大面積環(huán)氧混凝土施工技術(shù)

崔偉強(qiáng)

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，西安 710065)

0 前 言

環(huán)氧混凝土以其強(qiáng)度高、綜合性能優(yōu)良等特點(diǎn)，可作為水工混凝土過流面抗沖耐磨保護(hù)層及沖刷、磨損和氣蝕等破壞部位的修補(bǔ)加固材料。但環(huán)氧混凝土施工至今中國尚未形成標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，其從材料制備、性能試驗(yàn)到現(xiàn)場施工等方面均參考環(huán)氧砂漿規(guī)程規(guī)范執(zhí)行，筆者參與了中國首次大面積環(huán)氧混凝土施工——隔河巖水電站大壩一級消力池修補(bǔ)工程施工，并取得了寶貴的管理與施工經(jīng)驗(yàn)。

1 環(huán)氧混凝土修補(bǔ)范圍

水工建筑物缺陷修補(bǔ)部位積水、淤泥清理完成后，確定建筑物修補(bǔ)范圍，做好詳細(xì)的標(biāo)識后進(jìn)行測量，畫出修補(bǔ)輪廓，標(biāo)出相應(yīng)部位的樁號，以便于專家對破損部位原因進(jìn)行綜合研究，確定修補(bǔ)方案。

2 修補(bǔ)區(qū)表面及邊緣處理

對修補(bǔ)區(qū)域內(nèi)鋼筋、混凝土塊、淤泥、雜草、建筑垃圾等進(jìn)行清理，如修補(bǔ)區(qū)域有鋼筋，需根據(jù)外露鋼筋在該部位的整體性和重要性進(jìn)行割除或保留。破損邊緣處理需根據(jù)實(shí)際情況，沿破損邊緣用墨斗彈出切割線，再根據(jù)需要修補(bǔ)區(qū)域厚度，采用切割機(jī)切除，利用風(fēng)鎬或電鎬進(jìn)行鑿除，以保證修補(bǔ)邊緣混凝土完整性。修補(bǔ)區(qū)基層處理先用手釬或電鎬鑿除松散的顆粒，粗骨料外露部分超過 1/2 體積均應(yīng)全部剔除[6]，處理后直至露出新鮮、密實(shí)的骨料。再用角磨機(jī)或電動(dòng)鋼絲刷將需修補(bǔ)基面污染物、混凝土乳皮、局部凸起部位等去除或抹平，用壓縮空氣將表面砂粒、灰塵吹去，再用高壓水沖洗修補(bǔ)區(qū)基層表面，使修補(bǔ)基面干凈無灰塵。最后再用風(fēng)干、壓縮空氣機(jī)吹干、烘干等方式使基面保持干燥，以保證修補(bǔ)層與下層混凝土良好的粘接強(qiáng)度。

3 環(huán)氧混凝土修補(bǔ)區(qū)分倉

環(huán)氧混凝土內(nèi)環(huán)氧樹脂與固化劑反應(yīng)過程中釋放大量熱量，如果澆筑方量較大，澆筑速度過快，環(huán)氧混凝土集中釋放熱量，聚積在混凝土內(nèi)部的熱量無法及時(shí)散發(fā)，會(huì)導(dǎo)致環(huán)氧樹脂出現(xiàn)爆聚[1]，環(huán)氧混凝土出現(xiàn)酥松、裂縫、翹起等質(zhì)量問題。所以在進(jìn)行大面積環(huán)氧混凝土施工時(shí)可對修補(bǔ)區(qū)進(jìn)行分倉澆筑，以便于先澆區(qū)域在集中放熱膨脹和冷卻收縮后變形穩(wěn)定，防止出現(xiàn)裂縫。修補(bǔ)區(qū)域分倉原則可根據(jù)修補(bǔ)區(qū)的形狀和環(huán)氧混凝土的拌制速度、澆筑能力進(jìn)行分倉，倉號寬度盡量不要超過3 m，施工縫應(yīng)盡量避免垂直于水流方向。

4 環(huán)氧混凝土施工原材料

4.1 水 泥

水泥在環(huán)氧混凝土中不參加固化反應(yīng)，只起到填充作用，施工過程中必須避免水泥與水接觸，應(yīng)滿足DL/T 5144-2015《水工混凝土施工規(guī)范》[2]的相關(guān)要求。

4.2 砂 子

砂子應(yīng)使用中砂，粒徑應(yīng)小于2.5 mm，砂子需完全曬干或晾干，相關(guān)指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范[2]的相關(guān)要求。

4.3 石 子

石子的堅(jiān)固性與含泥量應(yīng)滿足規(guī)范要求，粒徑應(yīng)在5～15 mm之間，其他指標(biāo)應(yīng)滿足規(guī)范[2]的相關(guān)要求。

4.4 環(huán)氧樹脂、固化劑

環(huán)氧樹脂與固化劑需選用國內(nèi)知名品牌，使用前需對環(huán)氧基液進(jìn)行試驗(yàn)，重點(diǎn)測定其操作時(shí)間、抗?jié)B、抗壓、抗拉、粘接強(qiáng)度等主要性能參數(shù)指標(biāo)，具體可根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。如試驗(yàn)數(shù)據(jù)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則需要通過調(diào)整環(huán)氧與固化劑比例或添加各類外加劑(增塑劑、稀釋劑等)增加其性能指標(biāo)。

因環(huán)氧混凝土相關(guān)數(shù)據(jù)試驗(yàn)周期較長， 需在試驗(yàn)前做好試驗(yàn)計(jì)劃，試驗(yàn)單位可采用多種環(huán)氧樹脂與固化劑開展配合比試驗(yàn)，成型多組試件，砂石骨料應(yīng)采用工程所在地砂石廠具有代表性。

環(huán)氧樹脂及固化劑原材料技術(shù)指標(biāo)等詳見DL/5193-2004《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》[3]。

5 環(huán)氧混凝土參考配合比

(1) 經(jīng)隔河巖水電站大壩一級消力池修補(bǔ)工程施工中試驗(yàn)檢測及現(xiàn)場抽檢，選用某知名廠家生產(chǎn)出的環(huán)氧樹脂產(chǎn)品，經(jīng)分析和咨詢材料生產(chǎn)廠家，確定環(huán)氧樹脂與固化劑配比為A∶B=4∶1，其環(huán)氧基液主要性能參數(shù)詳見表1。

表1 環(huán)氧基液主要性能參數(shù)表(A∶B=4∶1)

(2) 經(jīng)隔河巖水電站大壩一級消力池修補(bǔ)工程施工中試驗(yàn)檢測及現(xiàn)場抽檢，選用某知名廠家生產(chǎn)出的環(huán)氧樹脂產(chǎn)品，砂石骨料均在當(dāng)?shù)厝?。按照?中的環(huán)氧混凝土配合比進(jìn)行拌和，其環(huán)氧混凝土性能指標(biāo)詳見表3。

表2 環(huán)氧混凝土配合比(質(zhì)量百分比)表

表3 環(huán)氧混凝土性能指標(biāo)表

6 基面環(huán)氧基液涂刷

修補(bǔ)區(qū)域基面干燥后應(yīng)先涂刷薄層環(huán)氧基液(粘合劑)。涂刷基液時(shí)，應(yīng)先對基面進(jìn)行加熱，基液涂刷力求薄而均勻，無掛流、無漏底[4-6]。凹凸不平難于涂刷的地方，應(yīng)反復(fù)多刷幾次，基液厚度以不超過 1 mm 為宜。涂刷后須間隔一定時(shí)間，基液中的氣泡消除后并在初凝前(用手觸摸有顯著的拉絲現(xiàn)象時(shí))鋪筑修補(bǔ)材料。具體間隔時(shí)間可根據(jù)現(xiàn)場試驗(yàn)確定。

基液涂刷的面積應(yīng)視現(xiàn)場氣溫、澆筑強(qiáng)度等條件確定，涂刷基液隨拌隨用，如已凝膠，應(yīng)廢棄不再使用，以保證施工質(zhì)量。已涂刷的基液如果已失去黏性，應(yīng)重新涂刷。

7 環(huán)氧混凝土拌制要求及方法

由于環(huán)氧混凝土在中國目前尚無成熟的攪拌設(shè)備，隔河巖水電站修補(bǔ)施工前在市場上采購了300型橫軸砂漿攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌試驗(yàn)，同時(shí)由于環(huán)氧混凝土黏性較大，攪拌機(jī)主軸、攪拌葉片損壞較大，需對原定型產(chǎn)品的電機(jī)、傳動(dòng)軸、攪拌葉片等部位進(jìn)行改造加固，最終方能適應(yīng)環(huán)氧混凝土攪拌需要。

環(huán)氧混凝土在拌和過程中應(yīng)注意各種配料的添加順序，并對出拌和機(jī)存在的生料進(jìn)行人工拌和，保證環(huán)氧混凝土拌和的均勻性，如有膠液黏度較大，拌和困難等情況，應(yīng)及時(shí)通過調(diào)整配比的方式進(jìn)行改進(jìn)，但應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定，從而保證環(huán)氧混凝土的拌和質(zhì)量與可操作性。

環(huán)氧類修補(bǔ)材料由于施工過程較慢，一次拌和量不宜過多，應(yīng)先將環(huán)氧樹脂與固化劑分開稱量，再將固化劑緩慢均勻的倒入環(huán)氧樹脂中，使用電動(dòng)攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢?，攪拌需采用轉(zhuǎn)速不高于300 r/min專用電動(dòng)攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌。環(huán)氧混凝土拌制時(shí)，一定要根據(jù)用量及施工速度，按“少量、勤配”的原則配制[7]。

環(huán)氧混凝土拌和時(shí)先將按比例配好的骨料(填料)倒入拌合機(jī)，攪拌均勻后倒入配好的環(huán)氧膠液，進(jìn)行攪拌。攪拌時(shí)間約3～5 min，不得夾帶生料,拌和均勻后出料、攤鋪施工，流程見圖1。

圖1 環(huán)氧混凝土拌制流程圖

由于環(huán)氧混凝土可操作時(shí)間較短，黏性較大，拌制完成后需及時(shí)出料，拌合機(jī)內(nèi)每次粘接的混凝土需清理干凈，否則拌合機(jī)料斗及攪拌軸會(huì)粘附環(huán)氧混凝土而失去攪拌能力。環(huán)氧混凝土運(yùn)輸可采用人工運(yùn)輸，運(yùn)輸工具可采用塑料布。

8 振搗設(shè)備

環(huán)氧混凝土黏性大，無法用常規(guī)振搗器振搗?，F(xiàn)場施工中可利用風(fēng)鎬、電鎬改裝制作沖擊振搗設(shè)備，鋼套管前焊鋼板，再將套管套在風(fēng)鎬鎬釬端頭進(jìn)行振搗。同時(shí)需配置平板振搗器與工木錘予以輔助。

混凝土入倉后，人工用釘耙將混凝土鋪平，如厚度較厚可分2層攤鋪進(jìn)行振搗，每層鋪平后首先用改裝的沖擊振搗設(shè)備進(jìn)行振搗，邊角處加強(qiáng)振搗，局部用木錘輔助錘實(shí)，達(dá)到收面高程后，在混凝土失去塑性前，再用平板振搗器收面，收面后的表面要求密實(shí)、平整，不得有明顯的搭接痕跡、下墜、裂紋、起泡，如發(fā)現(xiàn)裂縫、起泡需及時(shí)處理，嚴(yán)重者必須鑿除重新施工[6]。

9 收面養(yǎng)護(hù)

環(huán)氧混凝土收面時(shí)盡量采用平板振搗器進(jìn)行收光，平板振搗器不能有效收面時(shí)，可利用刮尺、抹刀收面。操作前需對刮尺、抹刀用噴燈或煤氣罐進(jìn)行加熱，防止環(huán)氧混凝土粘附在收面工具上。收面需保證倉面光滑平整，與原結(jié)構(gòu)體型一致，與周邊原混凝土齊平。收面完成后， 避免高溫直射，36 h內(nèi)不允許有水浸泡和擾動(dòng)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間一般為7 d[8]。

10 接縫處理

環(huán)氧混凝土修補(bǔ)區(qū)域與老混凝土邊界接縫應(yīng)在環(huán)氧混凝土填補(bǔ)沖坑或缺陷部位完成3 d 后進(jìn)行，新老混凝土結(jié)合縫表面兩側(cè) 20 cm 范圍內(nèi)涂刷界面基液粘結(jié)劑2遍，保證基液盡量滲入接觸縫之內(nèi)[7]，倉號結(jié)合縫兩側(cè)10 cm 范圍內(nèi)涂刷界面基液粘結(jié)劑，確保有效結(jié)合封閉。

11 澆筑缺陷處理

由于環(huán)氧混凝土澆筑因材料、氣溫、技術(shù)水平等因素影響，會(huì)出現(xiàn)各類缺陷，缺陷內(nèi)容與處理措施詳見表4。

12 環(huán)氧混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)

環(huán)氧混凝土澆筑施工質(zhì)量過程控制要點(diǎn)詳見表5。

表4 環(huán)氧混凝土缺陷類別、原因、處理措施分析表

表5 環(huán)氧混凝土質(zhì)量控制要點(diǎn)表

13 環(huán)氧混凝土施工注意事項(xiàng)

(1) 修補(bǔ)面必須清潔、干燥、骨料無松動(dòng)，所用砂石骨料必須保持干燥，施工中注意防雨。

(2) 環(huán)氧類材料使用前需檢查產(chǎn)品名稱、型號、批號、凈重、生產(chǎn)日期和生產(chǎn)廠家，并需附有合格證。運(yùn)輸中需要防雨、防潮、防曬、防火。

(3) 配置環(huán)氧基液(環(huán)氧砂漿、固化劑、其他改性材料)時(shí)，應(yīng)注意工作面通風(fēng)，操作人員所處位置應(yīng)在上風(fēng)口。

(4) 使用丙酮清洗工具時(shí)應(yīng)佩帶防護(hù)眼鏡，戴防護(hù)手套，嚴(yán)禁使用丙酮洗手。

(5) 環(huán)氧原液操作現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙及其他明火，配備滅火器，不用料時(shí)，各種原液的容器應(yīng)蓋嚴(yán)，保持材料性能穩(wěn)定，注意防潮、防水。

(6) 澆筑環(huán)氧混凝土之前對所有參加施工人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)交底，使其掌握施工工藝和技術(shù)要求，機(jī)械操作人員熟悉機(jī)械性能和操作規(guī)程，并能及時(shí)排除機(jī)械故障。

(7) 環(huán)氧混凝土施工厚度較厚時(shí)，超過20 cm，需分層進(jìn)行澆筑，如澆筑面水流復(fù)雜，為保證環(huán)氧混凝土與老混凝土充分結(jié)合，建議使用插筋。

(8) 環(huán)氧混凝土施工時(shí)環(huán)境溫度差異不宜太大，施工溫度宜在15～25 ℃比較合適，盡量避免在溫度較高時(shí)施工，如必須施工需搭設(shè)遮陽棚，且采取專門有效措施。最好在夜間施工，防止環(huán)氧混凝土后期出現(xiàn)溫度裂縫[3]。

(9) 分倉后先澆筑環(huán)氧混凝土側(cè)面，也必須刷環(huán)氧基液，以保證倉號之間側(cè)面的粘接性。

(10) 已修補(bǔ)完成的環(huán)氧混凝土應(yīng)加強(qiáng)施工現(xiàn)場的防雨、防水措施，避免在7 d齡期內(nèi)被雨水浸泡。

14 結(jié) 語

環(huán)氧類修補(bǔ)材料具有強(qiáng)度高、韌性好、抗沖擊強(qiáng)度大、粘接強(qiáng)度高、良好的耐化學(xué)腐蝕、耐磨、耐水和抗凍性，目前在水利水電工程過流面、橋梁、隧道等多個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，環(huán)氧混凝土具有良好的應(yīng)用價(jià)值，也將必然成為大面積缺陷修補(bǔ)的主要建筑材料之一，具有廣闊的發(fā)展前景。