王文峰

（珠江水利委員會珠江水利科學(xué)研究院，廣東 廣州 510000）

在普通混凝土中添加聚合物，能夠得到聚合物混凝土。相較于普通混凝土，聚合物混凝土擁有更高的膠結(jié)性能，能夠通過摻加不同聚合物改善混凝土力學(xué)性能。因此，在水利工程建設(shè)中，應(yīng)合理運用混凝土材料，確保結(jié)構(gòu)質(zhì)量得到有效控制。應(yīng)用聚合物混凝土進行工程施工，通過開展力學(xué)性能試驗確認材料性能是否滿足施工要求，能夠加強工程施工質(zhì)量控制。

1 工程概況

某水庫大壩位于U形河谷，為混凝土重力壩，頂部長320m、寬7m，底部寬27m，壩高32m，建基面高18m。大壩上游建設(shè)1m厚混凝土防滲面板，下游中間建設(shè)混凝土壩體，28m以上為1m厚混凝土面板。壩體采用分層澆筑方式，分層高約2m。完工約半年，壩體上下游壩面出現(xiàn)裂縫，上游15條，下游7條，從倉面延伸向下，集中在壩塊中間。結(jié)合壩面裂縫分布情況和檢查結(jié)果，計劃采用聚合物混凝土修復(fù)結(jié)構(gòu)裂縫。為保證修復(fù)效果，提前開展材料力學(xué)性能試驗，保證材料實踐應(yīng)用效果，繼而使結(jié)構(gòu)缺陷得到徹底消除。

2 聚合物混凝土力學(xué)性能試驗

2.1 試驗材料

試驗選用P.O32.5R普通硅酸鹽水泥，要求28d抗壓強度達到37MPa以上，抗折強度至少達到8.4MPa。采用的粗骨料粒徑在5～40mm，通過堆積密集確定級配關(guān)系。細骨料采用本地河沙，細度模數(shù)小于等于2.9，屬于Ⅱ級。試驗采用Ⅱ級粉煤灰，用于填充混凝土孔隙，以此提高混凝土密實度。粉煤灰燒失量為5.5%，氧化鈣量為4.3%，需水量為98%，玻璃珠含量為35%，比表面積4200cm2/g。選用聚羥酸高效減水劑作為聚合物外加劑，用于提高混凝土保坍性，抑制水化作用，預(yù)防結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生。

2.2 試驗方案

在力學(xué)性能試驗中，在保持相同水膠比和坍落度的條件下，確認混合料力學(xué)性能變化情況。試驗共劃分為8組，前5組編號為A、B、C、D、E，分別為普通混凝土、聚羥酸混凝土、WSP混凝土、瀝青混凝土、聚丙烯混凝土，分析類型聚合物混凝土力學(xué)性能。后3組編號分別為F1、F2、F3，分別摻加1%、2%和3%的瀝青，均為聚丙烯混凝土，分析瀝青摻加量對材料性能的影響。在開展力學(xué)性能試驗時，按照規(guī)范進行混合料拌制，制作長150mm的立方體標準試件，并按照標準養(yǎng)護。在達到試驗齡期后，分別開展抗壓強度、抗拉強度等力學(xué)性能試驗。每組試件為3個，取得試驗結(jié)果后取平均值。

2.3 試驗結(jié)果

（1）抗壓強度分析。在強度均為C30的條件下，各組試件的抗壓強度試驗結(jié)果存在一定差異。伴隨著齡期的延長，差異日漸顯著，如表1所示。由表1能夠發(fā)現(xiàn)，摻加不同聚合物將對混凝土力學(xué)性能產(chǎn)生較大影響。比較各種材料28d抗壓強度可以發(fā)現(xiàn)，聚羥基混凝土抗壓強度較普通混凝土提升幅度較小，而WSP混凝土抗壓強度提高幅度較大，能夠達到17%左右。出現(xiàn)這一情況的原因主要是纖維在混凝土內(nèi)部發(fā)揮了填充孔隙的作用，使結(jié)構(gòu)密實性得到了增強。而采用聚丙烯混凝土，在瀝青摻加量增加的情況下，整體強度有所降低，故還應(yīng)對瀝青添加量進行嚴格控制。從試件結(jié)構(gòu)破壞情況來看，超出強度極限后普通混凝土結(jié)構(gòu)破碎，擁有較大脆性，而WSP混凝土表現(xiàn)出了較好的柔性，破碎程度較輕。

表1 抗壓結(jié)果試驗結(jié)果 單位：MPa

（2）軸心強度分析。從軸心強度變化情況來看，對各組進行比較可以發(fā)現(xiàn)，28d后聚丙烯混凝土強度最高，可以達到36.5MPa，而普通混凝土強度約33.5MPa。利用掃描電鏡觀察可以發(fā)現(xiàn)，添加聚合物后粉煤灰的接觸面得到了改善，但摻加瀝青將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強度大幅度下降，測試結(jié)果小于29MPa。除聚丙烯混凝土外，軸心抗壓強度最高的為聚羥酸混凝土，能夠達到36.1MPa，WSP混凝土強度能達到30.1MPa，比普通混凝土強度低10%左右。

（3）抗拉強度分析。從抗拉強度試驗結(jié)果來看，在28d時，相較于普通混凝土，聚丙烯混凝土強度有所提高，能夠達到2.87MPa。但從總體上來看，各組混凝土的強度均不高，普通混凝土強度約2.32MPa，聚羥酸混凝土強度降低至2.1MPa。分析原因可以發(fā)現(xiàn)，在材料水化過程中有較多絮狀物產(chǎn)生，容易造成結(jié)構(gòu)連接強度變?nèi)?。摻加聚丙烯，能夠使大量條形物聚集成網(wǎng)，發(fā)揮減水作用，使結(jié)構(gòu)抗拉強度和韌性得到增強，但由于添加瀝青將造成結(jié)構(gòu)強度下降，因此瀝青用量不應(yīng)超過1%[1]。

3 聚合物混凝土實踐應(yīng)用

3.1 施工方案

在水利工程施工期間，需要利用聚合物混凝土進行結(jié)構(gòu)壩體結(jié)構(gòu)裂縫修復(fù)，對材料抗壓強度提出了較高的要求。綜合比較可以發(fā)現(xiàn)，雖然WSP混凝土的抗拉性能無顯著變化，但能使結(jié)構(gòu)抗壓強度大幅度提高，同時使結(jié)構(gòu)脆性降低，因此可以滿足工程應(yīng)用需求。確認施工采用的聚合物混凝材料后，在結(jié)構(gòu)裂縫修復(fù)中要以防止銹蝕、滲漏和恢復(fù)構(gòu)件整體性為目標，以延緩結(jié)構(gòu)老化[2]。針對縫寬不大于0.2mm、長不大于0.5mm的裂縫，可以直接涂刷濃縮劑對表層進行修復(fù)。超出規(guī)定范圍的裂縫需鑿除表面析出物，然后利用聚合物混凝土進行修復(fù)處理。

3.2 材料控制

為保證修復(fù)效果，還需做好技術(shù)準備，對施工設(shè)備、設(shè)施進行檢查，保證能夠正常運行。針對施工材料，需要提前做好檢查，保證集料清潔干燥，并對聚合物黏合劑的儲存狀況進行確認，避免材料發(fā)生變質(zhì)。為保證修復(fù)效果，需要提前開展試驗，完成混凝土配比合理設(shè)計，保證力學(xué)性能達到設(shè)計要求。聚合物混凝土結(jié)構(gòu)精細，施工速度相對較慢，需要利用立式研磨機進行攪拌，將骨料導(dǎo)入攪拌器攪拌，之后添加聚合物進行均勻攪拌。攪拌時間約3min，應(yīng)確認聚合物均勻包裹在骨料中，黏合劑含量控制在6%～8%[3]。完成混凝土攪拌后，在運輸期間還應(yīng)避免因外力作用而出現(xiàn)過度沉淀的問題。

3.3 實踐操作

在實踐應(yīng)用過程中，針對縫寬達到0.2mm或長度達到0.5m的裂縫，需要對滲漏情況進行詳細檢查后，確定灌注位置和間距。結(jié)合施工范圍，需要將區(qū)域清理干凈，對表面析出物進行鑿除，然后利用磨光機打磨兩側(cè)對縫，確?；娓蓛?。完成基面清理后，以斜孔形式鉆孔，使孔沿著裂縫兩邊交錯排列，孔的距離根據(jù)縫寬確定。通常情況下，縫寬在0.2～0.3mm，孔徑為14mm時，可以將孔口與裂縫距離設(shè)置為10cm，鉆孔角達到60°以上。在保證鉆孔穿過裂縫的同時，應(yīng)使孔深與面板表面保持20cm距離。針對立面豎向裂縫或斜縫，需要按照由下自上的順序進行灌漿操作；針對近似水平的裂縫，可以從一端向另一端灌入。采用高壓灌漿工藝，在確認出漿濃度與進漿濃度接近的情況下結(jié)束灌漿。在漿液固化后，利用環(huán)氧膠泥對孔口進行修補，并完成封口處理。利用防水涂料，可以對裂縫表面進行涂刷，在涂層已經(jīng)固化，不會因灑水而流淌的情況下，可以利用霧狀凈水進行噴灑，養(yǎng)護時間為3～7d[4]。

3.4 應(yīng)用效果

從工程施工效果來看，結(jié)構(gòu)裂縫修復(fù)效果良好，后期并未出現(xiàn)結(jié)構(gòu)滲漏、裂縫等缺陷。由此可見，采用聚合物混凝土進行施工，能夠使結(jié)構(gòu)獲得較強抗壓能力，減少損壞事故的發(fā)生，有效減少大壩維修次數(shù)，繼而使水利工程使用壽命得到延長。在實踐應(yīng)用中，考慮到聚合物混凝土材料價格較高，可以將聚合物混凝土與其他材料混合使用，達到減少施工成本的目的，確保施工需求得到滿足[5]。就目前來看，聚合物混凝土在水利工程修復(fù)施工中得到了廣泛應(yīng)用，適用于水下、水上等不同環(huán)境，有效增強工程穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

綜上所述，在水利工程中應(yīng)用聚合物混凝土應(yīng)加強對材料力學(xué)性能的把握，通過合理選擇材料保證工程施工效果。在實踐應(yīng)用過程中，還要開展混凝土力學(xué)性能試驗，根據(jù)試驗結(jié)果和工程施工要求做好材料選擇，并通過加強材料控制和施工管理來保證工程施工質(zhì)量，繼而使工程能夠長久穩(wěn)定運行。