三峽大壩三期混凝土表面缺陷修補(bǔ)材料選擇及工藝優(yōu)化研究

鄧紅艷，王榮華

(陜西咸陽市水利水電規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，陜西 咸陽712000)

三峽三期工程大壩混凝土過流面，分高速水流區(qū)和低速水流區(qū)。高速水流區(qū)最大流速可達(dá)35 m/s，在如此高速水流下，混凝土過流面承受沖刷、磨損和撞擊時(shí)，由于其表面存在小缺陷和局部輕微的不平整，極易產(chǎn)生氣蝕破壞，因此對過流面型態(tài)要求很高，過流面的缺陷必須予以處理，以確保建筑物的安全運(yùn)行。

混凝土表面處理分為平整度處理、麻面及砂線處理、定位錐孔處理、裂縫處理、氣泡修補(bǔ)、滲水點(diǎn)處理、外露鋼筋頭處理、表面架空處理等。根據(jù)不同的性質(zhì)的缺陷，選用不同的修補(bǔ)材料和方法。

1 修補(bǔ)材料的選擇

1.1 表層缺陷修補(bǔ)材料的選擇

在高流速區(qū)混凝土過流面存在一些表層缺陷，一般深度在5 mm～20 mm之間，對此類缺陷修補(bǔ)材料，設(shè)計(jì)要求其力學(xué)指標(biāo)為:抗壓強(qiáng)度≥60 MPa，與混凝土面粘結(jié)強(qiáng)度≥2.5 MPa。要滿足上述指標(biāo)環(huán)氧砂漿是首選材料，環(huán)氧砂漿應(yīng)用于水利水電工程過流面缺陷處理歷史悠久，它的熱膨脹系數(shù)和彈性模量與混凝土接近。參加比選的材料有四種:NE—II型雙組份環(huán)氧砂漿、KSF雙組份環(huán)氧砂漿、CONCRESIVE 1438型和2525型雙組份環(huán)氧砂漿。現(xiàn)場試驗(yàn)工序?yàn)?混凝土基面處理、涂刷基液(廠家推薦2525環(huán)氧砂漿不需涂基液)，填補(bǔ)環(huán)氧砂漿、壓實(shí)抹光和自然養(yǎng)護(hù)?，F(xiàn)場試驗(yàn)主要作粘結(jié)強(qiáng)度拉拔檢測，處理的項(xiàng)目有修補(bǔ)前對缺陷混凝土面:將缺陷范圍劃出方形或多邊形輪廓線待切割，輪廓內(nèi)角在70°～250°之間，不允許有銳角、切割深度略小于鑿除深度，用鋼釬將缺陷輪廓線內(nèi)混凝土鑿除，不留切痕，用高壓風(fēng)水沖洗造毛混凝土基面，使鑿松未脫的混凝土塊全部除去，露出堅(jiān)實(shí)干凈的基面，待基面干燥后涂刷環(huán)氧基液，不得遺漏要均勻，約30 min后能抽絲時(shí)，即可將配制好的雙組份環(huán)氧砂漿填補(bǔ)，并用泥抹邊擠邊壓，使之密實(shí)緊貼于基面之上，若分層修補(bǔ)則每層補(bǔ)前要對修補(bǔ)面進(jìn)行清理，干燥再涂環(huán)氧基液，進(jìn)行填補(bǔ)環(huán)氧砂漿。

參選的四種環(huán)氧材料，在現(xiàn)場修補(bǔ)經(jīng)自然養(yǎng)護(hù)后，采用50 mm內(nèi)徑空心鉆，鉆出深度超過修補(bǔ)層厚度的孔，再將特制的φ50 mm鋼拉拔頭用504膠粘貼在空心鉆鉆出的芯柱體表面，在干燥條件下養(yǎng)護(hù)24 h即可用軸拉儀進(jìn)行拉拔，檢測環(huán)氧砂漿與混凝土基面間的粘結(jié)強(qiáng)度，檢測結(jié)果見表1。

表1 環(huán)氧砂漿與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度檢測成果

通過比選，決定NE—II和KSF用于高流速過流面表層缺陷修補(bǔ)，后來在實(shí)施修補(bǔ)過程中，發(fā)現(xiàn)KSF材料可操作性較差，使用量很少，實(shí)際用于修補(bǔ)的主要是NE—II型環(huán)氧砂漿，該材料具有較高的力學(xué)性能和與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，環(huán)氧基液和環(huán)氧砂漿都是雙組份配制，NE—II型環(huán)氧基液配比(重量比)是A組份:B組份 =1∶0.248。NE—II型環(huán)氧砂漿配比(重量比)是A組份:B組份=1∶0.0476。

1.2 混凝土表面保護(hù)和淺層修補(bǔ)材料的選擇

對混凝土表面氣泡≥5 mm等淺層缺陷處理，宜選擇強(qiáng)度高，可操作性好的材料。在選擇環(huán)氧砂漿時(shí)，發(fā)現(xiàn)CONCRESIVE 1438雙組份環(huán)氧基材可調(diào)配性好，經(jīng)有關(guān)各方研究選擇水泥作為膠泥摻合料，對氣泡、砂線、淺表低洼部位進(jìn)行刮補(bǔ)填平。1438環(huán)氧膠泥廠家建議基材與摻合料的比例是基材:水泥=1∶0.5～0.8，實(shí)際施工按此配比拌制膠泥過干很難操作，經(jīng)多次試拌認(rèn)為滿刮墻面配比，基材:水泥=1∶0.27為佳，嵌補(bǔ)氣泡和砂線的配比，基材:水泥=1∶0.32為佳，所以最后確定配比(重量比)基材:水泥 =1∶0.27～0.32。環(huán)氧膠泥分層刮補(bǔ)，層間粘結(jié)是否可靠，經(jīng)室內(nèi)試驗(yàn)1 438膠泥層間抗拉強(qiáng)度超過9.1Mpa。

1.3 孔槽填補(bǔ)材料的選擇

預(yù)縮砂漿與混凝土各種性能一致，實(shí)踐證明預(yù)縮砂漿的強(qiáng)度與它的密實(shí)度有關(guān)，設(shè)計(jì)要求預(yù)縮砂漿力學(xué)指標(biāo):抗壓強(qiáng)度≥45 MPa;抗拉強(qiáng)度≥2 MPa;與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度≥1.5 MPa。室內(nèi)試驗(yàn)選擇了三種配比(重量比):水:水泥:砂=0.28∶1∶2、0.32∶1∶2.5 和 0.3:1:2。第二種配比齡期 7天抗壓強(qiáng)度平均已達(dá)38.8MPa，28天能滿足設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場試驗(yàn)在垂直側(cè)墻面上切鑿矩形槽中進(jìn)行，槽型長×寬×深=40×20×2.5 cm，長寬而淺的槽內(nèi)無法搗實(shí)預(yù)縮砂漿，只能勉強(qiáng)成型，28天后拉拔檢測結(jié)果未能滿足要求，故對該材料的使用作了限制，即不得用于大面積、淺層修補(bǔ)，對小孔洞和平面予留槽可以使用。

2 工藝優(yōu)化

2.1 濕潤養(yǎng)護(hù)工藝優(yōu)化

預(yù)縮砂漿—水泥基材料的養(yǎng)護(hù)，要求濕潤而不是流水，特別是分散小面積部位，實(shí)踐證明灑水養(yǎng)護(hù)既浪費(fèi)資源，增加排水任務(wù)，而且還存在不能及時(shí)和水壓偏低噴灑不到位的不足，如定位錐孔補(bǔ)后的養(yǎng)護(hù)很難，因養(yǎng)護(hù)關(guān)系到質(zhì)量，必須有一種簡便穩(wěn)妥的辦法解決這事，提出在定位錐孔口貼附棉團(tuán)，利用棉絮吸水作用的養(yǎng)護(hù)辦法，一次灑水可維持4～8小時(shí)修補(bǔ)表面保持濕潤狀態(tài)。對大面積水泥基材料的濕潤養(yǎng)護(hù)，難度更大，特別是在陽光直射的工作面上要不間斷地灑水養(yǎng)護(hù)是很難的，實(shí)踐證明采取噴灑氯偏(LP)的辦法處理比較穩(wěn)妥，噴LP的時(shí)間很重要，噴早了水泥基面可能受損，噴遲了失去利用水泥基修補(bǔ)體內(nèi)水份進(jìn)行自身養(yǎng)護(hù)的機(jī)會(huì)。

2.2 大面積修補(bǔ)工藝優(yōu)化

高速過流面因受脈動(dòng)壓力的影響，修補(bǔ)材料即使粘結(jié)強(qiáng)度較高，達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，因修補(bǔ)面積過大，臨界條件變得復(fù)雜和惡劣，如果修補(bǔ)體被揭損，對建筑物的危害性，有可能超出原先未修補(bǔ)過流面造成的后果，因此如何加強(qiáng)修補(bǔ)體的牢固度變得非常重要，質(zhì)量檢查專家和設(shè)計(jì)方面，提出“結(jié)構(gòu)措施”，用錨桿加強(qiáng)結(jié)合面，錨桿布置;排距和行距為30 cm和50 cm，呈梅花型布孔，孔徑φ16～20 mm深15 cm，錨桿用φ 12園鋼長17～18 cm，外露端焊?10水平鋼筋長度30 cm呈T字型，孔內(nèi)注入錨固劑，將錨桿埋植入孔內(nèi)外留2～3 cm，修補(bǔ)材料分兩次填補(bǔ)，并分條狀粉抹，條寬0.5 m，粉抹厚度每次2～3 cm，修補(bǔ)材料采用環(huán)氧砂漿，層間刷基液。

2.3 小孔洞填補(bǔ)工藝優(yōu)化

在高流速過流混凝土面上，有很多水氣泡，在混凝土澆筑時(shí)，雖采取了“二次振搗法”進(jìn)行處理，但氣泡含量仍有不少，氣泡有密集和分散的，直徑最大的超過10 mm，小的則有小于1 mm，因圓形氣泡膜緊貼模板，在混凝土表面是很小圓孔，里面是大孔，直接用膠泥刮涂，泡內(nèi)無法填實(shí)，就是將泡口擴(kuò)大后刮補(bǔ)，也有刮補(bǔ)后是空洞，說明刮補(bǔ)工藝和工具需要改進(jìn)。

分析原因主要是工具上存在缺點(diǎn)，常用的平口刮刀，很難將膠泥塞擠進(jìn)氣泡深處，反而將氣泡口封死，內(nèi)部形成小氣泡，建議用尖頭鐵釘作工具。操作程序分兩步，先用鐵釘將膠泥在孔口從多方向蘸膠泥擠壓入氣泡，待氣泡內(nèi)確已擠滿，再用刮刀將氣泡表面與過流面刮平。

2.4 大孔洞填補(bǔ)工藝優(yōu)化

高速過流面上較大孔洞雖屬少數(shù)，必須認(rèn)真處理，處理時(shí)將架空骨料全部除凈，若混凝土內(nèi)部受力筋外露可借用作錨固，同時(shí)鑿除的形狀應(yīng)有利于修補(bǔ)，條件較差的部位，應(yīng)設(shè)法利用周邊條件增補(bǔ)錨固材料，使修補(bǔ)體與過流面結(jié)合更加牢固。另外盡量發(fā)揮預(yù)縮砂漿優(yōu)越性和平面槽孔周邊混凝土面對預(yù)縮砂漿夯實(shí)過程的制約力，使預(yù)縮砂漿夯得非常緊密，如底板上孔槽:冷卻水管預(yù)留槽，質(zhì)量檢查機(jī)鉆孔等孔槽，采用預(yù)縮砂漿填筑，成本低廉質(zhì)量良好，實(shí)踐證明是一種好的修補(bǔ)材料。

3 結(jié)語

三峽大壩三期工程所選用的混凝土表層缺陷修補(bǔ)材料、混凝土表面保護(hù)和淺層修補(bǔ)材料及混凝土孔槽填補(bǔ)材料，都經(jīng)過室內(nèi)、現(xiàn)場試驗(yàn)，進(jìn)行了選擇對比，實(shí)踐證明能夠滿足過流斷面形態(tài)修復(fù)的要求。施工過程中所采用的濕潤養(yǎng)護(hù)、大面積修補(bǔ)、小孔洞填補(bǔ)、大孔洞填補(bǔ)等優(yōu)化工藝，可以有效處理混凝土表面存在的缺陷，減少氣蝕破壞，對提高施工質(zhì)量、確保建筑物安全運(yùn)行發(fā)揮了重要作用。