浅谈SPC聚合物砂浆在冻融剥蚀破坏混凝土修复中的应用

庞月珍

（吕梁市文峪河水利管理局 山西文水03210 0）

1 基本概况

文峪河是汾河的主要支流之一，发源于关帝山，从北向南贯通交城、文水、汾阳、孝义等县市，于孝义市梧桐乡南姚村东汇入汾河，全长158.6km，流域面积4242km2。

文峪河渠首闸位于文峪河水库大坝下游约1500 m，北峪口村西侧文峪河河谷上，主要建筑包括水闸、消力池、防洪堤等。本闸为中型闸，建筑物等级为Ⅲ等3级，渠首闸设计泄洪流量300 m3/s，最大泄洪流量450 m3/s。该闸1974年5月开工兴建，1976年12月通过验收正式投入运行。

古贤闸位于汾阳市古贤庄村北约200 m处，文峪河河道桩号26+200处。水闸枢纽主要包括节制闸、分洪闸、五支渠进水闸、七支渠进水闸及管理房。本闸为中型闸，建筑物等级为Ⅲ等3级，古贤闸设计泄洪流量155m3/s，最大泄洪流量220 m3/s。该闸1977年8月开工兴建，1978年10月通过验收正式投入运行。

这两个闸投入运行以来，由于缺乏维修改造资金，长期运行，年久失修，存在运行隐患，为确保该水闸能安全、正常运行，2008年10月进行了渠首闸、古贤闸的安全鉴定。根据水闸鉴定报告，两个水闸闸室主体混凝土剥蚀、碳化严重，强度下降，闸墩、桥墩被洪水侵蚀明显，表面剥落、裂缝，局部钢筋外露锈蚀，混凝土结构的整体性遭到破坏。

2 混凝土冻融剥蚀破坏的形成及原因分析

经检测，主要病害是钢筋混凝土结构的混凝土冻融剥蚀、碳化。闸室底板、闸墩及桥墩混凝土面层都存在不同程度的冻融剥蚀，局部混凝土破损、剥落，钢筋外露。

水工建筑物混凝土的冻融剥蚀、冲磨和空蚀、钢筋锈蚀水质侵蚀、风化剥蚀以及碱骨料反应等外观缺陷统称为剥蚀破坏，其中以冻融剥蚀破坏最易发生，且破坏性较大。引起冻融剥蚀的因素主要有混凝土的抗冻性能、饱和程度、气温冷热交替及年最低气温等。

2.1 冻融剥蚀的发生

1）抗冻指标低致使混凝土不能很好抵抗内部冻胀应力。据有关资料显示，混凝土含水量不小于临界值91.7%，或与水接触后，水完全结冰时可有9%左右的体积膨胀，从而使混凝土受到很大的内部破坏力。由于闸墩混凝土多处于饱和状态，在冬季日夜气温频繁交替的情况下，极易产生冻融破坏，从而使混凝土表层剥蚀而逐渐脱落。

2）正负气温的交替使混凝土毛细孔水发生反复循环的冻结和融化，导致混凝土内部逐渐产生破坏。冻融剥蚀从混凝土表面开始层层脱落。剥蚀层厚度随温差而增大，年冻融循环次数越多，冻融剥蚀的破坏越快，渠首闸、古贤闸向阳面受日光照射，冬季冻融次数多，冻融破坏程度也较阴面严重。

3）渠首闸、古贤闸冻融破坏部位主要是闸墩、桥墩的水位变化区域和被渗漏水、地下渗流水、天然降水饱和的闸底板等。

4）冻融破坏的表现形式

（1）表层疏松剥落

渠首闸和古贤闸的混凝土桥墩、闸墩长期浸水区表面起毛，进而逐层剥落，导致骨料裸露和脱落。随着使用年限的增长，对于较薄的混凝土构件，可能发生整个断面崩解疏松的现象。

（2）冰冻产生裂缝

当混凝土中骨料的吸水率较大时，由于吸水饱和的骨料受冻膨胀爆裂，当冻胀骨料位于混凝土表面区时，会使混凝土表面局部产生胀突现象而产生裂缝。裂缝的产生进一步引发构件混凝土的剥蚀、脱落现象。

2.2 发生冻融破坏的原因分析

根据该水闸闸墩、桥墩混凝土遭受冻融破坏成因分析，可归结为以下几个方面：

（1）混凝土的设计抗冻标号偏低或不具备抗冻性。由于该水闸建于上世纪70年代，受当时技术和使用条件的限制，混凝土设计抗冻标号较低或不具备抗冻性能。

（2）不具备饱水条件的混凝土吸收了渗漏水而饱和。

（3）混凝土浇筑质量差，使混凝土的抗冻标号达不到设计要求。例如水泥质量、混凝土掺加料、骨料含泥量和杂质等不符合设计及规范要求；粗骨料为风化多孔性岩石、水灰比不符合要求、振捣不密实、混凝土含气量不足或气泡质量不佳、施工养护不到位，使混凝土表面强度达不到要求，进而使混凝土早期受到冻融破坏等。

3 聚合物纤维砂浆的选用

3.1 聚合物砂浆性能优于常用的普通材料

经过对近年来施工中常用的补强材料对比发现，聚合物纤维砂浆是一种高性能的水泥砂浆，与普通水泥砂浆相比它具有固结快、强度高、抗裂、抗折、抗冲击、抗疲劳与混凝土粘结力强等特点。聚合物纤维砂浆主要用来修补冻融剥蚀、碳化处混凝土或其它破损混凝土，可提高混凝土防冻融剥蚀、碳化的能力。几种常用混凝土补强材料性能对比详见表1。

表1 几种常用混凝土补强材料性能对比表

3.2 聚合物砂浆的技术指标

SPC聚合物砂浆物理力学性能技术指标见表2。

表2 SPC聚合物砂浆物理力学性能技术指标

4 SPC聚合物纤维砂浆的施工工艺及施工要点

对于混凝土的冻融剥蚀，大多采用“凿旧补新”的方法处理。先清除受损的混凝土表面，在表面涂刷界面剂以使修补体与老混凝土面密切结合，然后是修补材料的浇筑回填，最后是修补材料的养护。

4.1 SPC聚合物砂浆的施工工艺

经对水闸检查结果表明，该闸启闭室底板以上部分尚未发现有病害的反映，所以维修加固主要是针对下部结构的病害进行处理。

1）基面处理：采用凿毛、喷砂、打磨工艺对表面进行处理，清除疏松、风化剥蚀层直至露出新鲜、密实的混凝土面，用高压水冲洗干净。

2）涂刷界面剂：充分湿润混凝土表面，然后均匀涂刷一道SPC界面剂。要求涂刷均匀，并掌握好涂抹砂浆的时机，以便使砂浆与混凝土粘结牢固。

3）聚合物砂浆抹面：采用SPC201聚合物砂浆抹面，要求扎实抹平，每层抹面厚度10 mm，砂浆终凝后保持湿润养护5～7d。

4）表面刮涂：在砂浆表面刮涂2道ST401防碳化涂料，自然养护7d。

4.2 施工控制要点

1）基面处理要求必须密实、干净，使聚合物砂浆与混凝土表面充分结合，粘结牢固，保证聚合物砂浆的施工质量。

2）聚合物砂浆抹面时要求厚度均匀，保证砂浆表面应力均匀，防止因表面应力不均匀出现的裂缝，同时使外观质量达到设计要求。

3）聚合物砂浆抹面完成后及时进行养护，要求砂浆表面连续湿润，以免表面出现干缩裂缝，造成砂浆表面的破坏。

5 应用效果

经检测，聚合物砂浆抹面厚度10～13.5mm，抹面厚度基本均匀，养护时间均达到7d，表面密实无裂缝，达到设计要求。

两处水闸主要结构的混凝土冻融剥蚀、碳化严重，钢筋外露锈蚀，多处裂缝破坏了结构的整体性，已影响正常安全运行。经对该水闸的病害处理，消除了潜在的安全隐患，增强了混凝土的抗冻融剥蚀、碳化能力，提高了运行安全性。

6 结语

从渠首闸和古贤闸混凝土表面剥蚀处理的应用效果看，SPC聚合物纤维砂浆比常用材料具有固结快、强度高、粘结牢固、便于施工、成本低等优点。对一般建筑物、构筑物的混凝土表面剥蚀，可采用聚合物砂浆进行处理。通过本工程的施工，总结了施工中应掌握的施工控制要点，以便在以后的施工中能够提高施工质量。