CRETO材料在万年闸泵站引水渠衬砌板混凝土冻融破坏修复中的应用

黄九常，杨克坤，侯彩云，任泽俭

（1.南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109；2.山东省水利勘测设计院，山东 济南 250013；3.山东创元水务有限公司，山东 济南 250012）

1 引言

我国淮河以北冬季常见结冰现象，水工混凝土常见冻融破坏，渠道衬砌板混凝土由于厚度较薄，一般为100 mm左右，容易冻透，渠道水位波动较大，因此水位波动区更容易受到冻融破坏。混凝土冻融破坏的显著特征就是受冰水侵蚀后表面剥落，受阳光、CO2、干湿交替等综合因素影响后会逐年加剧，严重时可能露出石子。万年闸泵站引水渠衬砌板混凝土经过10余年运行出现了不同程度冻融破坏现象。

2 工程概况

万年闸泵站枢纽位于韩庄运河中段，是南水北调东线工程的第八级抽水梯级泵站、山东境内的第二级泵站，紧邻万年闸船闸，调水期引水渠水位波动频繁，衬砌板部分位于引水闸后引水渠段，为现浇混凝土衬砌结构，厚度为80 mmC20现浇混凝土板，下层为250 g/m2的土工布1层、厚度为60 mm直径为5～20 mm碎石垫层，再下层是厚度为150 mm中粗砂垫层，渠道衬砌高度5.5 m，边坡混凝土设计强度等级为C20，抗渗等级为W8，抗冻等级为F200。引水渠于2008年7月通过水下工程阶段验收，之后渠道正常蓄水。工程投入运行10余年以来总体良好。工程所在地枣庄属于暖温带气候区，为夏热冬冷、四季分明的大陆性季风气候，冬季12、1月渠道存在结冰现象，但运行以来未形成过冰盖。

3 冻融现象及修复工艺选择

从2013年起至今，混凝土衬砌板水位波动区表面陆续出现表面爆皮、砂浆脱落、露碎石、碎石脱落现象，破坏严重处深度已接近2 cm，并呈现逐年增大趋势。个别衬砌板混凝土部分开始出现开裂、脱空起鼓等现象。2019年9月，将引水渠水位降至最低水位以下，发现常年在水面以下的第二块混凝土衬砌板较为完整，没有明显破损。从以上外观现象分析，较为符合冻融破坏的直观特征。为确保衬砌板混凝土的设计使用功能及耐久性要求、恢复砌衬板混凝土观感、确保南水北调东线一期万年闸泵站枢纽工程的正常运行和安全，亟需对输水渠渠道衬砌板混凝土病害进行维修。参考2017年南水北调东线济平干渠衬砌板冻融破坏维修工程经验，采用RMO高性能浓缩性缺陷柔性修补剂修复和外喷DPS深层渗透结晶保护层相结合的工艺，对渠道衬砌板混凝土进行维修。

4 RMO柔性修补剂修复与外喷DPS深层渗透结晶保护层工艺

4.1 美国CRETO环球公司及产品

美国CRETO环球公司成立于1918年，其抗渗防腐产品应用于世界5 000多个城市，1995年进入亚洲地区。RMO是CRETO公司生产的专利产品中Repair Mortar Overlar的简称，DPS是CRETO公司生产的专利产品中Deep Penetrating Sealen的简称。山东创元水务有限公司已在南水北调山东段、山东胶东调水、德州李家岸灌区、济南自来水厂等30多项水利、市政工程使用CRETO材料进行施工。

4.1.1 RMO产品简介

RMO是一种高性能浓缩性缺陷修补产品，与砖、石、混凝土等不同的基材具有极好的结合性能，是传统修补材料的更新替代产品。RMO与水泥基材料具有优异的相容性，经RMO改性后的水泥砂浆，与基材之间的黏结强度、韧性得到大幅度提高，其耐水性、抗渗性、抗冻性、抗碳化、抗化学侵蚀、抗干湿循环等耐久性也会显著提高，是修补混凝土裂缝、对受损混凝土进行修复的理想产品，修复后的混凝土抵抗冻融、碳化、干湿循环、盐类侵蚀的能力显著提高。

RMO为发明专利产品，采用独特的配方，可促进水泥的水化反应，并在硬化体内部形成膜层，填补硬化体内部缺陷，并有效阻止外部的水、侵蚀性介质等的传输。此外，该产品含有独特的双亲结构，在满足优异的防水能力的同时，实现与水泥基材料等的良好黏结。

RMO改性水泥基修补材料，还可以通过添加颜料或使用不同的模板轻松完成不同的装饰效果，处理过的补丁或涂层经久耐用，克服了普通修补材料易开裂等弊病。

RMO不改变材料表面颜色和纹理，无毒无味不燃，呈乳白色，符合饮用水标准，不伤害土工布和保温层。

4.1.2 DPS产品简介

DPS产品属环保型无机水性防水防护剂，可有效改善和提高混凝土的性能，对混凝土具有高渗透和持久保护功能，

DPS喷涂后可渗透至混凝土内部结晶形成永久性防护层，提高了混凝土的抗渗性、耐久性和耐腐蚀性，使其具有自我愈合裂缝和防护的功能，防护功能全面、适用范围广，经用户使用反映良好，具有性价比高、操作简便、迎水面背水面均可使用的特点，可以延长混凝土构筑物的使用寿命。

4.2 工艺流程

衬砌板表面松动处剔凿→破损严重部位衬砌板替换→剔凿面冲洗干净→RMO底涂→RMO防碳化砂浆分层施工→防碳化层养护→聚硫密封膏嵌缝及竣工清理→喷一层DPS。

4.3 主要施工方法

4.3.1 衬砌板表面冻融破坏处剔凿

施工前，对衬砌板表面松动处进行剔凿，凿除至坚硬的混凝土面，并将垃圾外运。

4.3.2 破损严重部位衬砌板置换

对破损严重、强度较低或起鼓明显以及龟裂或裂缝较多板块的部位进行整体置换。

4.3.3 剔凿面冲洗干净

清除混凝土面污物、粉尘、碎块及松动混凝土后，用高压风和清水冲洗干净，在施工RMO底涂前要使修补面处于湿润或半湿润状态，但不能有明水。

4.3.4 喷抹RMO底涂施工

喷抹RMO底涂，此底涂可加强原有混凝土面层与新找平层的黏结力，注意底涂随抹灰随喷，保持基层湿润。

4.3.5 RMO防碳化砂浆分层施工

将1∶2.5 RMO防碳化砂浆用搅拌机均匀拌合，每次拌制的砂浆要求能在60～90 min内使用完，不宜一次拌和过多。选用优质河砂，采用普通硅酸盐32.5R水泥；搅拌用水选用清洁的生活用水；RMO防碳化砂浆进行充分搅拌，然后投入输送泵进行喷涂施工或者直接手工涂抹，具体工序如下。

（1）手工涂抹要在摊铺后，及时用力向同一方向压抹，操作速度要快，要求一次用力抹平，避免反复抹面，做到砂浆层密实、表面平整光滑，不需第二次收光，如遇气泡要刺破压紧，保证表面密实。

（2）对厚度较大的部位采用分层抹压，每层涂抹厚度控制1 cm。待第一层砂浆终凝后，再抹第二层砂浆，砂浆铺设到位后用力压实，然后抹面。

（3）对于混凝土表面剥蚀的缺陷处理，根据施工人员及工具配备情况，合理安排每次施工面积，施工面积较大时须分块跳仓施工。

（4）待表层砂浆初凝后，要及时进行砂浆表面养护，并进行收光处理。修补后的表面应光滑平整，与周边混凝土衬砌板平顺衔接。

（5）砂浆施工宜在早、晚进行，注意防风和阳光直射，施工过程中要注意保温，大风天不宜施工。

4.3.6 面层养护

砂浆表面略干后，宜喷雾养护或薄膜覆盖。砂浆终凝后洒水养护，表面要求湿润状态，持续5～7 d。在阳光直射或风口部位，注意遮阳、保湿。

4.3.7 聚硫密封膏嵌缝及竣工清理

（1）标记位置，按照标记弹线，切割、剔出施工缝。

（2）用鼓风机等工具将施工缝清理干净。

（3）按照聚硫密封膏的使用说明进行搅拌。

（4）用搅拌好的密封膏进行嵌填压光。

（5）待密封胶凝固后清理施工面。

4.3.8 外喷DPS深层渗透结晶保护层

施工面清理后，外喷DPS深层）渗透结晶保护层，DPS能渗透到混凝土中，与“游离”碱及氢氧化钙发生反应，在所有空隙及颗粒表面形成硅胶膜，硅胶进一步与混凝土的碱发生反应，硅胶转化为玻璃状结构，密封所有空隙，固化整个衬砌板混凝土，强化了防裂、防渗、防腐性能。

5 结语

RMO柔性修补剂是一种丙烯酸类聚合物乳液，将它与普通硅酸盐水泥按比例调配的水泥浆或水泥砂浆涂抹于混凝土表面，形成防老化、防冻融、防碳化、耐腐蚀的保护涂层，再外喷DPS深层渗透结晶保护层。该施工工艺是在山东省南水北调东线济平干渠和胶东调水混凝土衬砌渠道修复的基础上，进行了进一步调整优化，取得了较好的效果，可以在新旧工程中广泛应用，值得在类似混凝土工程表面修复上借鉴。