丙乳砂浆在压力隧洞混凝土表面缺陷处理中的应用.pdf

2 0 1 0年第 1 1 期 东北水利水电 工程施工 文章编号】 1 0 o 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 0 ) 1 1 0 0 1 7 一o 3 丙乳砂浆在压力隧洞混凝土表面缺陷处理中的应用 孔祥春 ， 高 岩 ， 姜伟民 ( 辽宁省大伙房水库管理局 ， 辽宁抚顺 1 1 3 0 0 7) 摘 要】 文章介绍了丙乳砂浆在大伙房水库输水工程中的应用情况及效果。并对施工方法、 材 - 料性能进行 了详细分析。 特别是在丙乳砂浆的物理力学性能指标检测、 使用效果做了详细介绍。 【 关键词丙乳砂浆 ； 压力隧洞； 混凝土； 表面缺陷； 应用 中图分类号】 T V 5 4 4 9 2 【 文献标识码】 A 1 工程概况 如果用环氧树脂砂浆修补混凝土质量缺陷， 大伙房水库输水工程 ，是 由浑江桓仁 电站下 游引水，经由8 5 4 k m隧洞 自流至到浑河支流苏 子河 ， 再进入大伙房水库 ， 称为一期输水工程； 年 引水量 1 8 5亿 m3 ， 经大伙 房水库 调节后 ， 由大伙 房水库取水 口通过 6 r r l 直径 的隧洞 ( 2 8 9 4 4 k m， 其 中两段钢管连 接 ， 连接 段为 3 5 1 6 k m) ， 隧洞 后 为输水 管线 ， 管线全长为 2 3 2 0 4 9 k m， 经 由抚顺 、 沈阳、 辽阳、 鞍山、 营 口、 盘锦六市 ， 称为二期引水 工程 ：再 由鞍 山配水站将水 引至大连市称之为三 期工程 。工程 规模之大贯通辽 宁南北 ， 受益 七市 两千余万人口， 是辽宁振兴的基础工程。 在整个输水工程 中 ，可 由大伙 房水库调节水 量 ， 一期输水管线有停水检修 的时 间和条件 ， 而二 期下游输水管线为双线输水， 也可停水检修。 唯独 下游 2 8 9 4 k m的有压隧洞段没有停水检修的条件 与时间。这就要求压 力隧洞工程必须优质安全 ， 确 保安全供水 。所以必须重视处理压 力隧洞 的质量 缺 陷，使得经过处理 的质量缺 陷完全达 到设计标 准 ， 绝不允许给以后工程运行 留下隐患。 2 衬砌 混凝土质量缺 陷及 处理 衬砌处理后的混凝土外观检查， 存在着一定数 量的露筋、 蜂窝、 麻面、 渗水、 流白等质量问题。 按照 常规的处理办法 ，必须将疏松的混凝土全部凿除 ， 表面处理干净， 用预缩砂浆分层填充压实。但此办 法存在两个致命弱点： 一是只适用于水平面及侧面 质量缺陷的混凝土， 对于隧洞顶拱的混凝土无法施 工。 另一个问题是修补后的混凝土与原混凝土结合 面粘结力较低， 在水流冲击下容易脱落。 该材料虽具有强度较 高 ， 强度增长快 ， 能抵抗多种 化学物质的侵蚀等优点 ，但 其力学性能与基底 混 凝土不相一致 ，其膨胀系数大于基底混凝土而开 裂脱落 ， 不适合潮湿面粘结等缺点 ， 且不适合隧洞 内施工( 通风不 良) ， 成本很高。如参窝水库溢流 面 混凝土 缺陷在 施 工期就 是 用环氧 树脂砂 浆修 补 的 ， 经过几 年运行后 ， 大部分脱 落 ， 后来 不得 不将 溢流面全部剥离5 0 c m， 重新浇注溢流面混凝土。 3 丙乳砂浆 的特点 丙乳砂浆是 丙烯酸脂共聚乳液与水泥砂 浆拌 合物的简称 ，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂 浆。丙乳砂浆是一种新型的混凝 土建筑物的修 补 材料。具有优异的粘结、 抗裂、 防水、 防氯离子渗 透、 耐磨、 耐老化等特性 ， 和树脂基修补材料相 比 具有成本低 、 耐老化 、 易操 作 ， 施工工艺简单及 质 量容易保证等优点 ， 适用于公路 、 隧洞 、 水利、 工业 及 民用建筑等钢筋混凝 土结构 的防渗、防腐护面 和修补工程 。 丙乳砂浆 中聚合物弹性模量较小 ，它使水泥 砂浆内部的应力状态得到改善，可以承受变形而 使水泥面应 力减少 ，产生裂缝的可能性也随之减 少。同时聚合物纤维越过 微裂缝 ， 起到桥架作 用， 缝 间都有聚合物纤维相连 ，所 形成 的聚合物框架 作为填充材料跨过已硬化的微裂缝，限制微裂缝 的扩展。 微裂缝通常在聚合物膜较多处消失， 显示 出聚合物的抗裂作用， 另外聚合物有减水作用， 使 砂浆的水灰比减小，聚合物膜填充了水泥浆体的 孔隙， 切断了孔隙与外界的通道， 起到封闭作用。 丙乳砂浆与普通砂浆相比，极限拉伸率可提 1 7 工程施工 东北水利水 电 2 0 1 0年第 1 1 期 高 1 3倍 ， 抗拉强度提高 1 3 5 1 5 倍 ， 抗拉弹模降 低 ， 收缩率小 ， 抗裂性显著提高 ， 与老混凝土面、 钢 板粘结强度提高 4 倍以上，抗渗性提高 1 5 倍， 抗 氦离子渗透能力提高 8 倍以上等优异性能，且具 有无毒， 施工方便， 成本低 ， 以及密封作用强， 可达 到防止老混凝土进一步碳化 ， 延缓钢筋锈蚀速度 ， 抵抗剥蚀破坏的目的。具体性能指标见表 1 。 表 1 丙 乳砂 浆典型性能指标 性 能 普通砂浆丙乳水泥砂浆 注： 1 试验试件的灰砂比 1 ： 1 丙乳掺量 3 0 ； 2 本试验资料引致南京水利科学研究院科研成果( 8 8 年获国家科技进步三等奖及水利电力部科技进步二等奖 ) 。 4 丙乳砂 浆的应用 结合大伙房水库输水工程 的实际情 况和技术 要求 ，经技术论证使用丙乳砂浆对压力隧洞衬砌 混凝土质量缺陷进行修补。 4 1 丙乳砂浆的技术性能 丙乳的全称是丙烯酸脂共聚 乳液 ，是一种高 分子聚合物 的水分散体 ，加入水泥砂浆后为聚合 物水泥砂浆。丙乳的有关技术指标见表 2 。 表 2 丙 乳的技术指标 注： 水泥， 强度等级为 4 2 5硅酸盐水泥。砂子， 选用细 度模数为 1 6 - 2 0其最大粒径为 2 5 m i l l 细砂经过筛洗的 天然河砂。水 ， 符合拌制混凝土标准的净水。 1 8 4 2 配合比的选定 压 力隧洞衬砌混凝土分为 两种设计指标 ， 一 种是预应力混凝土设计指标为 C4 0 F g W1 5 0 ，另一 种非预应力混凝土设计指标为 C2 5 F g W1 5 0 为 了 使丙乳砂浆既能满足原设计混凝土的性能 ，又使 之接近原混凝土的性能为最好 ，所以通过试验选 定了两个丙乳砂浆的施工配合比。见表 3 、 表 4 。 表 3 CF g W1 5 0预应力混凝土 的丙 乳砂浆配合 比( 重量 比 ) 材料名称 丙乳砂浆 丙烯酸酯共聚乳液混合液 4 2 5 硅酸盐水泥 砂 水 4 2 ( 固体含量为 1 7) 1 o 0 1 5 O l 5 打底和最后刷面层采用的丙乳水泥净浆配合 比为丙烯酸酯共聚乳液混合液与水泥的比例为 1 ： 2 ， 多次试验 ， 经过 多次拉拔试验 ， 其 粘结强 度为 1 5 3 2 MP a ， 且均在老混凝土内部被拉坏 ， 说明丙 乳水泥净浆粘结力是没有问题 的。 经过 多次试验 ，丙乳砂 浆 的抗 拉强度 3 8 1 4 2 0 MP a ， 抗渗大于 8 MP a ， 抗冻大于 1 5 0次。 表 4 C2 5 F g W 1 5 0 混凝 土的丙 乳砂浆配 合比( 重量 比 】 材料名称 丙乳砂浆 丙烯酸酯共聚乳液混合液 4 2 5硅酸 盐水泥 砂 水 4 2 ( 固体含量为 7 ) 1 o 0 2 0 o 25 经过 多次试验 ，丙乳砂浆 的抗压 强度 2 5 2 3 2 1 、 抗渗大于 8 MP a 、 抗冻大于 1 5 0次。 5 施工方 法 丙乳砂浆施工的环境温度宜为 1 0 3 5 ( 2 ， 当施 工环境温度低于 5 时， 应采取加热保温措施。 5 1 凿除疏松混凝土及冲洗 在补强施工前需清除基础表面污物、 灰土、 松 软、 脆 弱部分 ， 并对基础混凝 土面凿毛 ， 然后进行 中 洗， 修补面 中 洗清洁与否， 直接影响丙乳砂浆与 老混凝土的粘结强度，是关系处理方法成败的关 键环节，必须严格控制 一定要用高压风水枪冲 洗 ， 在坑洼处不得残 留杂物与污水 ； 修补前 ， 修补 表面应多次洒水湿润 ， 使混凝 土面达到饱和状态 ， 如果修补面有滴水部位 ， 应引水处理， 不得在有水 2 0 1 0年第 1 1 期 东北水利水电 工程施工 部位施工 ， 在混凝土修补前 ， 用丙乳水泥净浆再在 修复面上涂刷一遍 ， 以增加粘结强度 。 5 2 丙乳砂浆的施工 1 ) N L 砂浆的拌制。按设计配合比， 采用小型 强制式拌合机 ， 先将水泥和砂子拌均匀， 再加入水 及丙乳， 连续拌合 4 - 5 m i n ， 停顿 1 m i n ， 再拌合 1 r n i n后 才能入仓。每罐拌合量 ， 要求在 3 0 4 5 mi n 内使用完 ， 否则就初凝 了。施工时的配料误差 ， 水 泥 、 丙乳、 水 1 ， 砂为 5 。 2 ) N L 砂浆的施工方法。 丙乳砂浆施工可采用 挤压 式砂浆泵喷涂 ， 或人工抹压 ， 前者适用于大面 积施工 ， 后者适 用小面积修 补 ， 不管机械喷涂 ， 还 是人工抹压都必须分层进行 ， 分层厚度 1 - 2 c m 为 宜 ， 分层 间隔时间以不小于初凝时间为宜。 最后一层喷涂或人工抹压后 ， 要涂刷丙乳水泥 净浆进行覆盖封 闭， 待砂 浆终凝后( 约 3 4 h视气 温而定 ) 进行喷雾养护或用塑料薄膜覆盖养生 7 d 。 6 质量控制及检测 在施工过程中 ， 严格执行有关规定。先做好施 工组织设计、 材料性 能试验及配 比试验。使技术人 员和监理人员熟知丙乳砂浆 工艺流程、性能及 特 征指标。从原材料进场开始， 严把质量关。对购进 的材料要有出厂合格证或质量证明书、 材质证明。 施工过程 中执行“ 三检制” ， 监理旁站 ， 做 到发现 问 题及时解决。 施 工过程 中 ，对 凿除质量缺陷部位 的混凝 土 要冲洗干净 ，然后进 行第一道 工序验 收 ，涂刷丙 乳水泥净浆后进行第 二遍工序验 收。喷涂或人工 抹压丙乳砂浆 时， 监理进行旁站监督 ， 以控制涂层 质量， 最后落实养生。 同时为验证丙乳砂浆拌合质量 ，每天每 个工 作面取一组强度试块 ，总共取强 度试块为 4 2组 ， 抗渗 、 抗冻各三组。试验成果见表 5 。 三组抗渗均大于8 MP a ， 三组抗冻均大于 1 5 0 次 此外对所有修补面进行外观检查没有流淌鼓 包 ， 脱离等现象。 7 结语 丙乳砂浆作为一种新型修补材料，在大伙房 水库输水工程压力隧洞衬砌混凝土表面质量缺陷 处理中取得了圆满的成果， 总计处理混凝土缺陷近 表 5 抗压 强度表 编号修丰 土 编号 修 凝土 1 2 4 7 l 3 9 1 2 2 5 -2 2 3 79 3 2 3 9 3 3 82 4 2 5 0 4 4 1 5 5 2 38 5 4 0 7 6 2 46 6 4 0 1 7 2 49 7 3 8 6 8 2 3 8 8 3 7 2 9 2 3 2 9 3 9 5 1 0 2 5 7 1 1 2 5 9 1 2 2 4 1 1 3 2 4 5 1 4 2 5 6 百处均铺填密实 ， 表面平整光滑 ， 无裂缝 、 流淌、 鼓 包、 脱离等现象发生。 丙乳砂浆 比传统的环氧砂浆成本要低一倍还 多 ， 而且无毒、 施工方便 ， 同基底混凝土粘结好 ， 具 有优异防渗性及很高的抗冻性等优点 克服 了环氧 砂浆 常因膨胀系数大于基底混凝土而开裂脱落的 缺点。丙乳砂浆作为修补混凝 土材料 ， 在国外与国 内都有成功的先例。尤其近年来也引进到水利工 程中： 福建山仔碾压混凝土堤上游防渗涂层， 就用 5 8一的丙乳砂浆涂层 ， 南京栖 霞水库 、 广西蒙 山水库等均取得 了良好效 果 ；丙乳砂浆还 用在 引 大入秦工程隧洞防渗衬砌 ， 北京西斋堂水库 ， 崇青 水库溢 流面 ，黑龙江 镜 泊湖发 电站尾渠和 调压 塔 ，潘家口水 电站等都使用丙乳砂浆对破损混凝 土进行防渗修补， 修补最长时间已接近十年 ， 至今 完好无损。 参 考 文 献 1 G B 5 0 0 4 6 9 5 ， 工业建筑防腐设计规范 s 2 混凝土聚合物复合材料及其应用 M 北京 ： 科学技术 文献出版社 ， 1 9 9 6 3 混凝土工程新材料设计与施工 M 北京： 中国水利出 版社 ， 1 9 9 8 4 黄国兴， 陈改兴， 等 水工混凝土建筑物修补技术及应 用 M 北京： 中国水利水电出版社， 2 0 0 2 【 收稿日 期】 2 0 1 0 - 0 8 - 1 3 1 9