聚合物砂浆在大坝溢流面混凝土修复工程中的应用.pdf

第6 期 ( 总第8 8 期 ) 一 中国水能及电气化 N o 6( T O T A L N o 8 8 ) Ch i n a W a t e r Po we r& El e c t r i fic a t i o n 聚合物砂浆在大坝溢流面混凝土 修复工程中的应用 汪慧颖 ，时劲峰 ( 辽宁省 蔓窝水库管理局，辽宁 辽阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要：獯 窝水库 大坝 由于施工缺 陷和冻融、渗漏 、汽蚀等破 坏，溢流坝面混凝 土严重剥 落。在水库加 固工程 中，应用具有粘结强度 高、干缩量小、抗裂性能强等特 点的聚合物砂 浆，对大坝溢流面混凝土剥落薄层进行修复，取得 了良好效果。该工程在 东北寒冷地 区应用 聚合物砂浆大面积、全孔段修复溢流坝面具有一定的创新，可供其它类似工程设计施工方案 时参考。 关键词：大坝溢流面；混凝土修复；聚合物砂浆 中图分类号：T V 7 3 8 文献标识码：B 文章编号：1 6 7 3 8 2 4 1 ( 2 0 1 2 ) 0 6 0 0 6 3 0 4 Ap pl i c a t i o n o f Po l yme r M o r t a r i n Co n c r e t e Re s t o r a t i o n P r o j e c t o f Da m S p i l l wa y S l a b WANG Hu i y i n g ， S HI J i n f e n g ( S h e n w o R e s e r v o i r A u t h o r i ty o f L i a o n i n gP r o v i n c e , L i a o y a n g 1 1 1 0 0 0 ， C h in a ) Ab s t r a c t ： T h e c o n c r e t e o f S h e n wo r e s e r v o i r d a m s p i l l wa y i s s e v e r e l y p e e l e d d u e t o r e a s o n s s u c h a s c o ns t r u c t i o n d e f e c t s ， l e a ka g e ，f r e e z i ng ，t h a wi n g，c a v i t a t i o n ，e t c T h e c h a r a c t e r i s t i c s o f h i g h b o n d i n g s W e n g t h ， s m a l l d r y i n g s h r i n k a g e a n d e x c e l l e n t c r a c k r e s i s t an c e o f p o l y me r mo r t a r a r e u t i l i z e d s u ffi c i e n t l y t o r e p a i r t h e t h i n l a y e r p a r t s wi t h c o n c r e t e p e e l in g o n t h e d a m s p i l l wa y , a n d e x c e l l e n t r e s u l t s we r e a c h i e v e d T h e p r o j e c t a p p l i e s p o l y me r mo r t a r i n t h i n l a y e r o f d a r n s p i l l w a y i n f u l l h o l e s e c t i o n an d l a r g e r a r e a in the f r i g i d n o r t h e a s t e rn r e g i o n ，wh i c h h a s c e r t a i n d e g r e e o f i n n o v a t i o n ， th e r e b y p r o v i d ing e x p e r i e n c e and l e s s o n s f o r s i m i l arp r o j e c t s Ke y wo r d s ： d a m s p i l l wa y ； c o n c r e t e rep a i r ； p o l y me r mo r t a r 收稿 日期：2 0 1 2 - 0 3 1 0 作者简介：汪慧颖 ( 1 9 7 2 - ) ， 女， 工学学士， 高级工程师， 主要从事水利工程技术与管理工作。E - ma il ： s ws k wh y 1 6 3 c oi n C H IN A W A T E R P O W E R & E L E C T R IF IC A 3 3 O N 中 圈 水能 疑 电 化 l 6 3 设计施工与运营管理 De s i g n Co ns t r u c t i o n & Op e r a t i o n M a n a g e me n t j 蔓窝水库位于辽宁省境 内的太子河干流 E，坝址 距 辽阳市 3 5 k m。水 库控制 流 域面积 6 1 7 5 k m ，是集防洪 、灌溉 、工业用水及发 电于 一 体的大 I I 型水利枢纽工程。按百年一遇洪水设 计 ，干年一遇洪水校核 ，最大库容7 9 1 亿m3 。莅 窝水库于1 9 7 0 年开始修建，1 9 7 2 年1 1 月落闸蓄 水，是太子河干流上唯一的控制工程， 1 9 9 5 年 上游的观音阁水库建成后，两库形成了梯级调 度，水库的设计洪水标准提高N3 o o 年，校核洪 水标准提高到万年。 大 坝 为 混 凝 土 重 力 坝 ，全 长 5 3 2 m，坝 顶高程 1 0 3 5 m，最大坝高5 0 3 m。共分3 1 个 坝段 ，其 中两侧 l 一 3 坝段 、2 2 一3 1 坝段 为挡 水 坝 段 ，长 21 7 3 m；4 一 1 8 为 溢 流 坝 段 ， 长 2 7 4 2 m； l 9 一 2 1 为 电站 坝 段 ， 长 4 0 5 m。溢 流 坝 段 设 1 4 个 溢 流 表 孔 和 6 个 底 孔 。 表 孔 堰 顶 高 程 8 4 8 m，1 2 m 1 2 m弧 型 钏 闸 门 控 制 ，28 O t 固 定 卷 扬 启 闭 。 在 闸 墩 中间隔布置6 个 泄流底孔 ，底孔底板高程 6 O m，孔 口尺 寸 为3 5 m8 m，平 板 闸 门控 制 。原设计 中，底 孔工 作 门配有 2 0 0 t 固定 卷扬机启 闭，6 个底孑 L 共用一扇检修 门，配 备1 0 0 t 移动式 门机启 闭，目前 ，工作 门和检 修 门都 改 为2 1 2 5 0 k N双 向移 动 门机 启 闭。 水 电站为坝后式 ，位于大坝左侧 ，现装机5 台， 总装机 容量4 4 万k W 。 由辽宁省水利水电科学研究院和莅窝水库 管 理局进 行检测并提 出了 1 蔓窝 大坝溢流 面破 坏 现状检测分析报 告。报 告中反映 ：溢流堰 面表面露钢筋，破坏深度1 0 0 3 0 0 mm，破坏 面积占整个溢流堰面的l 3 5 ；露小石和大石 部分 ，破坏深度在 1 0 0 mm左右 的破坏面积 占整 个 溢流 堰面 的5 1 6 ；溢流面 破坏 的总面积达 6 5 1 ，对水库的正常运行造成极大的隐患。 为保证大坝安全泄流，需要对溢流面破坏部分 进 行加固处理 。 6 4 l 中 圈 水雏 及 电 化C H IN A W A T E R P O W E R & 1混凝土破坏原因分析 莅窝水库溢流面混凝土破坏主要是冻融 破坏 。造成 冻 融破 坏 的主要 原 因有 三方 面 ： 一 是原设计混凝土抗冻标号 ( D1 0 0 )偏低， 且施工中混凝土的抗冻合格率仅为6 1 6 。根 据 多年 的气象分析 ，辽阳地区月平均最低气温 为一 1 4 ，莅窝水库坝址属于严寒地区，每年 冻融近 百次，大坝堰 面朝 向西南 ，受太 阳辐射 热影响，在严寒期的晴天每天都有出现一冻 一 融的可能。二是溢流面在施工质量和施工工 艺上都存在一定 问题 ，当时混凝土采用皮 带机 直接入仓 ，无任何温控措施，入仓温度高达 3 2 ，水灰 比偏大且极不稳定 ，造成 混凝 土强 度低而且不均匀 。三是混凝土 中水饱和 ，除闸 门渗漏外，坝体水平施工裂缝的渗漏是造成溢 流面混凝土水饱和 的主要原因 。 2混凝土修复方案 莅 窝水 库 溢流 坝 面 破坏 是 多 种 原 因造 成 的，因此加 固工程应根据不 同原 因、不 同破 坏 程度采用多种处理措施和方法。本文着重介绍 聚合物砂浆在莅窝水库溢流面混凝十修补工程 中的应用 。 混凝土薄层修补材料主要有环氧砂浆、硅 粉砂浆和聚合物砂浆 ，这三种材料 的物 理性能 都较好，但环氧砂浆和硅粉砂浆存在费用高、 工艺要求高、容易开裂等缺点。聚合物乳液水 泥砂浆是通过向水泥砂浆中掺加聚合物乳液改 性而制成的一类有机一 无机复合材料 ，这类砂 浆的硬化过程是：伴随着水泥水化产物形成钢 性 空 间 结构 的 同时 ， 由于水 化 和 水分 散 失 ， 使得乳液脱水、脱粒凝聚堆积并借助毛细管成 膜 ，填充结晶之 间的空隙，切断与外界的通 道，形成聚合物空间网状结构，改善了砂浆的 物理结构。与普通水泥砂浆相比，改性后的聚 设计施工与运营管理 De s i g n Co ns t r u c t i o n& Op e r a t i o n M a n a g e m e n t 合物砂浆性能为：抗压强度约降低0 2 O ， 极 限拉伸 约提高 1 2 倍 ，弹 性模量 约 降低 1 0 5 0 ，干缩变 形约减 小 1 5 4 0 ，与 老混凝土的粘结强度约提高1 3 倍 。 聚合物乳液是以丙烯酸酯及V E A乳液为主 要基料，掺入特殊的表面活性剂、增塑剂、消 泡剂等化工原料，经科学配制而成，是一种理 想的复合胶凝材料 。先后在潘家 口水库、岳城 水库等水利工程修补中应用，都取得了较好的 效果。聚合物砂浆抗裂性能比普通砂浆提高约 6 倍 ，抗裂、抗渗性能大幅度提高，因此本工 程采用聚合物砂浆作为大坝溢流面修复材料。 聚合物砂浆与原混凝土基面间用聚合物界面剂 连接。聚合物砂浆的主要性能列于表1 。 表1聚合物砂浆主要性能 聚合 物 砂 浆 的原 材 料 选择 ：水 泥 采用 抚 顺水泥 厂生产 的大坝硅酸盐 5 2 5 水泥 ；中砂采 用辽阳产河砂；聚合物乳液采用北京产s P C L 液 。 聚合物砂浆的配制 比例为水泥： 中砂：乳液： 水= 1 ：2 ： 0 4 ： 0 1( 重量比)，应搅拌均匀。 聚合物界面剂按乳液： 水泥= 1 ： 0 8( 重量 比)配制，应搅拌至无水泥颗粒、无沉淀。 主 要 性 能为 强度 M3 0 ，抗冻 F 3 0 0 ，抗 渗 W 6。 3 聚合物砂浆施 工技术 3 1基面处理 混凝土结合面处理是修补施工中的重要 工序之一，直接影响修补质量 ，应按施工要 求仔细做好基面处理工作。首先采用人工风 镐凿除厚约5 c m的冻融混凝土层，再用钢钎凿 除残留。凿至坚硬 的基底混凝土面 ，尽可 能 使基面平整，并用高压水枪将碎屑灰尘冲洗 干净 。 3 2聚合物砂浆施工 1 )配制砂浆和界面剂 。聚合物砂浆和界 面剂按设计配合比配制，采用人工搅拌，磅秤 计量。砂浆搅拌量要精确计算，即将砂浆的使 用时问控制在 1 小时内，以避免剩余砂浆 ，造 成材料浪 费。 2 )涂刷界面剂。在施工前要保证基面湿 润且没有明水，然后均匀涂 rJ S P C 界面剂，涂 刷时要力求薄而均匀，不得有漏涂、流淌、积 液现象。应在界面剂凝结固化之前完成砂浆抹 面。若在界面剂凝结固化后继续砂浆抹面，将 会严重降低粘结力，甚至不如不用界面剂。对 于已经凝结固化的界面剂试图进行打湿处理或 在固化界面剂上涂刷第二层界面剂的处理都是 徒劳的，必须彻底清除固化界面剂后再重新涂 刷界面 剂 。 3)聚 合 物 砂 浆 抹 面 。本 工 程 聚 合 物 砂 浆修补厚度为5 c m，砂浆抹面分两层施工。 第一层抹面3 c m厚，将表面用压实 、抹平 ， 用 塑料 薄膜 覆盖喷雾湿 养护7 天后涂刷一层 界面剂 ( 涂刷要求同基底 )，再抹第二层砂 浆2 c m厚，将表面压实、抹平并抹光。抹面 时如有气泡应刺破压紧，以保证抹面密实。 抹 面 时力 求 一 次抹 平 ，不要 反 复压 抹 ，以 防 表 面拉 裂 。 4 )养护 。抹面完成后约3 0 mi n ，用塑料薄 膜覆盖密封养护，在高温天气 ( 大于3 0 )， 上面要覆盖草袋 子撒水 降温 。抹面第 二天用喷 雾器喷雾养护，保持表面湿润但不淌水 。湿养 护7 天后，再涂刷一层界面剂，在自然状况下干 养护2 8 天 3 _ 3施工 中的质 量控制 1 )为保证涂 刷 界面剂 后能立 即摊铺 聚合 C H I N A W A T E R P O V V E F I & E L E C T R IF IE A n O N中 国 水 能 及电 气 化 l 6 5 设计施工与运营管理 De s i g n Co ns t r u c t i o n& Op e r a t i o n M a n a g e me n t 物砂 浆 ，要求根据每 次的来料 量事先划 出一定 的施工面积，与下料相配合随来随刷，可以有 效地防止界面 剂的固化 。 2 )堰面每孔净宽1 2 m，上下游方向抹面 长7 m，面积 较 大 ，且堰 面为 曲线 。在施 工 时 把堰面 曲线测量放线到两侧的闸墩上，然后每 隔4 0 c m拉一条水平线作 为施工控制线 。 3 )聚合物砂浆施工均在4 1 0 月份进行， 在 气温较高时 ，为 防止太 阳直射 ，应避开高温 在 夜间施工。 4 )施工过 程 中，应对 聚合物砂 浆进行 取 样检测。根据聚合物砂浆设计强度 ( M3 0 )， 分5 组取样，检测统计结果见表2 。 表2 聚合物砂 浆强度检测统计结果 试样组 质量数据 ( MP a ) 最大值 最小值 l 5 33 O 3 2 5 34 3 3 2 6 3 2 0 3 4 3 32 0 根据水 闸施工规 范，砼试件 强度 同时满足 下列两式，该砼强度应判为合格。 R - O 7 尺标 尺 1 6 0 0 8 3 Rt 式中： 一， 2 组试件强度的标准差 ( MP a )，按 下式计算 S 尺 一 组试件强度的平均值 ( MP a )； 尺 一 - 单组试件强度 ( MP a )； 尺 一 砂浆设计标 号 ( MP a )； _一样本容量，应不小于5 。 尺 H 一- 1 n ( R1 2 3 + ) = 1 5 ( 3 3 + 3 2 5 + 3 4 3 + 3 2 6 + 3 2 ) = 3 2 9 = 0 8 7 6 6 I中 田 水 能 殛电 气 化C H I N A W A T E R P O W E R & E L E C 3 lF lC A T Io N 上 述 计 算 结 果 能 够 满 足 尺 一 0 7 尺标 R 一 1 6 S 0 8 3 R标 ，表明5 组聚合物砂浆试 样的强度完全符合设计要求。 图1硬 窝水库 电站 4结语 莅窝水库溢流面混凝土修复工程完成后， 聚合物砂浆修复面有局部翘起现象，主要是因 为缺 乏施 工经 验造成的 ，经按原施工方案进行 修补，己达到了合格标准。无论从物理性能还 是从现场施工应用效果分析，均表明聚合物砂 浆是一种理想的混凝土薄层修补材料。本工程 在寒冷地区应用聚合物砂浆大面积、全孔段处 理溢流坝面 ，为寒冷地 区处理类似 问题提供 了 宝贵经验 。 参考文献： 1 D L T 5 1 4 4 2 0 0 1 水工混凝土施工规范 s 2 】 马建革， 潘志新， 马伟 混凝土缺陷处理技术及应用 M】 郑州： 黄河水利出版社， 2 0 0 9 3 张仁瑜， 王征， 孙盛佩 混凝土质量控制与检测技术 M 北京： 化学工业出版社， 2 0 0 8 4 】 沈春林 聚合物水泥防水砂浆 M 北京： 化学丁业 出版 社， 2 0 0 7