聚合物砂漿在大壩溢流面混凝土修復(fù)工程中的應(yīng)用

汪慧穎，時勁峰

（遼寧省葠窩水庫管理局，遼寧 遼陽 111000）

葠窩水庫位于遼寧省境內(nèi)的太子河干流上，壩址距遼陽市35km。水庫控制流域面積6175km2，是集防洪、灌溉、工業(yè)用水及發(fā)電于一體的大Ⅱ型水利樞紐工程。按百年一遇洪水設(shè)計，千年一遇洪水校核，最大庫容7.91億m3。葠窩水庫于1970年開始修建，1972年11月落閘蓄水，是太子河干流上唯一的控制工程， 1995年上游的觀音閣水庫建成后，兩庫形成了梯級調(diào)度，水庫的設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)提高到300年，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)提高到萬年。

大壩為混凝土重力壩，全長532m，壩頂高程103.5m，最大壩高50.3m。共分31個壩段，其中兩側(cè)1#—3#壩段、22#—31#壩段為擋水壩段，長217.3m；4#—18#為溢流壩段，長274.2m；19#—21#為電站壩段，長40.5m。溢流壩段設(shè)14個溢流表孔和6個底孔。表孔堰頂高程84.8m，12m×12m弧型鋼閘門控制，2×80t固定卷揚啟閉。在閘墩中間隔布置6個泄流底孔，底孔底板高程60m，孔口尺寸為3.5m×8m，平板閘門控制。原設(shè)計中，底孔工作門配有200t固定卷揚機啟閉，6個底孔共用一扇檢修門，配備100t移動式門機啟閉，目前，工作門和檢修門都改為2×1250k N雙向移動門機啟閉。水電站為壩后式，位于大壩左側(cè)，現(xiàn)裝機5臺，總裝機容量4.4萬k W。

由遼寧省水利水電科學(xué)研究院和葠窩水庫管理局進行檢測并提出了《葠窩大壩溢流面破壞現(xiàn)狀檢測分析報告》。報告中反映：溢流堰面表面露鋼筋，破壞深度100～300mm，破壞面積占整個溢流堰面的13.5%；露小石和大石部分，破壞深度在100mm左右的破壞面積占整個溢流堰面的51.6%；溢流面破壞的總面積達65.1%，對水庫的正常運行造成極大的隱患。為保證大壩安全泄流，需要對溢流面破壞部分進行加固處理。

1 混凝土破壞原因分析

葠窩水庫溢流面混凝土破壞主要是凍融破壞。造成凍融破壞的主要原因有三方面：一是原設(shè)計混凝土抗凍標(biāo)號（D100）偏低，且施工中混凝土的抗凍合格率僅為61.6%。根據(jù)多年的氣象分析，遼陽地區(qū)月平均最低氣溫為-14℃，葠窩水庫壩址屬于嚴寒地區(qū)，每年凍融近百次，大壩堰面朝向西南，受太陽輻射熱影響，在嚴寒期的晴天每天都有出現(xiàn)一凍一融的可能。二是溢流面在施工質(zhì)量和施工工藝上都存在一定問題，當(dāng)時混凝土采用皮帶機直接入倉，無任何溫控措施，入倉溫度高達32℃，水灰比偏大且極不穩(wěn)定，造成混凝土強度低而且不均勻。三是混凝土中水飽和，除閘門滲漏外，壩體水平施工裂縫的滲漏是造成溢流面混凝土水飽和的主要原因。

2 混凝土修復(fù)方案

葠窩水庫溢流壩面破壞是多種原因造成的，因此加固工程應(yīng)根據(jù)不同原因、不同破壞程度采用多種處理措施和方法。本文著重介紹聚合物砂漿在葠窩水庫溢流面混凝土修補工程中的應(yīng)用。

混凝土薄層修補材料主要有環(huán)氧砂漿、硅粉砂漿和聚合物砂漿，這三種材料的物理性能都較好，但環(huán)氧砂漿和硅粉砂漿存在費用高、工藝要求高、容易開裂等缺點。聚合物乳液水泥砂漿是通過向水泥砂漿中摻加聚合物乳液改性而制成的一類有機-無機復(fù)合材料，這類砂漿的硬化過程是：伴隨著水泥水化產(chǎn)物形成鋼性空間結(jié)構(gòu)的同時，由于水化和水分散失，使得乳液脫水、脫粒凝聚堆積并借助毛細管成膜，填充結(jié)晶之間的空隙，切斷與外界的通道，形成聚合物空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，改善了砂漿的物理結(jié)構(gòu)。與普通水泥砂漿相比，改性后的聚合物砂漿性能為：抗壓強度約降低0～20%，極限拉伸約提高1～2倍，彈性模量約降低10%～50%，干縮變形約減小15%～40%，與老混凝土的粘結(jié)強度約提高1～3倍。

聚合物乳液是以丙烯酸酯及VEA乳液為主要基料，摻入特殊的表面活性劑、增塑劑、消泡劑等化工原料，經(jīng)科學(xué)配制而成，是一種理想的復(fù)合膠凝材料。先后在潘家口水庫、岳城水庫等水利工程修補中應(yīng)用，都取得了較好的效果。聚合物砂漿抗裂性能比普通砂漿提高約6倍，抗裂、抗?jié)B性能大幅度提高，因此本工程采用聚合物砂漿作為大壩溢流面修復(fù)材料。聚合物砂漿與原混凝土基面間用聚合物界面劑連接。聚合物砂漿的主要性能列于表1。

表1 聚合物砂漿主要性能

聚合物砂漿的原材料選擇：水泥采用撫順?biāo)鄰S生產(chǎn)的大壩硅酸鹽525#水泥；中砂采用遼陽產(chǎn)河砂；聚合物乳液采用北京產(chǎn)SPC乳液。

聚合物砂漿的配制比例為水泥:中砂:乳液:水=1:2:0.4:0.1（重量比），應(yīng)攪拌均勻。

聚合物界面劑按乳液:水泥=1:0.8（重量比）配制，應(yīng)攪拌至無水泥顆粒、無沉淀。

主要性能為強度M 30，抗凍F300，抗?jié)BW6。

3 聚合物砂漿施工技術(shù)

3.1 基面處理

混凝土結(jié)合面處理是修補施工中的重要工序之一，直接影響修補質(zhì)量，應(yīng)按施工要求仔細做好基面處理工作。首先采用人工風(fēng)鎬鑿除厚約5cm的凍融混凝土層，再用鋼釬鑿除殘留。鑿至堅硬的基底混凝土面，盡可能使基面平整，并用高壓水槍將碎屑灰塵沖洗干凈。

3.2 聚合物砂漿施工

1）配制砂漿和界面劑。聚合物砂漿和界面劑按設(shè)計配合比配制，采用人工攪拌，磅秤計量。砂漿攪拌量要精確計算，即將砂漿的使用時間控制在1小時內(nèi)，以避免剩余砂漿，造成材料浪費。

2）涂刷界面劑。在施工前要保證基面濕潤且沒有明水，然后均勻涂刷SPC界面劑，涂刷時要力求薄而均勻，不得有漏涂、流淌、積液現(xiàn)象。應(yīng)在界面劑凝結(jié)固化之前完成砂漿抹面。若在界面劑凝結(jié)固化后繼續(xù)砂漿抹面，將會嚴重降低粘結(jié)力，甚至不如不用界面劑。對于已經(jīng)凝結(jié)固化的界面劑試圖進行打濕處理或在固化界面劑上涂刷第二層界面劑的處理都是徒勞的，必須徹底清除固化界面劑后再重新涂刷界面劑。

3）聚合物砂漿抹面。本工程聚合物砂漿修補厚度為5cm，砂漿抹面分兩層施工。第一層抹面3cm厚，將表面用壓實、抹平，用塑料薄膜覆蓋噴霧濕養(yǎng)護7天后涂刷一層界面劑（涂刷要求同基底），再抹第二層砂漿2cm厚，將表面壓實、抹平并抹光。抹面時如有氣泡應(yīng)刺破壓緊，以保證抹面密實。抹面時力求一次抹平，不要反復(fù)壓抹，以防表面拉裂。

4）養(yǎng)護。抹面完成后約30min，用塑料薄膜覆蓋密封養(yǎng)護，在高溫天氣（大于30℃），上面要覆蓋草袋子撒水降溫。抹面第二天用噴霧器噴霧養(yǎng)護，保持表面濕潤但不淌水。濕養(yǎng)護7天后，再涂刷一層界面劑，在自然狀況下干養(yǎng)護28天

3.3 施工中的質(zhì)量控制

1）為保證涂刷界面劑后能立即攤鋪聚合物砂漿，要求根據(jù)每次的來料量事先劃出一定的施工面積，與下料相配合隨來隨刷，可以有效地防止界面劑的固化。

2）堰面每孔凈寬12m，上下游方向抹面長7m，面積較大，且堰面為曲線。在施工時把堰面曲線測量放線到兩側(cè)的閘墩上，然后每隔40cm拉一條水平線作為施工控制線。

3）聚合物砂漿施工均在4～10月份進行，在氣溫較高時，為防止太陽直射，應(yīng)避開高溫在夜間施工。

4）施工過程中，應(yīng)對聚合物砂漿進行取樣檢測。根據(jù)聚合物砂漿設(shè)計強度（M30），分5組取樣，檢測統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 聚合物砂漿強度檢測統(tǒng)計結(jié)果

根據(jù)水閘施工規(guī)范，砼試件強度同時滿足下列兩式，該砼強度應(yīng)判為合格。

式中：Sn—n組試件強度的標(biāo)準(zhǔn)差（MPa），按下式計算

Rn—n組試件強度的平均值（MPa）；

Ri—單組試件強度（MPa）；

R標(biāo)—砂漿設(shè)計標(biāo)號（MPa）；

N—樣本容量，應(yīng)不小于5。

上述計算結(jié)果能夠滿足Rn-0.7Sn>R標(biāo)和Rn-1.6Sn≥0.83R標(biāo)，表明5組聚合物砂漿試樣的強度完全符合設(shè)計要求。

圖1 葠窩水庫電站

4 結(jié)語

葠窩水庫溢流面混凝土修復(fù)工程完成后，聚合物砂漿修復(fù)面有局部翹起現(xiàn)象，主要是因為缺乏施工經(jīng)驗造成的，經(jīng)按原施工方案進行修補，已達到了合格標(biāo)準(zhǔn)。無論從物理性能還是從現(xiàn)場施工應(yīng)用效果分析，均表明聚合物砂漿是一種理想的混凝土薄層修補材料。本工程在寒冷地區(qū)應(yīng)用聚合物砂漿大面積、全孔段處理溢流壩面，為寒冷地區(qū)處理類似問題提供了寶貴經(jīng)驗。

[1]DL/T5144-2001 水工混凝土施工規(guī)范[S].

[2]馬建革, 潘志新, 馬偉. 混凝土缺陷處理技術(shù)及應(yīng)用[M].鄭州: 黃河水利出版社, 2009.

[3]張仁瑜, 王征, 孫盛佩. 混凝土質(zhì)量控制與檢測技術(shù)[M].北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008.

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