙乳砂浆配置—涂刷界面剂—喷射丙乳砂浆—滚涂丙乳水泥净浆养护。

4.2 基面处理

丙乳砂浆与老混凝土基面有很好的黏结力，但基面必须干净、新鲜。根据工程实际情况，对基面进行凿毛，露出坚硬新茬，凿毛深度以全部清除剥蚀面、凿除所有浮动石子为准，在薄层修补区的边缘凿一道3～5cm深齿槽,增加修补面与老混凝土的黏结。

在施工中采用了改装风把钻机结合喷砂打毛的工艺方法清理混凝土表面。喷射砂料选用含泥量低、石英颗料含量高的中粗砂，最大粒径0.5cm。喷射压力0.5MPa，耗气量为6m3/min。基面经喷砂处理后，再用洁净高压水冲洗，露出新鲜的混凝土层面。修补面经验收合格后，用喷雾器喷射丙乳基液湿润混凝土基面，进行丙乳砂浆喷射施工。

4.3 丙乳砂浆的配制

4.3.1 原材料

丙乳砂浆的原材料包括：水泥、砂子、水和丙乳原浆。ⓐ水泥:根据丙乳砂浆的施工技术要求，本工程采用PO.42.5级；ⓑ砂子:经过网目2.5mm筛子筛选，晾干不含水分；ⓒ拌和用水:使用符合拌和质量要求的水；ⓓ丙乳原浆:采用丙烯酸共聚脂乳液。

4.3.2 丙乳砂浆的配合比确定

参照已使用丙乳砂浆处理过的类似工程的施工配合比，通过试验确定丙乳砂浆配合比。

4.3.3 丙乳砂浆的拌制

丙乳砂浆配比要求严格，各种原材料重量误差不超过0.5%，由专人负责称量各种原材料，称量容器干净无油污。拌和采用人工拌和法，拌和量根据施工条件确定，以在30min内用完为宜，对超过30min、未使用完的丙乳砂浆，作废弃处理。

丙乳砂浆拌制：先将称好的水泥、砂子(2.5mm过筛)干拌均匀，然后再将称好的水和丙乳混合后加入灰砂中，湿拌均匀(见图3)。

图3 丙乳砂浆拌和流程

4.4 涂刷界面剂

在已凿毛清洗验收合格的混凝土基层上涂刷一层丙乳净浆，涂刷要薄而均匀，不漏涂、不流淌，在丙乳净浆未硬化前即可喷射丙乳砂浆。

4.5 喷射丙乳砂浆

先用丙乳砂浆将受喷面的较大坑洼处基本找平，待其固结后再在受喷面上喷射丙乳砂浆，喷枪移动要求平稳、匀速，喷嘴距受喷面20～30cm，喷射角度与受喷面垂直。

4.6 滚涂丙乳水泥净浆

砂浆表面基本固结后，在表面滚涂一层丙乳水泥净浆。

4.7 养护

混凝土表层滚涂完丙乳净浆后用喷雾器喷雾养护两周。

5 施工中注意事项

为避免出现修复部位空鼓现象，施工中注意事项有以下几点：ⓐ混凝土基面凿毛要彻底，无漏凿、无浮石；ⓑ基面清理要洁净，无浮尘、无积水；ⓒ丙乳基液涂刷要均匀，无漏落、无积液；ⓓ砂浆喷涂要连续，气压控制要均衡，时间控制要合理。在时间控制上一般以上次工序砂浆基本初凝为最佳；ⓔ养护要跟上，面层保持湿润，避免出现干缩太快，表层龟裂。

本工程丙乳砂浆抹面面积约7000m2，为检验施工质量，施工过程中对丙乳砂浆进行了现场取样，依据《水工混凝土试验规程》的有关规定制作、养护。抗压、抗折试验均用4cm×4cm×16cm的试件；与老混凝土黏结强度用(4cm×4cm×16cm)1/2试件的断茬做黏结面；抗拉试验用小8字模试件；抗冻试验采用10cm×10cm×40cm试件，抗渗试验用10cm×8cm×3cm的圆台形试件。现场取样组数及试验结果为：抗压22组(设计要求不小于30MPa，实测36.4～42.6MPa)，抗折22组(设计要求不小于8MPa，实测9.8～11.0MPa)，抗拉22组(设计要求不小于5MPa，实测6.2～7.4MPa)，与老混凝土黏结强度22组(设计要求不小于2.0MPa，实测2.3～2.9MPa)，抗渗1组(设计要求不小于1.5MPa，实测大于1.5MPa)，抗冻l组(设计要求不小于300，实测大于300)。试验结果证明，各项强度值均优于设计指标，现场修补部位表面平整、完好、密实，经阶段验收，丙乳砂浆材料性能及抹面质量均满足工程设计要求。

6 应用效果

工程处理部位经过3年多的运行检验，未再出现剥蚀或裂缝，外观质量状态良好，极大地发挥了工程效益。

7 结 语

丙乳砂浆具有成本低、无毒、施工方便、同基底混凝土黏结好、抗冻、抗碳化、耐蚀性强等优点，其应用在水利工程溢流面和水工建筑物水位临界面冻融破坏修复处理效果良好。工程实践证明：喷射丙乳砂浆技术作为防止水工混凝土建筑物冻融和碳化剥蚀破坏的措施，是目前较成功的修复防护材料和行之有效的施工技术，该项技术具有投资少、施工方便、工期短的特点。因此，在水工建筑物修复工程中具有较高推广应用价值。