聚合物混凝土在水下修补工程中的应用.pdf

西 北水 电 - 2 0 1 2年 第 3期 2 1 文章编号 ： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 o 0 2 1 0 3 聚合 物混凝土在水下修补 工程 中的应 用 覃林涛 ， 武世峰 ， 但其宝 ( 1 青 岛太平洋海洋工程有限公司， 山东省青 岛市2 6 6 1 0 0 ； 2 陕西汉江投 资开发有限公 司喜河水力发 电厂 ， 陕西省安康市7 2 5 2 7 1 ) 摘要： 喜河水电站消力池存在比较严重的冲刷破坏， 通过采用水下浇筑聚合物混凝土的方法对消力池进行补强加 固取得了良好的效果。文章结合喜河水力发电厂消力池水下修补工程的实例， 介绍了P B M聚合物混凝土在水工建筑 物修补工程中的具体应用。 关键词： 消力池 ； 水下修补； 聚合物混凝土； 现场试验 中图分类 号 ： T V 4 3 1 6 文献标识码 ： A App l i c at i o n o f Po l y m e r Co n c r e t e i n Re pa i r W o r k s Und e r wa t e r Q I N L i n t a o ， wu S h i - f e n g 2 ， D A N Q i - b a o ( 1 Q i n g d a o P a c i f i c O c e a n E n g i n e e r i n g C o ， L t d ， Q i n g d a o C i t y ， S h a n d o n g P r o v i n c e 2 6 6 1 0 0， C h i n a ； 2 X i h e H y d r o p o w e r Pla n t S h a n n x i H a n g j i a n g I n v e s t me n t D e v e l o p m e n t C o ， L t d ， A n k a n g C i t y ， S h a a n x i P r o v i n c e 7 2 5 2 7 1 ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e s t i l l i n g b a s i n o f Xi h e Hy d r o p o w e r P l a n t i s s e r i o u s l y s c o u r e d T h r o u g h p l a c e me n t o f p o l y me r c o n c r e t e u n d e r w a t e r ， t h e s t i l l i n g b a s i n i s s t r e n g t h e n e d a n d g o o d e f f e c t i s a c h i e v e d I n c o mb i n a t i o n o f p r a c t i c e o f t h e r e p a i r u n d e r w a t e r o f t h e s t i l l i n g b a s i n o f X i h e ny d r o p o we r Pl a n t ，s p e c i f i c a p p l i c a t i o n o f P B M p o l y me r c o n c r e t e i n r e p a i r wo r k s u n d e r w a t e r i s i n t r o d u c e d i n t h i s p a p e r Ke y wo r d s ： S t i l l i n g b asi n ；r e p a i r u n d e rw a t e r ；po l y me r c o n c r e t e ；s i t e t e s t 0 引 言 长期处于水下运行状态的水库大坝类水工建筑 物 ， 工况复杂 ， 且不便于检查 、 维护 ， 因此容易出现各 种病害； 对于这些病害 ， 必须进行及 时有效地修补 。 要达到良好的修补效果， 关键要科学地选择修补材 料 、 合理地选择施工方法。下面 以喜河水力发电厂 消力池水下修补工程为例， 介绍聚合物混凝土在水 下修补工程中的应用。 1 工程概况 喜河水 电站是河床式径流电站 ， 大坝从右岸到 左岸由右岸非溢流坝段 、 厂房坝段 、 导墙及排沙孔坝 段 、 升船机 中孔坝段、 表孔溢流坝段 、 左 中孔和左岸 收稿 日期 ： 2 0 1 1 - 1 2 - 1 4 作者简介： 覃林涛( 1 9 8 4 -) ， 男， 湖北省宜昌市人 ， 助理工程师 从事水利水 电工程病 险坝加 固处理工作 非溢流坝段组成 。坝型为碾压混凝土重力坝 。 喜河水力发 电厂于 2 0 0 6年 6月投产并运行发 电， 经过几次汛期泄洪， 消力池出现 了不 同程度的破 损缺陷。为全面了解消力池的破坏 现状 ， 2 0 0 9年 6 月 、 2 0 1 1 年 1 月电厂先后 2次委托青岛太平洋海洋 工程有限公司对消力池进行 了详细 的水下检查 ， 查 明了消力池 的破 坏情况 。检查结果表 明， 消力池破 坏较严重 ， 底板及消力坎存在多处冲刷破坏 ， 冲坑内 钢筋外露 ， 最大一处冲坑淘空深度达到 1 2 0 c m。消 力池的破坏情况 已影响到枢纽的正常运行 ， 喜河水 力发电厂决定对消力池进行大修处理 。 2 方案概述 2 1 破坏的成因 长 期 的冲刷磨蚀是造 成消力池破坏 的主要原 因 。 2 2 修补材料的选择 可用于水下修补 的材料主要有 2类 ， 一是聚合 2 2 覃林涛， 武世峰 ， 但其 宝 聚合物混凝土在水下修补工程 中的应用 物混凝土 ， 二是水 下不分散混凝土。聚合物混凝土 的特点是 ： 强度高 ， 抗 冲耐磨性能好 ， 能够很好地与 基层面相结合 ； 在水 中抗分散性能强 ， 能够 自流平 、 自密实 ； 但造价高 。水下不分散混凝土的特点是 ： 在 水中具有一定的抗分散性 ， 能够 自流平 、 自密实 ； 强 度可调整， 能够不低于原有 的混凝土强度 ； 造价低 ； 但在抗冲耐磨性能 、 与基层面 的结合等方面 比不上 聚合物混凝土。经过综合对比分析， 对于深度1 5 c m的冲坑 ， 浇筑标号为 C 4 0的 P B M聚合物混凝土 ； 对于深度 1 5 c m的冲坑 ， 浇筑标号为 C 3 0的水下不 分散混凝 土 。下面主要介绍 聚合 物混凝土 的修 补方法 。 2 3修 补方 法的确 定 2 3 1 修 补 的原 则 先将 冲坑内受损的混凝土清除 ， 然后置换 聚合 物混凝土； 为了使新老混凝土结合得更紧密， 在原混 凝土基层上布设 1 4锚固钢筋 ， 锚筋的纵横间距均 为 6 0 c m( 对于尺寸较小的冲坑 ， 纵横间距可调整为 3 0 c m) ； 在新浇混凝土 中布设钢筋 网， 将锚筋与钢 筋 网焊在一起 ， 以此把新老混凝土连成整体 ， 以提高 结构的整体受力性能 2 ( 见 图 1 ) 。 图 1 平面冲坑修补示意图 单位 ： mm 2 3 2具 体 的做 法 沿破损缺陷边缘外 5 C IT I 划出切割边线 ， 以保证 将受损 的混凝土彻底清除； 切割深度在钢筋保护层 范围内应尽量深 ， 以保证新浇的聚合物混凝土有足 够大的嵌固深度 ， 但在切割和凿除过程 中不得扰动 甚至伤及钢筋 ； 凿除切割边线以内的破损混凝土 ； 将 冲坑 内的混凝土碴屑等杂物清理干净 ， 并用高压水 冲洗； 植锚筋、 安装钢筋网、 并整理结构的原有钢筋； 再次清理杂物后 ， 在损伤部位( 老混凝土基面凿毛 ) 浇筑聚合物混凝 土。对于立面和斜面的冲坑 ， 需要 架立模板 ( 见图 2 3 ) 。 图2 消力坎立面冲坑修补示意图 单位： mm 图 3 消力坎斜面冲坑修补示意图 单位 ： m m 3 聚合物混凝土 的性能及施 工方法 3 1材料性 能 聚合物 混凝 土的种 类很 多 ， 本工 程选 用 的是 H K P B M一 3聚合物混凝土 ， 这是 以 H K P B M一 3树 脂为黏结剂 ， 将其与骨料( 石子 、 砂 、 水泥) 固结而成 的混凝土。它具有高分子 和无机材料 的综合性能 ， 可在水中快速固化 ， 浇注后 1 d的抗压强度可达 3 0 MP a 。由于树脂不溶解于水 ， 能够包裹骨料 ， 且具有 很高的黏稠性 ， 因此拌合料在水 中不分散 ， 且易于跟 混凝土基层面结合 ； 聚合物混凝 土具有很好的流动 性 ， 浇筑后不需振捣 ， 能够 自流平 、 自密实 ； 其固化时 间可根据施工需要进行调整。聚合物混凝土非常适 西北水电 2 0 1 2年 第 3期 2 3 宜于在水下对混凝土破损缺陷的各种修补。其主要 性能指标见表 1 。 表 1 P B M一 3聚合物混凝土主要水下性能 指标 表 3 2配 比试 验 浇筑前 ， 需结合现场条件设计配 比； 筛选粗细骨 料 ， 按设计配 比拌制混凝土 ， 制作混凝土试件 ； 根据 试验结果对配合 比进行 调整 ， 最终确定最佳 的拌制 配比。在配 比试验 中应注意的因素有 ： 初凝时间、 终 凝时间 、 流动性 、 力学指标 、 砂石 的材质和粒径 、 水泥 的种类等 J 。根据 现场实际情 况确定 的配合 比见 表 2， 现场试验结果 ， 见表 3 。 表2 P B M一 3混凝土参考配合比表 材料种类 配合 比 ( k g m ) 水泥 砂 石子 P B M一 3 一 A组分 P B M一 3 一 B组分 C促进剂 D引发剂 21 0 9 8 0 7 8 0 4 0 0 4 0 4 4 备注 ： 试验选用 P- O4 2 5级水 泥， 汉江产 中粗 河砂 ， 5 2 5 mm 粒径汉江产石子。 表 3 现场试验检测结果表 2 8 d抗压强度 MP a 2 8 d劈拉强度 MP a 5 2 8 5 5 5 5 5 2 0 4 2 0 7 2 0 5 3 3现场 制 备 ( 1 )将干燥的石子 、 砂和水泥预先混合均匀作 为填料。 ( 2 )先将 A组分和 B组分在容器 中搅拌均匀 ； 然后将 C组分倒入 A， B混合液中搅拌均匀 ， 最后将 D组分倒人 A， B和 C混 合液 中搅 匀 ( 严禁单独 将 C， D组分混合) 。 ( 3 )将混合好的树脂组分倒人已混合均匀的填 料 中， 搅拌均匀。 3 4水 下 浇筑 将 已拌制好 的聚合物混凝土装人料斗中， 吊放 于水下修补位置 。由潜水员把料通过进料 口送到浇 筑仓内， 待模板 四角预留的检查孔 中溢 出混凝土后 ， 把预留的检查孑 L 封堵 ， 直到最后一个检查孔 中溢 出 混凝土 ， 并把检查孔封 堵为止 。新 浇筑混凝土要求 表面平整 ， 内部密实 ， 新老混凝土黏结 良好。对于平 面和立面( 或斜面) 相连部位都有破坏的冲坑 ， 应先 浇筑平面上的混凝土 ， 再对斜面或立面 的破损进行 修补。 3 5机 口取样 在水下浇筑的同时 ， 在搅拌机的出料 口随机取 样 ， 并在水下模拟同等施工条件下制作 的抗压试件 、 新老混凝土黏结试件 ， 以真实 了解现场浇筑的混凝 土强度指标 。机 口取样检测结果见表 4 。 表 4 机 口取样检测结果 表 堡塑堕 垫 壁垫塑 鏖 ! 8 8 7 9 6 8 9 6 2 2 5 5 2 4 9 2 2 6 R 7 7 9 2 4 8 7 3 2 4 9 2 ( ) 4 2 5 5 3 6拆模 在混凝土浇筑 3 5 d 后拆模 ， 拆模 后对混凝土 进行检查 ， 并录像 ； 检查结果表明： 混凝土表面平整 、 密实 ， 达到了预期的修补效果。拆模后 的新老混凝 土结合面如图 4 ( 水下照片) 所示。 图4 拆模后新老混凝土结合面 4 结语 本 次水下修补工程 的施工 质量达到 了设计要 求 ， 成功消除了危及大坝安全稳定运行的重大隐患。 鉴于聚合物混凝 土具有 ： 快速 固化 ， 早期强度高 ； 收 缩率小 ， 黏结力强 ； 优 良的抗 冲耐磨和耐腐蚀性 ； 优 越 的水下施工性能等特点 ， 可以预见 ， 在未来的水下 修补工程中 ， 它会被广泛地应用而发挥其越来越重 要的作用。 参考文献 ： 1 黄国兴 ， 纪国晋 混凝土建筑物修补材料及应用 M 北京 ： 中 国电力 出版社 。 2 o o 9 2 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6， 混凝土结 构加固设计规 范 S 北 京 ： 中国建 筑工业 出版社 。 2 o 0 6 3 陆文海 水工建筑物病 害处理 M 成 都 ： 四川 科学技 术 出版 社 ， 1 9 8 9 4 水利水 电技术 M 北京 ： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 0 0 5 张浩 S P C聚合物砂浆在 水工混 凝土修 补 中的应用 J 西 北 水 电 ， 2 0 1 0 ， ( 5 )： 3 3 3 4 6 S L 3 5 2 - 2 0 0 6 ， 水工混凝土试验规程 S 北京 ： 中国水利水电 出版社 。 2 0 0 6