劉 超，尚昊博，呂能武，李子奇

（1. 西安黑河供水有限公司金盆水庫分公司,陜西 周至 710401；2. 中國電建集團西北勘測設(shè)計研究院有限公司,陜西 西安 710065）

0 前言

西安黑河金盆水庫位于陜西省黑河峪口,是一座以城市供水為主,兼有農(nóng)灌、發(fā)電、防洪等綜合利用的大（Ⅱ）型水利工程。在巡查過程中發(fā)現(xiàn),水庫泄洪洞、溢洪洞在多年的泄洪排水作用下出現(xiàn)了嚴重的沖蝕磨損破壞問題,多個部位出現(xiàn)缺陷破損,其中裙板混凝土沖蝕嚴重,導(dǎo)致鋼筋長時間暴露腐蝕嚴重,此外,損毀裙板周圍青苔滋生以致混凝土松脆。為此,需要對上述損毀部位進行修補處理。

目前,水庫混凝土破損的主要修補材料為：無機與有機類材料、無機-有機復(fù)合類材料[1]。無機類修補材料主要是指普通硅酸鹽水泥混凝土等修補材料,其優(yōu)點是材料成本低廉,修復(fù)后與原混凝土性能接近,但其缺點是收縮大,容易導(dǎo)致新老材料出現(xiàn)開裂,養(yǎng)護時間較長,影響正常水庫通水,且養(yǎng)護一段時間后修復(fù)處會出現(xiàn)新的裂痕,耐久性較差[2]。有機類修補材料主要是指甲基丙烯酸甲酯、吠喃樹脂、不飽和聚酯等修補材料,由于有機聚合物的彈性模量和熱膨脹系數(shù)等屬性與無機水泥混凝土相差較大,一段時間后會出現(xiàn)有機修補材料從基材表面脫落的情況。此外,高成本制約了其廣泛應(yīng)用[3]。

有機-無機復(fù)合修補材料主要是以無機料為主、有機料為輔形成的環(huán)氧砂漿類路面修補材料,其在一般混凝土摻料中,加入有機物單體或短鏈聚合物,澆筑后經(jīng)養(yǎng)護和聚合而成。這種由水泥混凝土和有機高分子材料有效結(jié)合的復(fù)合材料的性能明顯優(yōu)于一般混凝土,其具有普通混凝土與高分子聚合物的雙重優(yōu)點,且制作工藝簡便并易于實現(xiàn)。由于高分子聚合物的加入,聚合物水泥混凝土改進了傳統(tǒng)混凝土的抗壓與抗拉強度、表面耐磨、材質(zhì)耐蝕、內(nèi)部抗?jié)B、抗沖擊等性能,并改善了混凝土的使用壽命,可應(yīng)用于現(xiàn)場灌筑建筑物、路面及水工方面修補,混凝土貯藏容器的抗腐蝕程度,新老混凝土的粘結(jié)力度以及其他特殊用途的預(yù)制品[4-5]。

針對裙板部位的損毀情況,破損部位需要進行全面修復(fù),根據(jù)以往裙板修復(fù)項目的效果以及反饋來講,運用環(huán)氧砂漿修補材料可達預(yù)期目的,且成本低廉。

1 環(huán)氧砂漿的結(jié)構(gòu)及作用機理

1.1 環(huán)氧樹脂的作用與結(jié)構(gòu)

混凝土的粘結(jié)材料種類豐富,其中在修補中最常用的、效果優(yōu)良的就是環(huán)氧樹脂類有機材料。環(huán)氧樹脂修補材料如環(huán)氧膠液、環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土等[6-7]。環(huán)氧砂漿在修復(fù)工程中被廣泛應(yīng)用,其主要原因為混凝土的老化、發(fā)霉、腐蝕、開裂等,環(huán)氧樹脂主要成分為某種樹脂與固化劑構(gòu)成,樹脂為一種熱固性樹脂。其具有良好的抗壓機械性、防電絕緣性、耐酸堿腐蝕性、耐高溫以及良好的粘貼性。環(huán)氧樹脂具有良好的性能,在水利水電工程中能作為目前廣泛運用的修補劑之一。將環(huán)氧樹脂用于水利工程修補的混凝土結(jié)構(gòu)中,因其粘接性能良好,并且能夠增強混凝土的穩(wěn)固性[8]。具有環(huán)氧基團的高分子化合物均可稱為環(huán)氧樹脂, 環(huán)氧基團為—CH（O）CH—,其特點是反應(yīng)性強、熱固性強,其可以開環(huán)聚合（-C-O-C-三個原子以三角閉環(huán)形式化學(xué)鍵相互連接,發(fā)生反應(yīng)時,O 原子與其中一個C 原子間的化學(xué)鍵發(fā)生斷裂,由反應(yīng)環(huán)境的酸堿性決定O 原子與某一個C 原子的化學(xué)鍵斷裂,從而形成可與其他化合物發(fā)生反應(yīng)的電子云結(jié)構(gòu),并迅速發(fā)生反應(yīng)）或與其他有機物發(fā)生加成反應(yīng)后分子鏈增加?？尚纬砷L鏈線性化合物,含兩個以上的環(huán)氧基與多官能團有機物反應(yīng)之后生成具有交織結(jié)構(gòu)的固化物,為三維網(wǎng)狀形態(tài),環(huán)氧樹脂是一種應(yīng)用性很廣的熱固性樹脂。其分子結(jié)構(gòu)見圖1[9]。

圖1 環(huán)氧樹脂分子式

1.2 固化劑的作用與機理

固化劑為一種可以使環(huán)氧基與環(huán)氧基之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的粘合劑。固化劑的大類分為顯在型和潛伏型,顯在型固化劑即普通常用的固化劑；潛伏型固化劑,則是與環(huán)氧樹脂以配合的形式在一定溫度下長期貯存穩(wěn)定,一旦收到外界因素的影響,如溫度、濕度、光線等因素,則會發(fā)生固化反應(yīng)。潛伏性固化劑基本上是用物理和化學(xué)方法封閉其固化劑活性[10-12]。反應(yīng)后使得分子與分子之間形成多種線性有機化合物分子鏈,從而讓原有的環(huán)氧樹脂從線性片段變?yōu)榱Ⅲw網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),為熱固性材料,其反應(yīng)后最終使得所有基團以一種固結(jié)體的形式存在,從而增加了樹脂的抗壓、防絕緣、耐腐蝕、耐高溫性能等。

1.3 抗沖磨型環(huán)氧砂漿的介紹

抗沖磨型環(huán)氧砂漿是環(huán)氧樹脂、環(huán)保型活性稀釋劑和親水性脂肪族胺類復(fù)合固化劑、粗顆粒耐磨無機填料（石英砂、金剛砂、鑄石粉等）、抗紫外線填料助劑等組成的新型高分子合金材料。它具有力學(xué)性能好、抗沖磨性能好,耐候性好、對潮濕不敏感、抗凍性能好等優(yōu)點,推薦用于混凝土面的抗沖磨保護處理、蜂窩麻面等缺陷處理,也可用于混凝結(jié)構(gòu)補強處理。通過大量實驗表明,其具有力學(xué)性能好,粘結(jié)力強,抗沖磨效果優(yōu)異,適應(yīng)性好,抗老化性能優(yōu)良,耐久性好,高固含量,氣味小,對環(huán)境友好,比例包裝、施工、拌合工藝簡便等特點,其性能指標見表1。

表1 環(huán)氧砂漿性能指標

2 環(huán)氧砂漿修復(fù)裙板的工藝與流程

泄洪洞出口裙板在多年的泄洪排水作用下出現(xiàn)了嚴重的沖蝕磨損破壞問題,整體裙板的混凝土表層都出現(xiàn)了不同程度沖蝕破壞,且表面粗骨料裸露情況嚴重,最大的沖坑深度約為5 cm,部分區(qū)域的混凝土保護層已剝落,鋼筋完全暴露出來,并出現(xiàn)明顯的銹蝕。本次的裙板修復(fù),采用環(huán)氧砂漿回填施工,是一種性價比較高、且易于實現(xiàn)的工藝。

2.1 修復(fù)工藝

針對以上問題,填筑環(huán)氧砂漿法修補泄洪洞出口裙板可最大程度防止裙板以及鋼筋的再次破損。

泄洪洞出口裙板混凝土破損嚴重,但混凝土破壞深度未超過5 cm,本次修復(fù)采用環(huán)氧砂漿法進行修復(fù)處理。施工前應(yīng)先將混凝土基面覆蓋的松散附著物完全鑿除,露出新鮮的混凝土基面,在潔凈的混凝土基面上分塊回填環(huán)氧砂漿,并養(yǎng)護至規(guī)定齡期。

2.2 修復(fù)流程

該區(qū)域修復(fù)施工方案主要流程見圖2。

圖2 主要流程圖

圖3 環(huán)氧砂漿修復(fù)裙板施工圖

具體工藝流程如下：

（1）搭建防護腳手架

由于該處理區(qū)域底部存在一個深水基坑,在施工前,應(yīng)先在裙板下部邊緣采用腳手架搭建防護欄桿,并在施工過程中,配備救生衣。

（2）排水導(dǎo)流

施工前,應(yīng)在泄洪洞排水口設(shè)置小圍堰,將裙板區(qū)域的流水進行導(dǎo)流,保證裙板處于干地施工狀態(tài)。

（3）混凝土鑿除、清理

在進行修復(fù)前應(yīng)先將混凝土表面的老化混凝土、原混凝土表面附著物以及完全暴露的粗骨料進行鑿除和打磨,露出新鮮的混凝土基面,并清除暴露的鋼筋周圍的混凝土,使鋼筋完全暴露出來,在混凝土鑿除后需對鑿除的表面進行及時的清理,保持混凝土面潔凈無浮塵。

（4）環(huán)氧混凝土填筑

把按規(guī)定配比拌制均勻的環(huán)氧砂漿直接填筑到涂刷過界面劑的混凝土基面上,由于鑿除部位厚度不超過3 cm,環(huán)氧砂漿可一次性填充滿,然后用木榔頭砸實,至表面泛漿后抹平。填筑時應(yīng)采用鋼板尺等工具確保填充環(huán)氧砂漿與周圍混凝土的平順過度,避免出現(xiàn)錯臺、凸起和凹陷。

由于該處理區(qū)域長期暴露在陽光下, 為降低環(huán)氧砂漿的老化速度, 提高施工質(zhì)量, 延長砂漿使用壽命, 在硬化后的環(huán)氧砂漿表面涂覆一層2 mm～3 mm 的聚脲涂層, 涂刷時應(yīng)注意涂層涂刷的均勻程度, 各部位盡量保持厚度一致。

（5）聚脲彈性體封閉

聚脲材料施工前需對作業(yè)面進行高壓氣體吹掃或笤帚清理干凈。待環(huán)氧砂漿完全硬化后,對修補的部位采用聚脲彈性體材料進行封閉性涂刷,涂刷2 遍,在涂刷過程中確保聚脲涂刷均勻平整并保證涂層與環(huán)氧砂漿接觸面壓實,不能出現(xiàn)氣泡或雜物之類出現(xiàn)在涂層內(nèi),同時避免出現(xiàn)漏涂,孔洞等現(xiàn)象,涂刷完畢后注意隔離養(yǎng)護。

（6）養(yǎng)護

施工完成后,應(yīng)立刻對該區(qū)域進行養(yǎng)護,養(yǎng)護期間應(yīng)避免該區(qū)域受到擾動,并嚴禁淋雨。

環(huán)氧類修補材料一般為干硬性修補材料,對原結(jié)構(gòu)材料基面浸潤性較低或無潤濕性。施工過程中在基面涂抹一薄層修補用的界面劑,以增加環(huán)氧修補材料與修補基面的粘接強度。涂刷界面劑時,應(yīng)注意掌握涂刷界面劑的時間,涂刷時間應(yīng)在對混凝土基面加熱后,在混凝土基面不小于45℃的條件下進行涂刷,涂層力求薄而均勻,凹凸不平難于涂刷的地方,應(yīng)反復(fù)多刷幾次,界面劑厚度以不超過1 mm 為宜。涂刷后須間隔一定時間,界面劑中的氣泡消除后并在初凝前（用手觸摸有顯著的拉絲現(xiàn)象時）填筑環(huán)氧砂漿。

3 效果評價

環(huán)氧砂漿法修復(fù)水庫裙板解決了裙板的混凝土腐蝕、沖蝕磨損、鋼筋生銹等問題,通過環(huán)氧砂漿法對裙板進行修復(fù)后,裙板的外觀以及抗外界損壞能力大大提升。

通過現(xiàn)場結(jié)構(gòu)檢測,得出結(jié)論：

1）運用環(huán)氧砂漿材料修補裙板可使得裙板較混凝土材料抗沖耐磨能力與抗壓強度明顯增加；

2）且施工速度便利、快捷、工期短、維修費用低；

3）養(yǎng)護結(jié)束后,采用分取試塊的形式對普通混凝土與環(huán)氧砂漿回填后的混凝土表面進行壓力測試,結(jié)論為環(huán)氧砂漿的強度為70 MPa,是一般混凝土強度的3～5 倍。

4 結(jié)論

通過對環(huán)氧砂漿法修復(fù)水庫裙板的工藝流程的論述,可以得出運用環(huán)氧砂漿材料修補法作為目前混凝土修復(fù)的主要工藝方法,其具有性價比高等特點。首先,環(huán)氧樹脂的結(jié)構(gòu)決定了其材料具有耐腐蝕、高溫、絕緣、易于粘結(jié)等特點,且與固化劑結(jié)合后以高分子網(wǎng)狀形式存在,使得其結(jié)構(gòu)特點更為明顯,使得修補后的裙板不易被腐蝕與損壞。其次,在裙板的修復(fù)工藝流程搭腳手架、排水導(dǎo)流、混凝土鑿除與清理、環(huán)氧砂漿回填施工、養(yǎng)護所需人力物力較少,成本低廉。故由此可以得出環(huán)氧砂漿法修復(fù)裙板是一種易于實現(xiàn)、易于節(jié)省成本的工藝,且多種環(huán)氧砂漿材料如HK-UW-3 抗沖磨型環(huán)氧砂漿具有環(huán)保、實用等特點,也符合國家綠色環(huán)保施工的理念。