某水利樞紐發(fā)電洞混凝土防腐處理設(shè)計(jì)與研究

魏建魁

(新疆額爾齊斯河流域開發(fā)工程建設(shè)管理局，烏魯木齊830000)

1 概 述

混凝土結(jié)構(gòu)在受到外部侵蝕物質(zhì)的影響時(shí)，其侵蝕的速度主要取決于混凝土的密度、物質(zhì)的濃度和水泥的品種。因此，在對(duì)混凝土進(jìn)行防腐處理時(shí)應(yīng)該從混凝土結(jié)構(gòu)侵蝕的內(nèi)部結(jié)構(gòu)著手，全面研究每種防腐施工處理方案。混凝土防腐處理方案的總體方法應(yīng)該采取措施把混凝土與侵蝕水分離，切斷侵蝕水源;增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度，提高混凝土抗?jié)B透的破壞能力;選擇抗侵蝕性能好的混凝土膠凝材料處理［1］。

2 方案比選

在研究決策發(fā)電洞豎井段防腐處理方案時(shí)，有2個(gè)關(guān)鍵性的問題:①如何安全處理已澆筑的混凝土井壁;②如何選擇防護(hù)和膠凝材料，以抵抗四種強(qiáng)侵蝕介質(zhì)對(duì)混凝土井壁的腐蝕破壞。

3 豎井混凝土處理方案

根據(jù)豎井段混凝土心墻的強(qiáng)度試驗(yàn)，28 個(gè)芯樣中有6 個(gè)芯樣抗壓強(qiáng)度＜25 MPa，占總試樣的15%，且主要都位于黃鉀鐵礬礦脈附近。這說明豎井混凝土的強(qiáng)度質(zhì)量絕大部分是完好的。而且未發(fā)現(xiàn)腐蝕破壞的痕跡。對(duì)豎井混凝土的處理主要有以下4 種意見:①拆除即全部或部分拆除豎井段混凝土;②保留井壁混凝土，并在豎井外側(cè)開挖一個(gè)1 m寬的圓形井，這樣就能夠?yàn)榉栏┕ぬ幚硖峁┍憷?③保留井壁混凝土，加強(qiáng)豎井圍巖固結(jié)灌漿和帷幕灌漿，形成阻水防滲圈，并與發(fā)電洞平行，開挖排水廊道;④在對(duì)井壁圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿、帷幕灌漿的同時(shí)，并在現(xiàn)有混凝土井壁上采用防腐處理，即縮小管徑，澆筑40～50 cm厚的混凝土防腐層。在方案比選時(shí)著重考慮了施工費(fèi)用低、安全可靠，除惡務(wù)盡施工影響最小，施工方案切實(shí)可行等主要因素，最終選定方案二，即首先在豎井底部鉆孔開挖，形成圓形通道后再自下向上采用控制爆破進(jìn)行開挖。

4 防腐施工設(shè)計(jì)處理方案

鑒于發(fā)電洞豎井處于黃鐵礦脈硫酸水溶液(pH=3 ～4)和硫酸鹽(=12487 mg/L)的特強(qiáng)侵蝕帶，并同時(shí)伴隨有鎂鹽(Mg2+=2675 mg/L)及氯鹽(CL－=1775 mg/L)多種離子共存的復(fù)合侵蝕作用，因此豎井混凝土的防腐處理既要考慮施工操作的簡(jiǎn)單便行，費(fèi)用低，又要考慮選擇能夠抵抗外部環(huán)境物質(zhì)腐蝕的最佳材料。為此經(jīng)過多方調(diào)研及專家咨詢，我們?cè)谶x定方案二的同時(shí)，采用了南京水利科學(xué)研究院優(yōu)秀科研產(chǎn)品丙烯酸酯共聚乳液(簡(jiǎn)稱丙乳)，PU3 高級(jí)耐磨防滲防腐涂料，PU4 改性聚氨酯灌漿料以及HLV－Ⅻ防水堵滲劑等材料，并由南京水利科學(xué)院派專家現(xiàn)場(chǎng)咨詢指導(dǎo)方案實(shí)施。

丙乳加入水泥砂漿就變成聚合物水泥砂漿，一種高分子聚合物的水分散體，它的優(yōu)點(diǎn)是能夠黏結(jié)、抗裂、防滲、防腐、抗離子滲透等特性，適于水工建筑物、工民建等鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的防滲、防腐護(hù)面和修補(bǔ)工程，丙乳砂漿還能而稀酸、尿素、苯等化學(xué)介質(zhì)腐蝕，已列入國(guó)家《工業(yè)建筑防腐設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ46—82 作為化工耐腐蝕材料選材。

丙乳砂漿與同灰砂比普通水泥砂漿相比主要性能為:①抗拉、抗折強(qiáng)度分別提前了35%和50%;②抗裂性能強(qiáng)，收縮性小，彈模較低;③與混凝土基底黏合強(qiáng)度能夠提高4 倍以上;④密實(shí)性能夠明顯提高，1 天吸水率降低5 倍，抗?jié)B性能提高1.5 倍，抗離子滲透能力能提高9 倍;⑤能夠抵抗2%硫酸，5%以下鹽酸，硝酸及氫氟酸(PH ＜1)、氨水、尿素、乙醇、苯等化學(xué)物質(zhì)腐蝕。

PU3 耐磨防滲防腐涂料能耐硫酸、強(qiáng)堿及各種鹽類腐蝕，具有良好的耐磨性、防滲性及抗沖擊強(qiáng)度?？蛇m于各種材質(zhì)結(jié)構(gòu)的防腐防滲保護(hù)。PU4 改性聚氨酯灌漿遇到水后可以分散、乳化、發(fā)泡，能夠馬上進(jìn)行融合反應(yīng)，融合后的固結(jié)體擁有優(yōu)良的延伸性、彈性和抗?jié)B性，擁有較強(qiáng)的防水堵漏特點(diǎn)，固結(jié)體主要指標(biāo)為:①黏結(jié)強(qiáng)度＞1.0 MPa;②抗壓強(qiáng)度＞1.5 MPa;③抗?jié)B性＞0.8 MPa;④滲透系數(shù)10－6－10－8cm/s。

由于豎井長(zhǎng)度約30 m左右，要想將井壁混凝土襯砌保留完整不受破壞，同時(shí)不受控制爆破的影響，因此，對(duì)于防腐施工要分成3 個(gè)步驟進(jìn)行，即開挖一段修復(fù)一段。

首先在豎井底部開孔進(jìn)行水平環(huán)現(xiàn)巖石開挖，再采用“溜礦采礦法”對(duì)混凝土襯砌外巖石進(jìn)行控制爆破，在爆破過程中對(duì)原襯砌混凝土進(jìn)行監(jiān)控，防止井壁混凝土受爆破影響。最后將井壁混凝土外側(cè)挖成寬度＞1 m的圓形洞，能為防腐處理提供足夠的操作平臺(tái)。

將圓形洞開挖后凹凸過大部位用榔頭、簪子做些簡(jiǎn)單的處理，最后再用高壓水將洞壁清冼干凈，將松動(dòng)部位、污泥、碎渣清理干凈等，在檢查混凝土襯砌的腐蝕情況時(shí)，對(duì)于腐蝕部位要做清除處理，同時(shí)要檢查洞壁腐蝕水的滲漏情況，如有滲水的點(diǎn)或裂隙，則沿縫隙或點(diǎn)鑿槽，用HLC—Ⅻ堵滲劑做成灌漿通路，并在其內(nèi)部埋設(shè)灌漿嘴，先將內(nèi)部滲水引出再進(jìn)行灌漿處理。

將洞壁上不滲水的地方抹上丙乳凈漿，同時(shí)用丙乳砂漿做適當(dāng)找平處理。丙乳砂漿的做法是:在混凝土表面先抹刷丙乳凈漿，丙乳凈漿的配合比為水泥:丙乳=2∶1，處理時(shí)要在丙乳凈漿沒有硬化前刷上丙乳砂漿，丙乳砂漿配比為水泥∶砂∶丙乳=1∶1.5∶(0.3－0.35)，在抹丙乳砂漿時(shí)每次厚度必須控制在1cm 以內(nèi)，抹完一層丙乳砂漿時(shí)在其表面必須刷涂丙乳凈漿，以便抹下層時(shí)能與其結(jié)合成一個(gè)整體。丙乳砂漿選用525#光滑，無裂縫出現(xiàn)。砂漿性能指標(biāo)為:①黏結(jié)強(qiáng)度＞30 MPa;②抗壓強(qiáng)度＞30 MPa;③抗拆強(qiáng)度＞3 MPa;④2 天吸水率＜4%;⑤MPa 水壓恒壓24 h滲水高度＜3.5cm。

等灌漿通路凝固并且能夠承壓以及將滲水部位附近丙乳砂漿做好后，再用PU4 改性聚氨酯灌漿堵滲，在處理時(shí)要根據(jù)不同的滲水情況，將灌漿壓力控制在0.1 ～0.2 MPa。在前二階段施工時(shí)，圓洞頂部巖石如果滲水且順著混凝土表面流水的可以采用上堵下排方式處理，以便在澆筑圓洞填充混凝土?xí)r防止?jié)B水進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)。

用丙乳防腐砂漿處理完混凝土缺陷及灌漿堵滲后，在防腐砂漿表面較干時(shí)再刷涂PU3 耐磨防滲防腐涂料，共涂二遍，在整個(gè)面刷涂均勻，黏結(jié)牢固。對(duì)局部水源較豐富區(qū)域采用預(yù)先在表面布管，用0.6 mm防滲薄膜覆蓋在管上使其與后澆填充混凝土隔離，在澆筑完填充混凝土后，二次化灌PU4 改性聚氨酯作加強(qiáng)處理，同時(shí)在相對(duì)應(yīng)的老混凝土襯砌部位做3cm 以上丙乳砂漿及涂刷PU3 防腐涂料處理?？梢哉f該處理方案不僅切實(shí)可行，而且防腐效果良好，安全可靠。

［1］梁永江，王軍，賀建國(guó).水利樞紐發(fā)電洞防腐處理效果評(píng)價(jià)［J］.東北水利水電，2008，26(11):3－5.