丙烯酸酯共聚乳砂浆在修补水电站混凝土压力管道中的应用

(甘肃省疏勒河流域水资源管理局，甘肃玉门 735211)

1 概述

丙烯酸酯共聚乳液 (以下简称丙乳)是一种优良的水泥砂浆及混凝土改性剂，能显著地改善水泥砂浆和混凝土的黏结、抗裂、防水防渗、抗氯离子渗透、抗冻、防腐、耐老化等性能。该产品是水性丙烯酸树脂，用于配制新型修补、防腐、防水防渗材料——聚合物水泥砂浆与混凝土，是环氧树脂砂浆的替代产品，具有环氧砂浆所无法比拟的低成本及耐老化、抗裂、抗收缩等性能，可作为水工、港工、公路、桥梁、化工、工业、民用建筑等钢结构与钢筋混凝土、混凝土、块石砌体的防渗、防腐、防冻护面及修补材料。

丙乳亦可用作混凝土界面黏结剂、混凝土防碳化涂层保护剂以及防水防渗涂层、裂缝固结灌浆、建筑密封、水工泄水建筑物抗冲耐磨材料、混凝土表面防腐涂层材料等。

2 工程概况及现状

位于甘肃省境内的疏勒河蕴藏着丰富的水能，2009年在疏勒河流域昌马新总干渠修建了新总干二级水电站，总装机7.5MW，为渠道引水式电站。主要由380m长的引水渠、前池、3200m长的压力管道、厂房、1400m长的尾水渠构成，电站水头54m。压力管道采用钢模台车浇筑圆形C30混凝土，直径3200cm。

2011年10月水电站建成后投运。在试运行期间发现混凝土管道随着机组出力的增加，管道渗水量逐渐增大，渗水部位都在管道半圆以上，当机组负荷带至4.5 MW时管道出现爆裂，只能停机修补。检查发现混凝土管道施工质量存在问题，在管道水平方向半圆以上部位存在渗水，主要原因是该部位在浇筑时无法振捣密实。将爆裂管道拆除重新浇筑后并网发电，但压力管道仍然存在渗水情况，随后采用水泥浆和涂抹环氧砂浆进行封堵。采用水泥浆封堵的部位在运行一段时间后水泥浆就会掉落，而采用环氧砂浆封堵的部位没有出现掉落现象，但是环氧砂浆价格昂贵，并且由于管道内湿度太大施工缓慢。后采用丙乳砂浆对漏水管道进行修补，效果较好。该方法不仅造价低，而且施工工期短。

3 丙乳砂浆性能及使用方法

3.1 丙乳性能

外观:乳白蓝光液体;

固含量:40±1%;

黏度 (涂－4杯，25℃):10～15s;

pH值:5～7;

钙离子稳定性:10%CaCl2溶液1∶1稀释无凝聚颗粒;

机械稳定性:4000r/min半小时无凝聚颗粒;

冻融稳定性:－20～20℃通过五个循环无凝聚颗粒。

3.2 丙乳砂浆性能

按照水泥∶砂子∶丙乳:水=1∶2∶0.25:适量的配合比配制丙乳水泥砂浆，其中水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，砂子为中砂，水为普通自来水。该丙乳水泥砂浆主要性能如下:

28天抗压强度:40～60MPa;

28天抗折强度:10～20MPa;

28天抗拉强度:＞7MPa;

28天黏结强度 (∞字试块):＞5MPa;

干燥收缩率:(6.5～8.5) ×10－4;

线膨胀系数:9.6 ×10－6mm/℃;

抗冲磨强度:8～10h/cm;

2天吸水率:≤1.5%;

抗渗性:＞1.5MPa。

3.3 丙乳砂浆施工方法

3.3.1 基底处理

混凝土基底清除浮尘、浮浆、疏松层等，人工采用榔头、凿子打毛表面，再用磨光机把墙壁上脱落的遗留物打磨干净，最后用高压水枪把管壁上的残留物清洗干净。处理好的混凝土表面水分挥发越大越好，有利于下一道工序界面黏结剂的渗透封闭与加固。

3.3.2 界面处理

为了增加混凝土基底与丙乳砂浆之间的结合力，混凝土基底须涂刷界面黏结剂。可采用丙乳与水泥按1∶(1～2)配成的净浆作为界面黏结剂，涂刷一道，待表面略干、净浆未完全硬化前 (约15min)，人工涂抹丙乳水泥砂浆。在涂抹过程中，管道温度应保持在－5℃以上。

3.3.3 丙乳砂浆的配制

根据工程要求选择适当的丙乳水泥砂浆配合比。一般工程推荐为水泥∶砂子∶丙乳∶水 =1∶2∶0.25∶适量;对于防渗及高强度要求的推荐配合比为水泥∶砂子∶丙乳∶水=1∶1.5∶0.3∶适量;新总干二级水电站管道修补采用的配合比为水泥∶砂子∶丙乳∶水=1∶2∶0.2∶适量。砂子为棱角状石英砂，先将水泥、砂子拌匀，再加入丙乳及适量水 (水的用量以砂浆易于涂抹施工为宜，不易多加)，充分拌和均匀即可。

丙乳砂浆一次拌和数量不宜过多，一般应在30～45min内用完，如硬化后中途随意加水调和，会降低丙乳砂浆的密度及强度。

丙乳砂浆宜人工拌和，使砂浆具有黏性，不可强烈搅拌，以免产生泡沫，降低丙乳砂浆密实度及强度。

3.3.4 丙乳砂浆的施工方法

采用人工涂抹方式施工，按丙乳净浆打底+丙乳砂浆+丙乳净浆刷面结构体系进行，采用辊涂或刷涂丙乳水泥净浆涂层2～3道 (每道涂刷间隔为上一道表面略干以后，涂层厚度薄而均匀)，须朝一个方向压实，不宜反复来回压抹。新总干二级水电站管道修补中，丙乳砂浆涂抹厚度为1cm以内 (超过1cm会导致丙乳砂浆脱落)。第二层采用丙乳∶水泥 =1∶(1.5～2)的较稠净浆进行涂刷，使之形成连续致密的防水防渗涂层。

3.3.5 丙乳砂浆的养护

丙乳砂浆施工完毕后，第二天采用喷雾潮湿养护，每天1～2次，潮湿养护7天后，再自然干燥21天即可投入使用。

初始养护时 (丙乳砂浆未干)不可洒水太多，以免未干丙乳渗出，丙乳砂浆表面发白。管道温度始终不得低于－5℃。

4 水泥浆、环氧砂浆和丙乳砂浆的对比

从下表可以看出，丙乳砂浆具有强度高且增长快、能抵抗多种化学物质的侵蚀、不易开裂脱落、适合潮湿面黏结、耐大气老化、施工环境要求低、成本低、施工工艺简单、易操作和控制施工质量、与基础混凝土温度适应性好等优点。

水泥浆、环氧砂浆和丙乳砂浆对比表

5 结语

新总干二级水电站压力管道采用丙乳砂浆修补，经通水检查，修补的缺陷部位没有发生脱落开裂等现象，对改变混凝土压力管道渗水情况起到了很好的作用，同时改变了因为渗水引起的压力管道内钢筋锈蚀的问题，对整个压力管道的正常运行起到了很好的作用。实践证明:丙乳砂浆修补水电站混凝土压力管道具有很好的应用前景，是目前性价比较高的修补材料，建议在已建混凝土压力管道进行各种老化加固处理和新建工程中推广使用。

［1］JGJ/T 259－2012混凝土结构耐久性修复与防护技术规程［S］．

［2］DL/T 5193－2004环氧树脂砂浆技术规程［S］．