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(莒縣青峰嶺水庫管理處， 山東 日照 276500)

1 概 述

在我國北方地區(qū),冬季寒冷，氣候變化無常,晝夜溫差變化較大，極端惡劣天氣經(jīng)常出現(xiàn)。部分在臨界水位線及長期處在溢流面表層的混凝土工程經(jīng)常出現(xiàn)凍融剝蝕現(xiàn)象，這些現(xiàn)象不僅降低了工程表層質(zhì)量和使用功能，影響美觀，還年復(fù)一年地繼續(xù)向更深層次發(fā)展延伸、破壞工程受力結(jié)構(gòu)，減少使用壽命，直接危及工程運行安全。因此，研究簡便易行的混凝土表層有效補強修復(fù)處理方案具有十分重要的意義。青峰嶺水庫在溢洪閘閘底板凍融剝蝕處理中采用的噴射丙乳砂漿補強修復(fù)處理方案比較成功，并取得了良好效果，達到了預(yù)期修復(fù)目的。

青峰嶺水庫位于沭河干流中上游，樞紐工程于1959年11月動工興建，1960年7月建成蓄水，總庫容4.101億m3，興利庫容2.687億m3，控制流域面積770km2，是一座以防洪為主，結(jié)合灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大(2)型水庫。樞紐工程由主壩、副壩、溢洪道、放水洞、水電站組成。工程等別Ⅱ等，主要建筑物2級。

青峰嶺水庫溢洪道除險加固工程溢洪閘工程于2005年8月完工并投入運行。溢洪閘堰頂凈寬90m，分為9孔，設(shè)8個中墩，2個邊墩，閘墩為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。閘室部分長19m，寬102.0m，泄槽部分長70m，寬102.0m。2006年春，工程隱患排查，溢洪閘泄槽底板溢流面混凝土面層不同程度地出現(xiàn)脫落和起鼓，破損點面積多在3～5cm2左右。隨著時間推移，破損面越來越大，表皮隆起面亦越來越多。至2009年5月，溢洪閘泄槽底板混凝土表面凍融、剝蝕嚴重，面積達6500m2，占總面積的93%，凍融深度在5～8mm，上層石子經(jīng)沖刷裸露在外(見圖1、2)。為保證青峰嶺水庫水工建筑物安全,決定對其進行修復(fù)。

圖1 泄槽底板混凝土破損現(xiàn)狀

圖2 泄槽底板混凝土破損現(xiàn)狀

2 成因分析

2009年6月，水庫管理處組織有關(guān)專家詳細地勘查了現(xiàn)場，對其成因進行分析認定。引起混凝土結(jié)構(gòu)表層凍融破壞的主要原因是：混凝土長期與水接觸，使混凝土中含水量加大，混凝土微孔隙中的水在正負溫差大幅度變化和頻繁交替的作用下結(jié)冰、膨脹，形成的膨脹壓力和滲透壓力聯(lián)合作用于混凝土微孔隙壁，在這種綜合壓力的作用下，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了由表至里的剝蝕破壞。

3 加固修復(fù)方案

3.1 修復(fù)方案的基本原則

用回彈儀檢測泄槽底板混凝土強度，混凝土強度均大于原設(shè)計強度。表面剝蝕主要發(fā)生在泄槽底板混凝土表面，主要是泄槽底板在澆筑時使用泵送混凝土。為增加混凝土的流易性，混凝土用水量和水泥用量加大，導致混凝土表層泌水、表面富水的砂漿過厚、表層混凝土抗凍性能降低。因此，經(jīng)研究確定修復(fù)方案為：清除表層混凝土、鑿除浮動石子、砂漿護面。

3.2 修復(fù)方案比選

根據(jù)混凝土凍融破壞發(fā)生的部位、程度、時間、溫度等工況條件，選擇材料要求其聚合體必須具有兩大優(yōu)勢：?與混凝土基底長期良好的黏結(jié)性能；?優(yōu)良的抗介質(zhì)滲透性能。

目前，混凝土表面修補的材料以及處理方案較多，如：環(huán)氧砂漿、TK聚合物、107膠、丙乳砂漿、高標號普通砂漿等方案。根據(jù)丙乳砂漿在水利工程中應(yīng)用的成功案例，經(jīng)比選后認為：目前丙乳砂漿處理技術(shù)比較成熟，修復(fù)外觀質(zhì)量良好，且運行中無不良現(xiàn)象發(fā)生，新舊結(jié)合面黏結(jié)好、施工方便、無毒性等，擬定采用丙乳砂漿對青峰嶺水庫溢洪道泄槽全部底板混凝土進行修復(fù)。修復(fù)面積7000m2，噴射丙乳砂漿厚度20mm。

3.3 丙乳砂漿改性機理

丙乳砂漿性能的改善不僅是由于顯著地減少了用水量，而且由于聚合物乳液在水泥水化時失水形成聚合物膜，與水泥漿體呈連續(xù)相，改善了硬化水泥砂漿的物理組織結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力，大大減少了微裂縫出現(xiàn)的可能性，同時聚合物纖維越過裂縫，起到了架橋和填充作用，限制了裂縫的蔓延，切斷其與外界的通道，填充了空隙，起到了密封作用，改善了砂漿的物理結(jié)構(gòu)，從而使丙乳砂漿抗裂性、黏結(jié)強度、抗碳化、抗?jié)B、抗氯離子滲透能力均得到極大提高。適用于水利、港口工程、公路、橋梁、工民建等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防滲、防腐護面和修補工程。

4 丙乳砂漿施工

4.1 泄槽混凝土修復(fù)處理工藝流程

混凝土表層鑿毛—表面清洗—丙乳砂漿配置—涂刷界面劑—噴射丙乳砂漿—滾涂丙乳水泥凈漿養(yǎng)護。

4.2 基面處理

丙乳砂漿與老混凝土基面有很好的黏結(jié)力，但基面必須干凈、新鮮。根據(jù)工程實際情況，對基面進行鑿毛，露出堅硬新茬，鑿毛深度以全部清除剝蝕面、鑿除所有浮動石子為準，在薄層修補區(qū)的邊緣鑿一道3～5cm深齒槽,增加修補面與老混凝土的黏結(jié)。

在施工中采用了改裝風把鉆機結(jié)合噴砂打毛的工藝方法清理混凝土表面。噴射砂料選用含泥量低、石英顆料含量高的中粗砂，最大粒徑0.5cm。噴射壓力0.5MPa，耗氣量為6m3/min?；娼?jīng)噴砂處理后，再用潔凈高壓水沖洗，露出新鮮的混凝土層面。修補面經(jīng)驗收合格后，用噴霧器噴射丙乳基液濕潤混凝土基面，進行丙乳砂漿噴射施工。

4.3 丙乳砂漿的配制

4.3.1 原材料

丙乳砂漿的原材料包括：水泥、砂子、水和丙乳原漿。?水泥:根據(jù)丙乳砂漿的施工技術(shù)要求，本工程采用PO.42.5級；?砂子:經(jīng)過網(wǎng)目2.5mm篩子篩選，晾干不含水分；?拌和用水:使用符合拌和質(zhì)量要求的水；?丙乳原漿:采用丙烯酸共聚脂乳液。

4.3.2 丙乳砂漿的配合比確定

參照已使用丙乳砂漿處理過的類似工程的施工配合比，通過試驗確定丙乳砂漿配合比。

4.3.3 丙乳砂漿的拌制

丙乳砂漿配比要求嚴格，各種原材料重量誤差不超過0.5%，由專人負責稱量各種原材料，稱量容器干凈無油污。拌和采用人工拌和法，拌和量根據(jù)施工條件確定，以在30min內(nèi)用完為宜，對超過30min、未使用完的丙乳砂漿，作廢棄處理。

丙乳砂漿拌制：先將稱好的水泥、砂子(2.5mm過篩)干拌均勻，然后再將稱好的水和丙乳混合后加入灰砂中，濕拌均勻(見圖3)。

圖3 丙乳砂漿拌和流程

4.4 涂刷界面劑

在已鑿毛清洗驗收合格的混凝土基層上涂刷一層丙乳凈漿，涂刷要薄而均勻，不漏涂、不流淌，在丙乳凈漿未硬化前即可噴射丙乳砂漿。

4.5 噴射丙乳砂漿

先用丙乳砂漿將受噴面的較大坑洼處基本找平，待其固結(jié)后再在受噴面上噴射丙乳砂漿，噴槍移動要求平穩(wěn)、勻速，噴嘴距受噴面20～30cm，噴射角度與受噴面垂直。

4.6 滾涂丙乳水泥凈漿

砂漿表面基本固結(jié)后，在表面滾涂一層丙乳水泥凈漿。

4.7 養(yǎng)護

混凝土表層滾涂完丙乳凈漿后用噴霧器噴霧養(yǎng)護兩周。

5 施工中注意事項

為避免出現(xiàn)修復(fù)部位空鼓現(xiàn)象，施工中注意事項有以下幾點：?混凝土基面鑿毛要徹底，無漏鑿、無浮石；?基面清理要潔凈，無浮塵、無積水；?丙乳基液涂刷要均勻，無漏落、無積液；?砂漿噴涂要連續(xù)，氣壓控制要均衡，時間控制要合理。在時間控制上一般以上次工序砂漿基本初凝為最佳；?養(yǎng)護要跟上，面層保持濕潤，避免出現(xiàn)干縮太快，表層龜裂。

本工程丙乳砂漿抹面面積約7000m2，為檢驗施工質(zhì)量，施工過程中對丙乳砂漿進行了現(xiàn)場取樣，依據(jù)《水工混凝土試驗規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定制作、養(yǎng)護?？箟?、抗折試驗均用4cm×4cm×16cm的試件；與老混凝土黏結(jié)強度用(4cm×4cm×16cm)1/2試件的斷茬做黏結(jié)面；抗拉試驗用小8字模試件；抗凍試驗采用10cm×10cm×40cm試件，抗?jié)B試驗用10cm×8cm×3cm的圓臺形試件?，F(xiàn)場取樣組數(shù)及試驗結(jié)果為：抗壓22組(設(shè)計要求不小于30MPa，實測36.4～42.6MPa)，抗折22組(設(shè)計要求不小于8MPa，實測9.8～11.0MPa)，抗拉22組(設(shè)計要求不小于5MPa，實測6.2～7.4MPa)，與老混凝土黏結(jié)強度22組(設(shè)計要求不小于2.0MPa，實測2.3～2.9MPa)，抗?jié)B1組(設(shè)計要求不小于1.5MPa，實測大于1.5MPa)，抗凍l組(設(shè)計要求不小于300，實測大于300)。試驗結(jié)果證明，各項強度值均優(yōu)于設(shè)計指標，現(xiàn)場修補部位表面平整、完好、密實，經(jīng)階段驗收，丙乳砂漿材料性能及抹面質(zhì)量均滿足工程設(shè)計要求。

6 應(yīng)用效果

工程處理部位經(jīng)過3年多的運行檢驗，未再出現(xiàn)剝蝕或裂縫，外觀質(zhì)量狀態(tài)良好，極大地發(fā)揮了工程效益。

7 結(jié) 語

丙乳砂漿具有成本低、無毒、施工方便、同基底混凝土黏結(jié)好、抗凍、抗碳化、耐蝕性強等優(yōu)點，其應(yīng)用在水利工程溢流面和水工建筑物水位臨界面凍融破壞修復(fù)處理效果良好。工程實踐證明：噴射丙乳砂漿技術(shù)作為防止水工混凝土建筑物凍融和碳化剝蝕破壞的措施，是目前較成功的修復(fù)防護材料和行之有效的施工技術(shù)，該項技術(shù)具有投資少、施工方便、工期短的特點。因此，在水工建筑物修復(fù)工程中具有較高推廣應(yīng)用價值。