何香建，邵曉妹，孫 正

（1. 湖南省水利水電科學研究院，湖南 長沙 410007；2. 武漢長江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司，湖北 武漢 430010）

1 概 述

盤石頭水庫位于河南省鶴壁市淇濱區(qū)西南衛(wèi)河支流淇河中游，是一座以防洪、供水為主，兼顧農(nóng)田灌溉、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合利用的大（Ⅱ）型水利樞紐工程，主要建筑物包括混凝土面板堆石壩、右岸1#、2#泄洪洞、左岸非常溢洪道、左岸輸水洞及電站等。水庫控制流域面積1 915 km2，總庫容6.08 億m3，最大壩高102.2 m，設計洪水標準為100 年一遇，校核洪水標準為2 000 年一遇[1～3]。1#、2#兩條泄洪洞布置在右岸雞冠山下，均為無壓城門洞型泄洪洞，承擔水庫主要泄洪任務。

盤石頭水庫自2007 年6 月蓄水運行以來，右岸雞冠山單薄山體始終存在繞壩滲漏問題[4]，嚴重影響兩條泄洪洞的結(jié)構(gòu)安全。據(jù)調(diào)查，在外水壓力長期作用下，兩條泄洪洞洞身襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較多裂縫，多處裂縫寬度已超過規(guī)范允許范圍；同時由于滲水及碳化作用，裂縫內(nèi)鋼筋出現(xiàn)銹蝕，鋼筋截面積銹蝕率已超過20%。因此，為保證水庫安全運行和防洪、供水等正常功能，對泄洪洞進行加固處理十分必要和緊迫。

1#、2#泄洪洞洞身加固工程主要包括洞頂回填灌漿、全洞身固結(jié)灌漿、洞身裂縫處理、洞身表面防護和排水孔疏通等。由于泄洪洞洞身結(jié)構(gòu)斷面大，灌漿及裂縫處理難以將微細裂縫全部充填密實，此外檢測發(fā)現(xiàn)洞身混凝土襯砌存在輕微碳化。針對以上問題，選擇合適的涂層材料作表面封閉處理，能夠阻斷微細裂縫與外界接觸，同時防止CO2向混凝土內(nèi)部侵蝕擴散，起到減緩混凝土碳化、減少內(nèi)部鋼筋銹蝕的作用[5]，從而保證工程安全有效運行。

2 表面防護涂層材料的選擇

選擇混凝土表面防護材料時既要考慮構(gòu)件的整體防護性和耐久性，還須考慮材料適用的施工環(huán)境。目前常用的水工混凝土表面防護材料有聚脲材料、環(huán)氧類材料、水泥基材料和聚合物水泥砂漿等[6，7]。其中聚脲材料抗沖磨性能優(yōu)異，較其他防護材料具有一次成膜厚、施工便捷等特點，但聚脲在潮濕環(huán)境下易發(fā)泡，對施工工藝要求高，且涂層易發(fā)生整體脫落，使用成本高。環(huán)氧類材料滲透性強，與基底粘接強度高，固結(jié)體力學強度高，但在潮濕面粘接強度低，只能薄涂，抗沖磨效果一般，易老化，環(huán)保性也較差。聚合物水泥砂漿與水泥基材料相比，具有力學強度高，極限拉伸率大，抗沖磨、抗?jié)B性能強等優(yōu)點；與聚脲材料和環(huán)氧類材料相比，具有與潮濕面粘接強度高，施工操作方便，價格較低等優(yōu)點，因此廣泛應用于水工、路橋、化工等等領域的混凝土缺陷修補及表面防護[8～10]。

考慮到泄洪洞外水滲透壓力較大、滲水點眾多、施工條件苛刻，經(jīng)多方分析論證，確定選擇CW 聚合物水泥砂漿及聚合物水泥凈漿作為泄洪洞混凝土表面防護涂層材料。材料主要性能要求為：厚度5.0 mm、28 d抗壓強度＞30.0 MPa、28 d 抗折強度＞10.0 MPa、28 d 粘接強度＞3.0 MPa、抗凍融性＞200 次、2 d 吸水率≤4.0%。

3 CW 聚合物水泥砂漿室內(nèi)試驗

3.1 原材料

水泥采用河南鶴壁同力水泥公司生產(chǎn)的42.5 復合硅酸鹽水泥；砂料采用鞏義市美碩水處理材料有限公司生產(chǎn)的石英砂，中砂；聚合物乳液采用武漢長江科創(chuàng)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的CW721 抗沖磨型聚合物乳液，性能符合DL/T 5126-2001《聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程》要求；拌和用水取自盤石頭水庫，水質(zhì)達到飲用標準。

3.2 室內(nèi)配合比試驗

確定聚合物乳液、水泥、石英砂、水的比例，以滿足材料設計性能和施工要求。首先進行室內(nèi)配合比試驗。試驗步驟為：

1）成型不同配比的40 mm×40 mm×160 mm 試塊，進行抗折、抗壓強度和吸水率試驗；成型不同配比的40 mm×40 mm×10 mm 試塊，進行粘接強度試驗；

2）成型不同配比的凈漿，用毛刷涂刷在水泥砂漿試塊斷面，將斷裂的試塊粘接好并用膠布豎向固定，測試其抗折、粘接強度；

3）將不同配比的聚合物水泥砂漿及凈漿試件進行快速凍融循環(huán)、高濃度碳化試驗[11]。試驗方法依據(jù)DL/T 5126-2001 進行。

根據(jù)試驗結(jié)果，優(yōu)選出CW 聚合物水泥砂漿及凈漿的配合比，配合比參數(shù)見表1，對CW 聚合物水泥砂漿室內(nèi)檢測結(jié)果見表2。由表2 結(jié)果可知，CW 聚合物水泥砂漿各項性能均能滿足設計要求，即可進行現(xiàn)場施工。

表1 CW 聚合物水泥砂漿及凈漿配合比 kg/m3

表2 CW 聚合物水泥砂漿室內(nèi)檢測結(jié)果

4 施工工藝

CW 聚合物水泥砂漿工藝流程具體步驟如下：

1）施工準備：布置施工所需的材料、工具和設備，確保施工供水、供電、通訊、道路正常。根據(jù)工程量及材料配比，計算各施工原材料用量。

2）基底處理：清除混凝土基底表面污物、灰塵和混凝土疏松層，用角磨機將混凝土基面打磨粗糙，并用清水將基面沖洗干凈，施工前應保持工作面飽水狀態(tài),施工時不應有積水。

3）底層凈漿配制及涂刷：按照聚合物乳液與水泥質(zhì)量比1∶1～1∶2 稱量原材料，先將聚合物乳液倒入攪拌機內(nèi)，再邊緩慢加入水泥邊攪拌2～3 min，拌至均勻。將凈漿涂刷于混凝土基底，要求薄而均勻，不漏涂，不流淌。凈漿應在45 min 以內(nèi)使用完畢，否則應重新配制基液后再進行涂刷。

4）中層砂漿配制及涂刮：按照室內(nèi)試驗確定配合比稱量原材料，先將水泥、砂干混均勻，再加入聚合物乳液及水，用攪拌機攪拌2～3 min，拌至均勻。砂漿施工應在底層基液涂刷完成后30～60 min 內(nèi)進行，砂漿涂刮厚度為（5.0±0.2）mm；砂漿拌好后應在45 min 內(nèi)用完。涂刮要求表面平整均勻，不漏涂不流掛。

5）面層凈漿配制及涂刮：按照聚合物乳液與水泥質(zhì)量比1∶2～1∶3 稱量原材料，先將聚合物乳液倒入攪拌機內(nèi)，再邊緩慢加入水泥邊攪拌2～3 min，拌至均勻。中層聚合物水泥砂漿施工完2～4 h 后，進行面層凈漿涂刮。面層凈漿也應在45 min 以內(nèi)使用完畢。

6）涂層養(yǎng)護：涂刷面層凈漿后，待涂層表面略干，采用噴霧養(yǎng)護涂層。12 h 后灑水養(yǎng)護7 d、3 次/d，然后再自然養(yǎng)護21 d。陽光直射或風口部位，應采取遮光保溫措施。

5 現(xiàn)場運行效果分析

為了保證CW 聚合物水泥砂漿施工質(zhì)量及效果，在施工現(xiàn)場進行了抽樣檢查。施工過程中，對1#、2#泄洪洞涂層材料的厚度和粘接強度進行抽樣測試，并對配制的砂漿留樣檢測，檢測結(jié)果見表3。分析表3 結(jié)果可知，現(xiàn)場施工的CW 聚合物水泥砂漿性能均達到設計要求。

表3 CW 聚合物水泥砂漿現(xiàn)場抽檢結(jié)果

CW 聚合物水泥砂漿施工于2017 年6 月開始，于2017 年8 月結(jié)束，共計消耗砂漿198 t，凈漿87 t。施工結(jié)束后，泄洪洞隨即投入使用，經(jīng)過兩次汛期泄洪后，泄洪洞身表面未出現(xiàn)干縮開裂、明顯滲水、表面坑洞、沖刷缺陷等不良現(xiàn)象，證明施工取得了良好效果，保證了泄洪洞的正常運行。

6 結(jié) 語

盤石頭水庫泄洪洞采用CW 聚合物水泥砂漿作為混凝土表面防護材料，結(jié)合室內(nèi)試驗及現(xiàn)場效果表明，CW 聚合物水泥砂漿在抗沖磨、防碳化、防滲漏等方面體現(xiàn)出一定的優(yōu)越性，與聚脲防護材料和環(huán)氧類防護材料相比，具有應用范圍廣、施工工藝簡單、節(jié)省投資和工期的顯著效果，具有實用和推廣價值。