環(huán)氧材料在毛爾蓋水電站引水隧洞混凝土缺陷修補(bǔ)中的應(yīng)用

杜 關(guān)，陶益民

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 610072)

1 前 言

毛爾蓋電站引水隧洞為有壓隧洞，全長16.3km。隧洞進(jìn)口底板高程2 045.00m，末端調(diào)壓井底板高程為2 015.00m;引水隧洞縱坡1.859‰，引用流量為219m3/s，最大流速為3.77m/s;引水隧洞沿線最大內(nèi)水壓力為168m水頭。隧洞斷面型式為圓形，內(nèi)徑為8.60m，采用全斷面C25鋼筋混凝土襯砌。引水系統(tǒng)具有長引水隧洞、中高水頭、大流量的特點。

引水隧洞布置于黑水河左岸山體內(nèi)，圍巖巖性為砂巖與千枚巖互層。巖體破碎，以弱風(fēng)化、強(qiáng)卸荷為主，約70%的洞段為Ⅳ、Ⅴ類圍巖。由于山體巖層含大量千枚巖，對防止內(nèi)水外滲的要求較高。

2011年7月19日引水隧洞混凝土襯砌全部完成，隨即建設(shè)各方對混凝土外觀質(zhì)量進(jìn)行詳細(xì)排查，發(fā)現(xiàn)存在的混凝土施工質(zhì)量缺陷主要包括蜂窩(漏振、欠振、酥松)、麻面(表面缺漿粗糙，或有許多小凹坑)、混凝土表面透筋(俗稱肋巴骨)、錯臺、坑槽、半洞襯砌法所形成的水平施工縫等。上述混凝土質(zhì)量缺陷的修補(bǔ)均應(yīng)用環(huán)氧材料，修補(bǔ)效果良好。

2 引水隧洞混凝土缺陷修補(bǔ)方案

引水隧洞混凝土缺陷修補(bǔ)的主要思路是鑿除強(qiáng)度過低的混凝土，覆蓋強(qiáng)度滿足要求的環(huán)氧材料，保證覆蓋后的環(huán)氧材料能與原混凝土緊密結(jié)合，并具有高強(qiáng)、抗沖、耐磨等特性。采用的缺陷修補(bǔ)方案如下:

2.1 蜂 窩

(1)首先使用切割機(jī)將蜂窩涉及范圍的邊緣切割成多邊形(注意保持切口的整齊)，如果切口之下混凝土呈疏松狀則繼續(xù)擴(kuò)大切口范圍。

(2)再采用人工或風(fēng)鎬鑿除疏松的混凝土，直到露出密實的混凝土。若深及鋼筋，則鑿?fù)谏疃缺仨毘^鋼筋5cm，并將鋼筋上粘接的混凝土清理干凈。

(3)根據(jù)鑿深選擇修補(bǔ)材料。若鑿深未透過鋼筋，使用環(huán)氧砂漿;當(dāng)鑿深透過鋼筋，使用C30細(xì)石混凝土進(jìn)行填充，表面預(yù)留2cm用環(huán)氧砂漿填補(bǔ)。

(4)需要修補(bǔ)的混凝土面應(yīng)清洗干凈。采用細(xì)石混凝土，修補(bǔ)面應(yīng)濕潤;如采用環(huán)氧砂漿，修補(bǔ)面則應(yīng)干燥，必要時用噴燈烘干，并仔細(xì)將所有鑿?fù)诿嬗绕涫乔锌谶吘墸鶆蛲克h(huán)氧基液。

(5)將環(huán)氧砂漿表面壓實抹光。

除蜂窩外，還有漏振、欠振、酥松等也照此修補(bǔ)方案處理。

2.2 麻 面

(1)使用角模機(jī)(金剛磨盤)在混凝土表面打磨，若打磨后表面足夠光滑，則不做處理。

(2)打磨后表面如果不光滑，則清洗干凈，干燥后用環(huán)氧膠泥均勻抹平。

2.3 混凝土表面透筋

(1)一般情況(可透視鋼筋網(wǎng)絡(luò)，但表面平整)，采取表面清洗干凈，然后用噴燈烘干，再涂刮環(huán)氧膠泥，遍數(shù)以看不到肋巴骨為準(zhǔn)。

(2)情況嚴(yán)重(內(nèi)里鋼筋已經(jīng)銹蝕，導(dǎo)致混凝土表面脹裂滲水)的，則采取鑿除開裂的混凝土，深度達(dá)到透過鋼筋2cm，再用水清洗干凈并烘干，最后用環(huán)氧砂漿填充并壓實。

2.4 錯 臺

(1)混凝土錯臺凸起高度小于或等于2cm時，使用角模機(jī)(金剛磨盤)將凸起棱角磨除，使相鄰面連接平順即可。

(2)錯臺相對高度大于2cm時，應(yīng)使用人工或風(fēng)鎬鑿除錯臺，鑿除應(yīng)注意與相鄰混凝土面的平順連接，建議坡比緩于1∶10。

(3)打磨或鑿除工作完成后，將表面清洗干凈。

(4)如果打磨表面光滑，則不做處理;如果打磨表面不光滑，則用環(huán)氧膠泥均勻抹平。

2.5 坑 槽

(1)不可直接填充混凝土或環(huán)氧砂漿，而是將坑槽區(qū)域邊緣切割成多邊形，注意保持切口的整齊。

(2)若坑槽內(nèi)混凝土密實，則將表面鑿毛;若坑槽內(nèi)混凝土疏松，則深挖至密實的混凝土。若深及鋼筋時，則鑿?fù)谏疃缺仨毘^鋼筋5cm，并將鋼筋上粘接的混凝土清理干凈。

(3)根據(jù)鑿深選擇修補(bǔ)材料。若鑿深未透過鋼筋，使用環(huán)氧砂漿;當(dāng)鑿深透過鋼筋，使用C30細(xì)石混凝土進(jìn)行填充，表面預(yù)留2cm用環(huán)氧砂漿填補(bǔ)。

(4)需要修補(bǔ)的混凝土面應(yīng)清洗干凈。如采用細(xì)石混凝土，修補(bǔ)面應(yīng)濕潤;如采用環(huán)氧砂漿，修補(bǔ)面則應(yīng)干燥，必要時用噴燈烘干，并仔細(xì)將所有鑿?fù)诿嬗绕涫乔锌谶吘?，均勻涂刷環(huán)氧基液。

(5)將環(huán)氧沙漿表面壓實抹光。

2.6 混凝土半洞襯砌法所形成的水平施工縫

(1)縱縫開口:之前縱縫不論是否填抹，均必須對接縫一線重新開口。具體參數(shù)為:鑿成U形槽，縫口寬度、深度不限，但均不得小于10cm，直至密實混凝土。

(2)為使環(huán)氧砂漿與縫面有效結(jié)合，在縫內(nèi)設(shè)置φ12螺紋插筋，L=50cm，低于混凝土表面3cm，間距20cm，采用藥卷固定或打膨脹螺釘(根據(jù)現(xiàn)場實驗確定最佳方案)。目的是為了降低下一步環(huán)氧砂漿填充后進(jìn)行灌漿時外水壓力對其造成破壞，也對以后在內(nèi)水壓力下環(huán)氧砂漿可起到一定的抗拉作用。

(3)為防止止水帶和環(huán)氧砂漿之間產(chǎn)生空隙，保證混凝土、環(huán)氧砂漿及巖石的整體性，施工縱縫內(nèi)全部預(yù)埋灌漿鋼管，部分應(yīng)設(shè)置成花管，2m間距，管長50cm。

(4)U形槽內(nèi)采用環(huán)氧砂漿充填，并按照相關(guān)要求進(jìn)行試驗，滿足質(zhì)量要求后方可進(jìn)行下道工序施工(基液+環(huán)氧砂漿)。

(5)在環(huán)氧砂漿工序完成至少達(dá)7d強(qiáng)度后，方可進(jìn)行接縫灌漿，直接采用0.5∶1水泥漿，接縫灌漿壓力不應(yīng)大于回填灌漿壓力。檢查標(biāo)準(zhǔn)為不吸漿，否則須補(bǔ)灌直至不吸漿為止。

(6)兩條縱縫處圍巖加固灌漿:在設(shè)計固結(jié)灌漿參數(shù)不變基礎(chǔ)上，再在縱縫上下兩側(cè)各增加1排圍巖加固灌漿孔，下排距縫30cm、上排距縫50cm分別鉆圍巖加固灌漿孔，孔深2.8m(含混凝土厚度)，水平孔間距3m，梅花形布置。圍巖加固灌漿須在該段接縫灌漿完成7d后方可進(jìn)行。灌漿壓力同該段設(shè)計固結(jié)灌漿壓力，質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)為透水率不大于3Lu。

(7)灌漿順序:先封閉縱縫，然后接縫灌漿，再按照原隧洞設(shè)計進(jìn)行固結(jié)灌漿，最后加強(qiáng)固結(jié)灌漿。

3 環(huán)氧材料的選擇及主要技術(shù)指標(biāo)要求

設(shè)計單位提出了引水隧洞混凝土缺陷修補(bǔ)所用的環(huán)氧材料的兩個重要指標(biāo):28d抗壓強(qiáng)度fEP≥60MPa，28d 粘接強(qiáng)度 fnj＞2.5MPa。

經(jīng)過比較和國內(nèi)水電工程的實踐，毛爾蓋水電站工程最終選用中國水利水電第十一工程局自行研發(fā)、生產(chǎn)的NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿和NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥，進(jìn)行引水隧洞混凝土缺陷的修補(bǔ)。

NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿和NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥都是以改性環(huán)氧樹脂、新型固化劑及特種添加料等為基料而制成的高強(qiáng)度、抗沖蝕耐磨損的新型修補(bǔ)材料。它具有良好的力學(xué)性能和抗沖磨性能，與混凝土粘接牢固，耐久性能好。經(jīng)過中國水電建設(shè)集團(tuán)公司組織的科技成果鑒定，NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿由A組分和B組分拌制而成，A組分含環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑、脫粘劑、填料及少量增韌劑，B組分含增韌劑和固化劑，其比例為A∶B=15∶1。NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥也是由A組份和B組分拌制而成，其比例為A∶B=2∶1。在環(huán)氧膠泥中可以加入水泥，所加水泥量應(yīng)不大于膠泥重量的30%，一般以10% ～15%為宜。

NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿和NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥具有以下特點:

(1)良好的觸變性能。靜置狀態(tài)下材料因三維網(wǎng)絡(luò)的存在而呈不易流動的凝膠態(tài)，即使涂抹在頂部或側(cè)面等凹槽、孔洞內(nèi)也不會產(chǎn)生變形、流掛等現(xiàn)象，易于保證施工質(zhì)量;當(dāng)受到攪拌、擠壓等剪力作用時，體系的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)遭到破壞呈良好流動性流變態(tài)，易于施工操作。

(2)良好的自流平性。施工中產(chǎn)生的縮孔、刮痕等缺陷在其固化過程中能夠自動愈合，易于保證施工質(zhì)量。

(3)與混凝土良好的匹配性。具有較低的彈性模量和良好的柔韌性，能夠提高固化體系的抗沖擊性能，抵御外力引起的變形，不易脆性破壞。

(4)無毒、無污染。國家建筑材料測試中心對NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿和NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥按室內(nèi)裝修材料測試方法進(jìn)行毒性試驗，結(jié)果表明:各項主要毒性成分的含量均遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的合格值。

(5)適用條件廣泛。NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿和NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥為系列化產(chǎn)品，能夠適合于干燥面、潮濕面以及低溫環(huán)境等不同施工條件的需要。

(6)力學(xué)性能優(yōu)良。與混凝土粘結(jié)牢固，不易在粘結(jié)面開裂。

4 環(huán)氧砂漿及環(huán)氧膠泥施工方法及工藝流程

在施工方法及工藝流程上，主要有4個步驟:

(1)基面處理:對混凝土基礎(chǔ)表面進(jìn)行處理，清除基面上的乳皮、水泥凈漿表層或松動顆粒等，使表面外露新鮮骨料，再用高壓水或高壓風(fēng)清除表面沙粒、粉塵。

(2)環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥的拌制:按給定比例分別稱量A、B組分。環(huán)氧砂漿采用轉(zhuǎn)速不大于300r/min的專用基液攪拌器攪拌，環(huán)氧膠泥采用廣口容器混合攪拌，拌和至顏色均勻后即可使用。環(huán)氧膠泥中可以加入水泥，水泥加量應(yīng)不大于膠泥重量的30%，一般以10% ～15%為宜。

(3)環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥的涂刷:環(huán)氧砂漿的涂刷，首先涂刷基液，在處理好的混凝土基面上用毛刷均勻地涂刷薄層底層基液，盡可能做到薄而均勻、不流淌、不漏刷。待基液初凝(表面不流動，指觸拉絲)時，用抹刀涂抹環(huán)氧砂漿，涂抹時要邊壓實邊抹光。環(huán)氧膠泥的涂抹分三個步驟:第一步打底。使用三角鏟或小型抹刀把施工面上的氣孔、麻面用環(huán)氧膠泥填滿。第二步找平。打底完成后即可使用刮刀涂抹第一層環(huán)氧膠泥，把施工表面找平。第三步罩面。待第一層的環(huán)氧膠泥基本固化時(施工后約4～24h)，用刮刀刮抹第二層環(huán)氧膠泥，要求薄而均勻，并且刮抹好的施工層表面要平整、光滑、無施工涂抹搭縫及劃痕等。

(4)養(yǎng)護(hù):環(huán)氧砂漿在施工完成后的3d內(nèi)，環(huán)氧膠泥在施工完成后的24h內(nèi)，避免被水浸、人踏、車壓以及受到其它外力的撞擊、劃擦等。

環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥施工工藝流程見圖1、2。

圖1 環(huán)氧砂漿施工工藝流程

圖2 環(huán)氧膠泥施工工藝流程

5 施工質(zhì)量檢測

根據(jù)合同條款、設(shè)計要求和DL/T5193－2004《環(huán)氧樹脂砂漿技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定及要求，重點對NE－Ⅱ型環(huán)氧砂漿和NE－Ⅲ型環(huán)氧膠泥進(jìn)行28d抗壓強(qiáng)度和28d粘接強(qiáng)度的試驗檢測。

抗壓強(qiáng)度fEP檢測:施工期間應(yīng)對到場的每批次環(huán)氧砂漿原材料進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗。環(huán)氧砂漿共抽檢25組，環(huán)氧膠泥共抽檢20組，檢測結(jié)果見表1。

從表1可以看出，環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥試件的各組檢測數(shù)據(jù)抗壓強(qiáng)度均大幅超過了設(shè)計要求的60MPa的標(biāo)準(zhǔn)，說明環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥抗壓效果良好，能夠承受引水隧洞的高水頭壓力。

粘結(jié)強(qiáng)度fnj檢測:環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥由于在現(xiàn)場不易進(jìn)行拉拔試驗，采取外送方式委托水電五局中心試驗室進(jìn)行檢測。試驗檢測均采用與C50混凝土粘接拉拔試驗，檢測情況統(tǒng)計見表2。

表1 環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥28d抗壓強(qiáng)度試驗統(tǒng)計

表2 環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥28d粘結(jié)強(qiáng)度試驗抽檢統(tǒng)計

從表2看出，環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥的各組檢測的粘接強(qiáng)度均大幅超過了設(shè)計要求的2.5MPa的標(biāo)準(zhǔn)，說明環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥與混凝土面的粘結(jié)情況是良好的。

6 應(yīng)用效果

2011年9月30日毛爾蓋水電站引水隧洞混凝土缺陷修補(bǔ)施工全部完成，2011年10月11日建設(shè)各方完成對引水隧洞混凝土缺陷修補(bǔ)聯(lián)合驗收。從施工工序、工藝流程及質(zhì)量控制、試驗檢測情況看，環(huán)氧砂漿和環(huán)氧膠泥的施工質(zhì)量滿足設(shè)計和技術(shù)規(guī)程要求。2011年10月16日毛爾蓋水電站開始充水發(fā)電，引水隧洞運行至今未見任何異常。