淺談SPC聚合物砂漿在凍融剝蝕破壞混凝土修復中的應(yīng)用

龐月珍

（呂梁市文峪河水利管理局 山西文水03210 0）

1 基本概況

文峪河是汾河的主要支流之一，發(fā)源于關(guān)帝山，從北向南貫通交城、文水、汾陽、孝義等縣市，于孝義市梧桐鄉(xiāng)南姚村東匯入汾河，全長158.6km，流域面積4242km2。

文峪河渠首閘位于文峪河水庫大壩下游約1500 m，北峪口村西側(cè)文峪河河谷上，主要建筑包括水閘、消力池、防洪堤等。本閘為中型閘，建筑物等級為Ⅲ等3級，渠首閘設(shè)計泄洪流量300 m3/s，最大泄洪流量450 m3/s。該閘1974年5月開工興建，1976年12月通過驗收正式投入運行。

古賢閘位于汾陽市古賢莊村北約200 m處，文峪河河道樁號26+200處。水閘樞紐主要包括節(jié)制閘、分洪閘、五支渠進水閘、七支渠進水閘及管理房。本閘為中型閘，建筑物等級為Ⅲ等3級，古賢閘設(shè)計泄洪流量155m3/s，最大泄洪流量220 m3/s。該閘1977年8月開工興建，1978年10月通過驗收正式投入運行。

這兩個閘投入運行以來，由于缺乏維修改造資金，長期運行，年久失修，存在運行隱患，為確保該水閘能安全、正常運行，2008年10月進行了渠首閘、古賢閘的安全鑒定。根據(jù)水閘鑒定報告，兩個水閘閘室主體混凝土剝蝕、碳化嚴重，強度下降，閘墩、橋墩被洪水侵蝕明顯，表面剝落、裂縫，局部鋼筋外露銹蝕，混凝土結(jié)構(gòu)的整體性遭到破壞。

2 混凝土凍融剝蝕破壞的形成及原因分析

經(jīng)檢測，主要病害是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土凍融剝蝕、碳化。閘室底板、閘墩及橋墩混凝土面層都存在不同程度的凍融剝蝕，局部混凝土破損、剝落，鋼筋外露。

水工建筑物混凝土的凍融剝蝕、沖磨和空蝕、鋼筋銹蝕水質(zhì)侵蝕、風化剝蝕以及堿骨料反應(yīng)等外觀缺陷統(tǒng)稱為剝蝕破壞，其中以凍融剝蝕破壞最易發(fā)生，且破壞性較大。引起凍融剝蝕的因素主要有混凝土的抗凍性能、飽和程度、氣溫冷熱交替及年最低氣溫等。

2.1 凍融剝蝕的發(fā)生

1）抗凍指標低致使混凝土不能很好抵抗內(nèi)部凍脹應(yīng)力。據(jù)有關(guān)資料顯示，混凝土含水量不小于臨界值91.7%，或與水接觸后，水完全結(jié)冰時可有9%左右的體積膨脹，從而使混凝土受到很大的內(nèi)部破壞力。由于閘墩混凝土多處于飽和狀態(tài)，在冬季日夜氣溫頻繁交替的情況下，極易產(chǎn)生凍融破壞，從而使混凝土表層剝蝕而逐漸脫落。

2）正負氣溫的交替使混凝土毛細孔水發(fā)生反復循環(huán)的凍結(jié)和融化，導致混凝土內(nèi)部逐漸產(chǎn)生破壞。凍融剝蝕從混凝土表面開始層層脫落。剝蝕層厚度隨溫差而增大，年凍融循環(huán)次數(shù)越多，凍融剝蝕的破壞越快，渠首閘、古賢閘向陽面受日光照射，冬季凍融次數(shù)多，凍融破壞程度也較陰面嚴重。

3）渠首閘、古賢閘凍融破壞部位主要是閘墩、橋墩的水位變化區(qū)域和被滲漏水、地下滲流水、天然降水飽和的閘底板等。

4）凍融破壞的表現(xiàn)形式

（1）表層疏松剝落

渠首閘和古賢閘的混凝土橋墩、閘墩長期浸水區(qū)表面起毛，進而逐層剝落，導致骨料裸露和脫落。隨著使用年限的增長，對于較薄的混凝土構(gòu)件，可能發(fā)生整個斷面崩解疏松的現(xiàn)象。

（2）冰凍產(chǎn)生裂縫

當混凝土中骨料的吸水率較大時，由于吸水飽和的骨料受凍膨脹爆裂，當凍脹骨料位于混凝土表面區(qū)時，會使混凝土表面局部產(chǎn)生脹突現(xiàn)象而產(chǎn)生裂縫。裂縫的產(chǎn)生進一步引發(fā)構(gòu)件混凝土的剝蝕、脫落現(xiàn)象。

2.2 發(fā)生凍融破壞的原因分析

根據(jù)該水閘閘墩、橋墩混凝土遭受凍融破壞成因分析，可歸結(jié)為以下幾個方面：

（1）混凝土的設(shè)計抗凍標號偏低或不具備抗凍性。由于該水閘建于上世紀70年代，受當時技術(shù)和使用條件的限制，混凝土設(shè)計抗凍標號較低或不具備抗凍性能。

（2）不具備飽水條件的混凝土吸收了滲漏水而飽和。

（3）混凝土澆筑質(zhì)量差，使混凝土的抗凍標號達不到設(shè)計要求。例如水泥質(zhì)量、混凝土摻加料、骨料含泥量和雜質(zhì)等不符合設(shè)計及規(guī)范要求；粗骨料為風化多孔性巖石、水灰比不符合要求、振搗不密實、混凝土含氣量不足或氣泡質(zhì)量不佳、施工養(yǎng)護不到位，使混凝土表面強度達不到要求，進而使混凝土早期受到凍融破壞等。

3 聚合物纖維砂漿的選用

3.1 聚合物砂漿性能優(yōu)于常用的普通材料

經(jīng)過對近年來施工中常用的補強材料對比發(fā)現(xiàn)，聚合物纖維砂漿是一種高性能的水泥砂漿，與普通水泥砂漿相比它具有固結(jié)快、強度高、抗裂、抗折、抗沖擊、抗疲勞與混凝土粘結(jié)力強等特點。聚合物纖維砂漿主要用來修補凍融剝蝕、碳化處混凝土或其它破損混凝土，可提高混凝土防凍融剝蝕、碳化的能力。幾種常用混凝土補強材料性能對比詳見表1。

表1 幾種常用混凝土補強材料性能對比表

3.2 聚合物砂漿的技術(shù)指標

SPC聚合物砂漿物理力學性能技術(shù)指標見表2。

表2 SPC聚合物砂漿物理力學性能技術(shù)指標

4 SPC聚合物纖維砂漿的施工工藝及施工要點

對于混凝土的凍融剝蝕，大多采用“鑿舊補新”的方法處理。先清除受損的混凝土表面，在表面涂刷界面劑以使修補體與老混凝土面密切結(jié)合，然后是修補材料的澆筑回填，最后是修補材料的養(yǎng)護。

4.1 SPC聚合物砂漿的施工工藝

經(jīng)對水閘檢查結(jié)果表明，該閘啟閉室底板以上部分尚未發(fā)現(xiàn)有病害的反映，所以維修加固主要是針對下部結(jié)構(gòu)的病害進行處理。

1）基面處理：采用鑿毛、噴砂、打磨工藝對表面進行處理，清除疏松、風化剝蝕層直至露出新鮮、密實的混凝土面，用高壓水沖洗干凈。

2）涂刷界面劑：充分濕潤混凝土表面，然后均勻涂刷一道SPC界面劑。要求涂刷均勻，并掌握好涂抹砂漿的時機，以便使砂漿與混凝土粘結(jié)牢固。

3）聚合物砂漿抹面：采用SPC201聚合物砂漿抹面，要求扎實抹平，每層抹面厚度10 mm，砂漿終凝后保持濕潤養(yǎng)護5～7d。

4）表面刮涂：在砂漿表面刮涂2道ST401防碳化涂料，自然養(yǎng)護7d。

4.2 施工控制要點

1）基面處理要求必須密實、干凈，使聚合物砂漿與混凝土表面充分結(jié)合，粘結(jié)牢固，保證聚合物砂漿的施工質(zhì)量。

2）聚合物砂漿抹面時要求厚度均勻，保證砂漿表面應(yīng)力均勻，防止因表面應(yīng)力不均勻出現(xiàn)的裂縫，同時使外觀質(zhì)量達到設(shè)計要求。

3）聚合物砂漿抹面完成后及時進行養(yǎng)護，要求砂漿表面連續(xù)濕潤，以免表面出現(xiàn)干縮裂縫，造成砂漿表面的破壞。

5 應(yīng)用效果

經(jīng)檢測，聚合物砂漿抹面厚度10～13.5mm，抹面厚度基本均勻，養(yǎng)護時間均達到7d，表面密實無裂縫，達到設(shè)計要求。

兩處水閘主要結(jié)構(gòu)的混凝土凍融剝蝕、碳化嚴重，鋼筋外露銹蝕，多處裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性，已影響正常安全運行。經(jīng)對該水閘的病害處理，消除了潛在的安全隱患，增強了混凝土的抗凍融剝蝕、碳化能力，提高了運行安全性。

6 結(jié)語

從渠首閘和古賢閘混凝土表面剝蝕處理的應(yīng)用效果看，SPC聚合物纖維砂漿比常用材料具有固結(jié)快、強度高、粘結(jié)牢固、便于施工、成本低等優(yōu)點。對一般建筑物、構(gòu)筑物的混凝土表面剝蝕，可采用聚合物砂漿進行處理。通過本工程的施工，總結(jié)了施工中應(yīng)掌握的施工控制要點，以便在以后的施工中能夠提高施工質(zhì)量。