混凝土修補(bǔ)材料在水電工程中的應(yīng)用

張冠楠

（河北省石津灌區(qū)管理局，石家莊050000）

裂縫、滲漏、剝蝕是混凝土建筑物比較普遍的病害，如果不進(jìn)行妥善處理，會(huì)對(duì)水工建筑物的耐久性造成很大的危害［1］。常用的修補(bǔ)材料主要有表面嵌填堵漏材料、表面防滲材料、裂縫灌漿材料、剝蝕破壞修補(bǔ)材料、磨蝕破壞修補(bǔ)材料、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固材料、水下修補(bǔ)材料、化學(xué)侵蝕防護(hù)材料等8類。針對(duì)水電工程出現(xiàn)的裂縫、伸縮縫與施工縫滲漏等缺陷，選用的修補(bǔ)材料有環(huán)氧類漿材LPL和水溶性聚氨酯LW（裂縫灌漿材料）；SR-2塑性止水材料和聚硫建筑密封膠（嵌縫密封類材料）；氯丁橡膠板材和SR復(fù)合防滲蓋片（表面防滲片類材料）等修補(bǔ)材料。

1 裂縫灌漿材料

1.1 LPL漿材

有氧類LPL漿材通過檢測(cè)結(jié)果看出，LPL漿材6組7（8）d抗壓強(qiáng)度，除一組偏低（可能是漿材固化劑量不足所致）外，其余均滿足設(shè)計(jì)要求，且有4組超過70MPa：7（8）d抗壓彈模（1.22～2.69）GPa，5組中有2組略高于設(shè)計(jì)要求，7d抗拉彈模2.22GPa滿足設(shè)計(jì)要求；7d、14d的極限拉伸（17.71～25.74）×10-4，軸拉強(qiáng)度3.77～6.08MPa，7d、14d的枯結(jié)強(qiáng)度5.00～8.03MPa。

試驗(yàn)先將混凝土抗?jié)B試件劈開，將人造寬0.22～0.30mm縫隙，用角磨機(jī)打磨接縫，灌入LPL，13d齡期后，進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，加水壓1.6MPa，歷時(shí)12d。然后，將灌漿試件沿灌漿縫劈開，檢查是否滲水。結(jié)果表明LPL灌漿面呈干燥狀態(tài)、無滲漏痕跡，抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于W16，LPL灌漿縫抗?jié)B性能良好。

1.2 LW漿材

低強(qiáng)水溶性聚氨酯LW漿材是一種聚氨基甲酸酯類的高分子材料，其分子結(jié)構(gòu)中含有較多具有親水基團(tuán)的分子鏈段，兩端為異氰酸基團(tuán)，LW具有良好的親水性能，遇水后很快與異氰酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，漿液粘度增大，最終形成具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且不溶于水的聚合體，具有一定的強(qiáng)度和彈性。

LW漿材的粘度、凝膠時(shí)間、包水量、遇水膨脹率的檢測(cè)結(jié)果表明，LW凝膠時(shí)間和包水量都滿足設(shè)計(jì)要求，而粘度和遇水膨脹率不滿足設(shè)計(jì)要求。

LW灌材的固化特性試驗(yàn)，在邊長(zhǎng)450mm立方體混凝土試件中鉆4個(gè)孔，孔徑100mm、深250～300mm左右，預(yù)先在各個(gè)孔中注水飽和，經(jīng)16h后將孔中的水排出，并用濕布將余水吸出；孔壁呈濕潤(rùn)狀態(tài)，將LW灌入3個(gè)孔中，高250mm左右；l號(hào)孔的鄰孔4號(hào)孔注滿水，孔壁厚10mm左右，期望能有滲水入l號(hào)孔，補(bǔ)給l號(hào)孔LW漿液固化，實(shí)際因混凝土密實(shí)無水滲入，因此l號(hào)、2號(hào)孔的固化程度是相同的，即首先是LW在孔壁四周及孔口表面的漿液固化，且固化體具有彈性，在第4d用探針（Φ5mm）測(cè)得表面具有相對(duì)強(qiáng)度較高的30mm深度，而后漿液從探針插孔中冒出，此時(shí)漿液已變濃，表明4d已部分固化。經(jīng)15d時(shí)間發(fā)現(xiàn)孔中LW已全部固化。3號(hào)孔LW漿液注入后，在其表面加入3%水（未攪動(dòng)），瞬時(shí)在表面起泡反應(yīng)約1～2mm高度泡沫，第4d觀察早已固化，LW具有較強(qiáng)的彈性和韌性。LW本身通過孔內(nèi)表面濕潤(rùn)就可以固化止水。

2 嵌縫密封材料

2.1 SR-2塑性止水材料（膠泥）

SR-2塑性止水材料由丁基橡膠和有機(jī)硅等高分子材料組成，主要應(yīng)用于面板堆石壩的周邊縫和垂直縫及各種水工混凝土結(jié)構(gòu)縫、迎水面裂縫的表面止水處理。

SR-2膠泥抗?jié)B試驗(yàn)，先將抗?jié)B試件底部鋸掉10mm，然后劈開形成一條縫，再將試件底部刷干凈，涂刷基液2遍，填充膠泥厚7～8mm，一次加壓1.5MPa，穩(wěn)壓10d，混凝土無滲水現(xiàn)象，在混凝土縫隙處僅有l(wèi)8～75mm滲水高度，平均滲水高度45mm；SR-2膠泥抗?jié)B性>1.5MPa。另外，將縫隙以外的混凝土再劈開，混凝土呈干燥狀態(tài)，表明SR-2膠泥具有很高的抗?jié)B性能。

由SR-2膠泥的耐久性及其他性能檢測(cè)結(jié)果可以看出，SR-2 粘結(jié)伸長(zhǎng)率383%，滿足設(shè)計(jì)要求（250%），耐熱性（80 ℃、45°傾角、5h流淌值）3mm滿足材料性能指標(biāo)（<4mm）要求。

低溫柔性，無裂紋和剝離現(xiàn)象。其耐水性和耐堿性經(jīng)60d試驗(yàn)后觀察SR-2表面無裂紋、無變形，耐人工老化性經(jīng)1000h試驗(yàn)后觀察SR-2表面無裂紋、無變色、無粉化。

2.2 N型B類雙組分聚硫建筑密封膠

結(jié)構(gòu)止水縫滲漏處理，在II型表面封堵嵌填材料設(shè)計(jì)采用N型B類雙組分聚硫建筑密封膠?？?jié)B試驗(yàn)：將混凝士抗?jié)B試件劈成對(duì)稱的兩半，在試件鑿出20mm×40mm（寬×深）的槽，槽內(nèi)清理干凈后涂刷基液2遍（均勻不粘手），將預(yù)先配制好的密封膠嵌入槽內(nèi)，其余迎水面及試模周邊的密封，當(dāng)采用SR膠泥封堵時(shí)，發(fā)現(xiàn)與建筑密封膠結(jié)合處有SR膠泥被稀釋的明顯現(xiàn)象，抗?jié)B試驗(yàn)漏水，以后改用環(huán)氧樹脂封堵。在嵌縫完成后采用加速固化方法80 ℃、3～5h，雙組分配方A∶B=10∶1，抗?jié)B試驗(yàn)采用逐級(jí)加壓法加至1.0MPa，未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于W10。

3 表面防滲片材料

3.1 氯丁橡膠膠板

耐堿試驗(yàn)根據(jù)耐稀酸堿橡膠管HG2183—91標(biāo)準(zhǔn)，在15%的NaOH溶液中浸泡72h，取出10h后觀察外觀及測(cè)定拉伸強(qiáng)度與扯斷伸長(zhǎng)率，試驗(yàn)實(shí)際浸泡106h，其拉伸強(qiáng)度與扯斷伸長(zhǎng)率沒有降低。

氯丁橡膠試件經(jīng)過250次凍融循環(huán)，試件無裂紋、重量無變化，其拉伸強(qiáng)度為9.55MPa，拉斷伸長(zhǎng)率為550%。

3.2 SR復(fù)合蓋片

3.2.1 SR復(fù)合蓋片抗?jié)B試驗(yàn)

先將劈開（中間）的混凝土抗?jié)B試件底部磨掉厚7～8mm，吹刷干凈后涂刷2遍基液。然后將SR復(fù)合蓋片粘貼在混凝土表面，其周邊用SR-2膠泥密封，共做2個(gè)試件。一次加壓至1.5MPa水壓，恒壓240h，沒有發(fā)現(xiàn)滲水現(xiàn)象，滲水高度約50mm。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，SR復(fù)合蓋片的抗?jié)B標(biāo)號(hào)大于W15。

3.2.2 模擬壩面裂縫抗?jié)B試驗(yàn)

先將混凝土抗?jié)B試件劈開（中間），底部磨去厚10mm，在縫線兩邊切割V形槽，吹刷干凈后刷2遍基液，嵌填SR-2膠泥，再涂刷基液，粘貼120mm×120mm的SR復(fù)合蓋片，最后在盞片四周用SR-2膠泥密封。

在混凝土抗?jié)B儀上做一次加壓至1.5MPa水壓試驗(yàn)（4個(gè)試件），恒壓240h，4個(gè)試件混凝土裂縫無滲水現(xiàn)象。沿試件原裂縫劈開，有2個(gè)試件縫面沒有滲水，另2個(gè)試件縫面有滲水。滲水原因是SR復(fù)合蓋片四周個(gè)別處密封不嚴(yán)和混凝土本身滲水所致，因此對(duì)此2個(gè)試件重新進(jìn)行了密封，然后在抗?jié)B儀上做一次加壓至1.5MPa，恒壓197h，2個(gè)試件混凝土縫面均無滲水現(xiàn)象。說明用SR-2膠泥及SR蓋片處理的混凝土抗?jié)B標(biāo)號(hào)仍大于W15。

3.2.3 抗凍耐久性試驗(yàn)

（1）SR復(fù)合蓋片原材料經(jīng)過250次8 ℃～17 ℃凍融循環(huán)試驗(yàn)后，試件完整、無裂紋、柔軟性、光澤無明顯變化，說明SR復(fù)合蓋片抗凍性好。

（2）將試驗(yàn)用過的混凝土抗凍試件，切掉10mm，混凝土試件90mm×90mm×400mm，模擬混凝土標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，將試件用SR蓋片粘貼后進(jìn)行抗凍試驗(yàn)，混凝土凍融循環(huán)100次，相對(duì)動(dòng)彈模數(shù)73.7%，混凝土凍融循環(huán)250次，相對(duì)動(dòng)彈模數(shù)76.2%，說明SR蓋片對(duì)于混凝土抗凍耐久性有一定的保護(hù)作用。

4 結(jié)語

（1）LPL漿材抗壓強(qiáng)度高（50.1～92.5MPa）、抗壓彈模低（1.22～2.69GPa）、粘結(jié)強(qiáng)度高（>5MPa）、軸拉強(qiáng)度較高（3.77～6.08MPa），基本滿足設(shè)計(jì)要求。

（2）LW漿材固化特性試驗(yàn)表明，對(duì)內(nèi)徑100mm的大孔中灌注250mm深的LW漿材（孔壁濕潤(rùn)），在表面加3%水的（未攪動(dòng)）4d全部固化；在表面未加水的15d也能全部固化。LW的包水量檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，而粘度、凝結(jié)時(shí)間和遇水膨脹率檢測(cè)結(jié)果都不滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）SR-2膠泥抗?jié)B性和粘結(jié)伸長(zhǎng)率均滿足設(shè)計(jì)要求，經(jīng)60d耐水性和耐堿性試驗(yàn)觀察SR-2表面無裂紋、無變形，經(jīng)1000h耐人工老化性試驗(yàn)后觀察SR-2表面無裂紋、無變色、無粉化。拉伸粘度性檢測(cè)結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求，一次加壓1.5MPa、穩(wěn)壓10d不滲水，抗?jié)B性高。

（4）N型B類雙組分聚硫建筑密封膠性能檢測(cè)結(jié)果均滿足產(chǎn)品技術(shù)指標(biāo)的要求。

（5）氯丁橡膠板的厚度稍厚外，拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、熱空氣老化等性能檢測(cè)結(jié)果都滿足設(shè)計(jì)要求。

（6）SR復(fù)合蓋片抗?jié)B性大于1.5MPa，模擬大壩上游面裂縫處理抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果表明，在1.5MPa水壓恒240h，混凝土裂縫表面無滲水現(xiàn)象。對(duì)產(chǎn)品本身質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明，其厚度與橫向抗拉強(qiáng)度達(dá)到產(chǎn)品性能指標(biāo)，而縱向拉伸強(qiáng)度和縱、橫向撕裂強(qiáng)度未達(dá)到產(chǎn)品性能指標(biāo)，這可能是由于試件制備不規(guī)范而導(dǎo)致結(jié)果有偏差。

［1］葉姣鳳，馮利邦，張粉芹，等.混凝土修補(bǔ)用環(huán)氧樹脂的抗凍融性能研究［J］.非金屬礦，2011，34（4）.

［2］李偉，馮春花，李東旭.水工混凝土結(jié)構(gòu)裂紋修補(bǔ)加固材料的研究進(jìn)展［J］.材料導(dǎo)報(bào)，2012，26（7）.

［3］金瑞浩.化學(xué)灌漿在面板裂縫處理中的應(yīng)用［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2000（6）.

［4］王慶富，宗成中.TPI改性氯丁橡膠的性能研究［J］.世界橡膠工業(yè)，2009（9）.

［5］李玉琳，廉慧海.合成行維用于混凝土防裂和抗?jié)B的研究［J］.新型建筑材料，2000（10）.