覃林濤，肖發(fā)新

(湖北省長(zhǎng)陽(yáng)土家族自治縣水利水電局，湖北 宜昌443500)

干地施工環(huán)境較好，施工質(zhì)量容易保證，但在水工建筑物已投入使用的情況下，許多部位的修補(bǔ)難以實(shí)現(xiàn)干地施工。水下施工方式可減少修補(bǔ)施工對(duì)水工建筑物正常使用的影響，修補(bǔ)工作由潛水員在水下完成，盡管水下施工難度大，但只要修補(bǔ)方案科學(xué)、施工工藝合理、施工材料可靠、施工操作得當(dāng)，水下修補(bǔ)也能夠保證質(zhì)量。特別是水下修補(bǔ)新材料的出現(xiàn)，配合新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備，幫助我們解決了很多過(guò)去想辦而辦不了的事情，尤其是在暫時(shí)不具備干地施工條件的水庫(kù)大壩。我們?cè)趪?guó)內(nèi)外大量的水下施工項(xiàng)目中積累了豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，但同時(shí)也遇到了一些新問(wèn)題。為了解決在水庫(kù)大壩水下工程施工過(guò)程中出現(xiàn)的水下澆筑混凝土28d抗壓強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)值、新老混凝土粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)不穩(wěn)定、波動(dòng)較大等實(shí)際問(wèn)題，找出癥結(jié)，進(jìn)一步準(zhǔn)確掌握常用的3種材料在現(xiàn)行條件下能達(dá)到的抗壓強(qiáng)度、粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度指標(biāo)，我們?cè)谠囼?yàn)室展開了新一輪針對(duì)性、系統(tǒng)性的試驗(yàn)。本次試驗(yàn)首先是調(diào)整了混凝土的配合比，然后改變了老混凝土塊的鑿毛方法，并增加了試驗(yàn)數(shù)量。在施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)試驗(yàn)過(guò)程、結(jié)果中存在的主要問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。

1三種常用材料簡(jiǎn)介

常用于水下修補(bǔ)的聚合物混凝土有環(huán)氧樹脂混凝土/砂漿和PBM-3混凝土/砂漿，其中，環(huán)氧樹脂混凝土/砂漿以環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)料，而PBM-3混凝土/砂漿是以不飽和聚酯等高分子材料作為膠結(jié)料而形成的具有互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的材料。兩者均以樹脂為粘結(jié)劑，將其與骨料(石子、砂、水泥)固結(jié)而形成，具有高分子和無(wú)機(jī)材料的綜合性能。由于環(huán)氧樹脂和PBM-3樹脂均不溶于水，可賦予所包裹的材料以很高的粘性，因此拌合料在水中不分散，施工時(shí)不需要導(dǎo)管，可直接倒入水中，也不需振搗就可形成自流平、自密實(shí)的水下混凝土，強(qiáng)度高，抗沖耐磨性能好，能夠很好的與基層面相結(jié)合；在水中抗分散性能強(qiáng)，但造價(jià)高，不經(jīng)濟(jì)，適于水下小范圍補(bǔ)強(qiáng)加固，可在水下進(jìn)行以厘米計(jì)的薄層修補(bǔ)，并可進(jìn)行垂直面的立模澆筑。

UWB-Ⅱ水下不分散混凝土是在普通混凝土拌合物中加入水下不分散劑(高分子絮凝劑)，從而在水泥顆粒之間形成架橋結(jié)構(gòu)，增大了吸附力，提高了粘性，抑制了混凝土拌合料的稀釋，增加了拌合物的觸變性和保水性，減少了骨料的沉降和離析，從而使混凝土在水下硬化前具有一定程度的抗分散性。在合理的澆筑工藝指導(dǎo)下，能自流平、自密實(shí)。強(qiáng)度可調(diào)整，能夠不低于原有混凝土強(qiáng)度，但在抗沖耐磨性能、與基層面的結(jié)合等方面比不上聚合物混凝土。造價(jià)低，較為經(jīng)濟(jì)，適于水下大體積混凝土澆筑和修補(bǔ)處理。

2試驗(yàn)內(nèi)容

按照試驗(yàn)計(jì)劃，本次試驗(yàn)項(xiàng)目見表1。

表1混凝土試驗(yàn)項(xiàng)目表

3試驗(yàn)步驟

3.1試驗(yàn)依據(jù)

本次試驗(yàn)主要依據(jù)以下技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1-8]。

1)SL130-2017，混凝土試模檢驗(yàn)方法。

2)SL677-2014，水工混凝土施工規(guī)范。

3)GB 50367-2013，混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范。

4)SL138-2011，水工混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室檢驗(yàn)方法。

5)SL 352-2006，水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程。

6)DL/T 5193-2004，環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程。

7)Q/CNPC 92-2003，水下不分散混凝土施工技術(shù)規(guī)范。

8)DL/T 5117-2000，水下不分散混凝土試驗(yàn)規(guī)程。

3.2原料選擇

砂：中粗河砂，細(xì)度模數(shù)2.5～3.3。

石子：粒徑在5～40 mm之間連續(xù)級(jí)配的碎石。

水泥：強(qiáng)度等級(jí)為P.O 42.5R的普通硅酸鹽水泥。

3.3配合比設(shè)計(jì)

老混凝土塊配比見表2，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C40。

表2老混凝土塊配合比

HSL-101環(huán)氧樹脂混凝土(砂漿)、PBM-3樹脂混凝土(砂漿)以滿足施工流動(dòng)性為前提，盡可能提高各性能指標(biāo)[9]。UWB-Ⅱ水下不分散混凝土，擴(kuò)展度擬控制在400～450 mm之間，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C30和C40兩個(gè)具有代表性的配合比，并通過(guò)摻加硅粉和減水劑作為對(duì)比試驗(yàn)，硅粉摻加量為水泥的10%。配合比略。

3.4老塊處理

在老塊混凝土拆模后馬上對(duì)其進(jìn)行鑿毛處理，這樣處理表面粗糙度比較均勻，利于提高粘結(jié)強(qiáng)度。

3.5澆筑過(guò)程

混凝土/砂漿拌合物的制備：按照設(shè)計(jì)配比計(jì)算的量進(jìn)行拌合。環(huán)氧樹脂混凝土/砂漿、PBM-3混凝土/砂漿使用人工在鋼板上進(jìn)行攪拌，UWB-Ⅱ水下不分散混凝土使用混凝土攪拌機(jī)攪拌。UWB-Ⅱ水下不分散混凝土拌合后需測(cè)試其坍落度、坍?dāng)U度[10-12]。

試模處理：澆筑前，在試模內(nèi)表面涂刷脫模劑，脫模劑可用石蠟或?qū)Ｓ妹撃?，不得用機(jī)油、礦物油，以免沾污粘結(jié)面；將老混凝土塊用水清洗干凈，放置于試模一側(cè)，不被粘結(jié)的混凝土面緊貼試模內(nèi)壁。將試模輕放入水箱，并將水位加至該試模頂面以上150 mm。

試件成型：用手鏟將拌合物從水面向水下澆筑，使其落進(jìn)試模中，然后取出試件靜置5～10 min，用木錘輕敲試模兩側(cè)以促進(jìn)排水，然后將試件表面抹平放入水中，水要沒(méi)過(guò)試模表面，2 d后拆模[13]，將試件分類標(biāo)記后放入水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱按照試驗(yàn)規(guī)程要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

3.6試件檢測(cè)

到達(dá)齡期后，將試件從水中取出，將表面擦拭干凈，在試驗(yàn)室分別檢測(cè)其抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度。檢測(cè)試件粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度前，在試件頂面和底面的新老混凝土粘結(jié)處劃出相互平行的直線，準(zhǔn)確定位劈裂位置。

4結(jié)果分析

4.1HSL-101環(huán)氧樹脂混凝土/砂漿

4.1.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

前期施工現(xiàn)場(chǎng)做的環(huán)氧混凝土/砂漿抗壓強(qiáng)度比較穩(wěn)定，能夠達(dá)到工程要求強(qiáng)度，但新老混凝土粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，數(shù)值高值達(dá)到2.43 MPa，低值只有0.51 MPa，并且同組內(nèi)三個(gè)數(shù)值相差較大，很多單個(gè)試件測(cè)值超過(guò)了平均值的15%。分析認(rèn)為：前期在環(huán)氧混凝土/砂漿試驗(yàn)時(shí)，老塊混凝土或采用手工振搗成型，或使用振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)成型，待其完全固化后再處理表面，這樣使得處理過(guò)的表面光滑、粗糙度不均勻，造成粘結(jié)強(qiáng)度偏小。因此本次試驗(yàn)時(shí)，老混凝土塊的處理方式改為拆模后，馬上用鋼絲刷刷出粗糙面，這樣表面粗糙度比較均勻；同時(shí)為了有利于數(shù)據(jù)分析，增加了試驗(yàn)數(shù)量，每個(gè)齡期由1組增加至3組。

4.1.2數(shù)據(jù)分析

1)抗壓強(qiáng)度。3 d抗壓強(qiáng)度較低；混凝土/砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到了50 MPa，滿足一般施工設(shè)計(jì)要求；同組內(nèi)數(shù)據(jù)很穩(wěn)定，都在均值的5%內(nèi)浮動(dòng)。

表4兩階段環(huán)氧樹脂混凝土/砂漿抗壓強(qiáng)度對(duì)比MPa

2)粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度?；炷粒?8 d粘結(jié)強(qiáng)度最高為2.32 MPa，最低為1.47 MPa， 9個(gè)測(cè)值中2.0 MPa 以上的數(shù)據(jù)有3個(gè)，1.5 MPa以下的數(shù)據(jù)有2個(gè)，超過(guò)均值15%的數(shù)據(jù)有2個(gè)，均值為1.88 MPa。離一般施工設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度2.0 MPa還有差距，但數(shù)據(jù)的浮動(dòng)性比施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)要好。需進(jìn)一步從材料本身、澆筑條件等方面查找原因。

砂漿：28 d粘結(jié)強(qiáng)度最高為2.39 MPa，最低為1.61 MPa，9個(gè)測(cè)值中2.0 MPa以上的數(shù)據(jù)有4個(gè)，全部超過(guò)1.5 MPa，超過(guò)均值15%的數(shù)據(jù)有2個(gè)，均值為2.02 MPa，滿足一般施工設(shè)計(jì)要求。

從均值和代表值數(shù)據(jù)看，兩者差距很小，說(shuō)明一組數(shù)據(jù)內(nèi)，離散性小，數(shù)據(jù)比較可靠[14]。

表5兩階段環(huán)氧樹脂混凝土/砂漿粘結(jié)強(qiáng)度對(duì)比MPa

4.2PBM-3樹脂混凝土/砂漿

4.2.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

施工現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有進(jìn)行PBM-3樹脂混凝土/砂漿試驗(yàn)，本次增加了此項(xiàng)試驗(yàn)。

4.2.2結(jié)果分析

1)抗壓強(qiáng)度。3 d抗壓強(qiáng)度較高；混凝土28 d抗壓強(qiáng)度均達(dá)到了50 MPa，砂漿28 d抗壓強(qiáng)度均值達(dá)到了40 MPa，滿足一般施工設(shè)計(jì)要求。

表6PBM-3樹脂混凝土/砂漿試驗(yàn)數(shù)據(jù)MPa

2)粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度?；炷粒?8 d粘結(jié)強(qiáng)度最高為2.23 MPa，最低為1.95 MPa, 9個(gè)測(cè)值中 2.0 MPa 以上的數(shù)據(jù)有8個(gè)，沒(méi)有超過(guò)均值15%的數(shù)據(jù)。本組數(shù)據(jù)浮動(dòng)較小，所以數(shù)據(jù)均有效。代表值為2.11 MPa，能夠達(dá)到工程所要求的強(qiáng)度2.0 MPa。

砂漿：28d粘結(jié)強(qiáng)度最高為2.75 MPa，最低為1.47 MPa, 9個(gè)測(cè)值中2.0 MPa以上的數(shù)據(jù)有4個(gè)， 1.5 MPa以下的數(shù)據(jù)有1個(gè)，超過(guò)均值15%的數(shù)據(jù)有4個(gè)。本組數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)較大，均值為1.97 MPa，離一般施工設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度2.0 MPa還有差距。

4.3UWB-Ⅱ不分散混凝土

4.3.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)

施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)UWB-Ⅱ水下不分散混凝土/砂漿做了大量試驗(yàn)，新老混凝土28 d粘結(jié)強(qiáng)度能夠達(dá)到1.5 MPa。試驗(yàn)過(guò)程中存在的主要問(wèn)題是：部分試件28 d抗壓強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，粘結(jié)強(qiáng)度的組內(nèi)數(shù)據(jù)上下浮動(dòng)較大。為了解決上述問(wèn)題，本次采取了以下措施：

表7UWB-Ⅱ水下不分散混凝土新拌性能匯總表

表8UWB-Ⅱ水下不分散混凝土試驗(yàn)結(jié)果匯總表MPa

重新調(diào)整試驗(yàn)配合比，將砂率由0.40改為0.42，同時(shí)減小水灰比。

老混凝土粘結(jié)面的處理方式由以前完全硬化后處理改為拆模后立即進(jìn)行鑿毛處理。

4.3.2結(jié)果分析

在調(diào)整配比后，新拌混凝土流動(dòng)性良好, 水下澆筑能夠達(dá)到自流平、自密實(shí)。

1)抗壓強(qiáng)度。無(wú)論C30還是C40，28d抗壓強(qiáng)度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)強(qiáng)度。

表9兩階段UWB-Ⅱ水下不分散混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)比MPa

本次試驗(yàn)通過(guò)增大砂率、添加減水劑、減小水灰比后拌合物的流動(dòng)性能夠滿足施工要求。水灰比減小，同齡期抗壓強(qiáng)度均有所提升，可以看出砂率、水灰比是影響水下混凝土抗壓強(qiáng)度的重要因素。

2)粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度。在調(diào)整配合比并改變老塊粘結(jié)面處理方式后，本次檢測(cè)的UWB-Ⅱ水下不分散混凝土粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度都超過(guò)了1.5 MPa，大部分?jǐn)?shù)據(jù)達(dá)到了2.0 MPa以上。且組內(nèi)數(shù)據(jù)相對(duì)穩(wěn)定，上下浮動(dòng)小，超出均值15%的數(shù)據(jù)不多，結(jié)果較理想。

表10兩階段UWB-Ⅱ水下不分散混凝土粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度對(duì)比MPa

本次試驗(yàn)通過(guò)增大砂率，減小水灰比、加減水劑、硅粉，改變老混凝土塊粘結(jié)面鑿毛方式等措施，其抗壓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度都有了不同程度的提高。綜上，配合比(砂率、水灰比)和老混凝土粘結(jié)面的粗糙度是影響新老混凝土粘結(jié)強(qiáng)度的重要因素[15-19]。

5試驗(yàn)總結(jié)

5.1抗壓強(qiáng)度

各類混凝土及砂漿28 d齡期抗壓強(qiáng)度均能滿足一般施工設(shè)計(jì)要求。

表11抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)值對(duì)比表MPa

5.2粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度

表12粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)、實(shí)測(cè)值對(duì)比表MPa

UWB-Ⅱ水下不分散混凝土粘結(jié)劈裂抗拉強(qiáng)度能夠滿足一般施工設(shè)計(jì)要求；環(huán)氧樹脂混凝土、PBM-3樹脂砂漿的粘結(jié)強(qiáng)度已經(jīng)接近2.0 MPa，下一步將重點(diǎn)從原材料本身分析原因并做出改進(jìn)：該批次樹脂材料雖仍在有效使用期內(nèi)，但由于其出廠時(shí)間已較長(zhǎng)且未采取恒溫貯存放置，試驗(yàn)時(shí)間在8月份，天氣炎熱，

樹脂性能或受上述兩方面原因而有所改變或降低，造成性能的不穩(wěn)定現(xiàn)象，故考慮在補(bǔ)充試驗(yàn)中使用新產(chǎn)樹脂。

5.3補(bǔ)充試驗(yàn)

為了驗(yàn)證對(duì)不合格項(xiàng)原因分析的正確性，試驗(yàn)結(jié)束后補(bǔ)做6組混凝土試件：

環(huán)氧樹脂混凝土粘結(jié)試件3組(使用新產(chǎn)樹脂材料，靜水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù))，PBM-3樹脂砂漿粘結(jié)試件3組(使用新產(chǎn)樹脂材料，靜水中標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù))。

6組補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果均合格，滿足一般施工設(shè)計(jì)要求[20]。

6結(jié)語(yǔ)

本次試驗(yàn)結(jié)果使我們對(duì)水下混凝土材料的強(qiáng)度指標(biāo)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，大部分試驗(yàn)結(jié)果滿足一般工程的強(qiáng)度要求。本次試驗(yàn)與前期施工現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，形成了一個(gè)完整試驗(yàn)過(guò)程。影響水下混凝土強(qiáng)度的因素眾多，在今后的工程實(shí)踐中，要以每次具體工程為基礎(chǔ)，通過(guò)在不同環(huán)境中的混凝土試驗(yàn)、澆筑去更加充分認(rèn)識(shí)、挖掘材料的特性，不斷積累經(jīng)驗(yàn)，真正做到能在各類工程中靈活掌握、合理運(yùn)用材料的不同性能，指導(dǎo)我們?nèi)ジ媒鉀Q實(shí)際問(wèn)題。