潮濕環(huán)境混凝土修補(bǔ)技術(shù)在密云水庫(kù)閘墩裂縫修補(bǔ)中的應(yīng)用

(北京市密云水庫(kù)管理處，北京 101512)

水利工程建設(shè)過(guò)程中，由于建設(shè)時(shí)期地質(zhì)條件復(fù)雜、勘察設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差、施工操作不當(dāng)、工作環(huán)境差等因素，混凝土工程經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些缺陷，例如裂縫、表層脫落等。尤其是長(zhǎng)期浸泡在水下或者處在水面邊界上的橋墩、閘墩、大壩、港口等水下混凝土建筑物極易因?yàn)樗鳑_刷和冰凍侵害造成比較嚴(yán)重的破壞，其中裂縫是最為常見(jiàn)的一種破壞。水下混凝土裂縫的存在，勢(shì)必影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性，甚至?xí)饑?yán)重的滲漏，影響到建筑物發(fā)揮正常作用和安全使用。因此，必須對(duì)水下混凝土裂縫缺陷進(jìn)行修復(fù)處理。

1 工程概況

1.1 工程基本情況

密云水庫(kù)位于北京東北部密云區(qū)境內(nèi)，是潮白河水系的一項(xiàng)重要控制工程。密云水庫(kù)總庫(kù)容43.75億m3，屬于大(1)型Ⅰ等工程。密云水庫(kù)自1960年建成以來(lái)，在供水、防洪和發(fā)電等方面發(fā)揮了巨大效益，水庫(kù)總體運(yùn)行情況良好。

密云水庫(kù)的主要泄水建筑物是三個(gè)溢洪道和幾個(gè)隧洞，其中第一溢洪道是隨水庫(kù)一起修建的最早的泄水建筑物之一。密云水庫(kù)第一溢洪道為河岸深孔式溢洪道，由引渠、閘首和泄槽組成。閘首為平底坎帶胸墻結(jié)構(gòu)，5扇10m×6m鋼制弧形閘門架設(shè)在4座寬度2.2m的閘墩和兩個(gè)邊墩上，總寬58.8m，底板高程140.0m，目前蓄水位144.0m。設(shè)計(jì)洪水位157.5m，泄流量4300m3/s；校核洪水位158.5m，泄流量4490m3/s。

1.2 第一溢洪道閘墩滲漏情況

2017年8月30日，工程檢測(cè)人員在日常巡視檢查中發(fā)現(xiàn)，密云水庫(kù)第一溢洪道2號(hào)中墩右側(cè)墩體出現(xiàn)集中滲漏現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)為點(diǎn)狀射流漏水，漏水點(diǎn)共計(jì)2處，均位于工作閘門導(dǎo)軌下游一期、二期混凝土接縫處，距底板高度分別為1.08m和1.20m，兩處總滲漏量約0.5L/min。經(jīng)潛水員潛水查勘、摸排，初步確定上游入滲點(diǎn)位于2號(hào)中墩右側(cè)閘門導(dǎo)軌一期、二期混凝土結(jié)合處。另外，2號(hào)中墩右側(cè)工作閘門上游存在混凝土表皮脫落現(xiàn)象。第一溢洪道2號(hào)中墩右側(cè)立面圖如下圖所示。其他幾個(gè)閘墩的側(cè)導(dǎo)板下游也出現(xiàn)了不同程度的陰濕，認(rèn)定為側(cè)導(dǎo)板一二期混凝土裂縫滲水所致。

2 修補(bǔ)材料

2.1 灌漿材料

目前廣泛應(yīng)用的混凝土裂縫修補(bǔ)方法是高壓灌漿，灌漿材料有水泥漿、化學(xué)漿等，不同的灌漿材料對(duì)裂縫修補(bǔ)的效果和應(yīng)用環(huán)境是不一樣的。水下混凝土裂縫灌漿材料與干燥混凝土裂縫灌漿材料不同，它既需要具有一定的親水性，以便可以很好地與潮濕的混凝土界面結(jié)合，又需要具備一定的強(qiáng)度。一般單一的灌漿材料很難在兩方面都達(dá)到較高的水平，因此往往采用兩種或兩種以上的高分子有機(jī)材料進(jìn)行混合，充分利用它們各自的最優(yōu)特性。在密云水庫(kù)第一溢洪道閘墩裂縫修補(bǔ)過(guò)程中，采用了高分子SK-E環(huán)氧樹脂化學(xué)灌漿材料。

SK-E環(huán)氧樹脂灌漿材料對(duì)潮濕混凝土界面具有很好的附著力，這是因?yàn)橐簯B(tài)的環(huán)氧樹脂在水下也如在干燥表面一樣，可以代替空氣與潮濕混凝土表面形成強(qiáng)極性鍵，這樣就可以吸收掉混凝土裂縫中的水分，解決灌漿材料和層面黏接不牢的問(wèn)題。環(huán)氧樹脂灌漿材料分為A組分和B組分，A組分分子包含多個(gè)極性鍵極性鍵，可與水的羥基形成強(qiáng)極性鍵，從而可以與高表面能的混凝土裂縫緊緊地黏接在一起；B組分本質(zhì)上是一種高分子固化劑，可以促進(jìn)漿液快速固化，達(dá)到既定強(qiáng)度。使用時(shí)要將A組分和B組分按照一定比例充分混合，通過(guò)調(diào)節(jié)A組分和B組分的混合比例決定漿液的黏稠度和初凝時(shí)間。該工程根據(jù)裂縫的寬度和需要凝固的時(shí)間設(shè)計(jì)環(huán)氧樹脂的A組分和B組分的比例為10∶1，混合后的SK-E環(huán)氧樹脂灌漿材料技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 SK-E環(huán)氧灌漿材料技術(shù)指標(biāo)

2.2 環(huán)氧砂漿

環(huán)氧砂漿是采用高分子環(huán)氧樹脂為黏結(jié)劑，將其與骨料(石英砂)固結(jié)而形成的砂漿，它同時(shí)具有高分子和無(wú)機(jī)材料的綜合性能。通過(guò)選擇不同類型的樹脂品種和骨料配比可以得到具有不同性能的砂漿，同時(shí)還可以通過(guò)固化劑用量調(diào)節(jié)它的固化時(shí)間。YEM環(huán)氧砂漿技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

YEM環(huán)氧砂漿以YEM環(huán)氧樹脂作為膠結(jié)料，其固化產(chǎn)物的性能可在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，既可以制備高強(qiáng)度混凝土，也可以制成增韌環(huán)氧砂漿甚至是彈性環(huán)氧砂漿，其固化速度也可通過(guò)加入不同的固化劑來(lái)調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以很好地適應(yīng)潮濕混凝土界面的修補(bǔ)。YEM環(huán)氧砂漿的高強(qiáng)度黏結(jié)性可以保證其在水位變化區(qū)混凝土修補(bǔ)中抗沖刷、抗干濕變化，因此被廣泛應(yīng)用于橋墩、閘墩、港口、大壩的水位變化區(qū)混凝土破壞部位。

表2 YEM環(huán)氧砂漿技術(shù)指標(biāo)

2.3 聚脲

聚脲是由異氰酸酯組分與氨基化合物組分反應(yīng)生成的一種彈性體物質(zhì)，因其具有優(yōu)異的理化性能，極高的抗張抗沖擊強(qiáng)度、柔韌性、耐磨性、防濕滑、耐老化、防腐蝕和良好的黏結(jié)力，所以被廣泛用于化工防護(hù)、管道防腐、隧道防水、大壩維護(hù)、橋梁防護(hù)、基礎(chǔ)加固、護(hù)舷制造等方面。聚脲的種類有很多，根據(jù)工程量和工期，可以選用黏稠度不同的噴涂型、刮涂型和澆注型聚脲。對(duì)于工程量較小而且工期緊張的工程，一般選用施工機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的刮涂型聚脲，刮涂型聚脲設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 刮涂型聚脲技術(shù)指標(biāo)

3 施工工藝

密云水庫(kù)第一溢洪道閘墩裂縫修補(bǔ)工程才去的工藝流程為：施工準(zhǔn)備→縫面刻槽及布孔→埋管連通性檢查→化學(xué)灌漿→表面清理→表面聚脲封閉→質(zhì)量檢查及驗(yàn)收。

3.1 滲流通道查找

沿裂縫或滲水施工縫走向兩側(cè)或騎縫設(shè)置一排灌漿孔，孔間距0.3m左右，孔深、角度以和縫面相交為準(zhǔn)，待鉆孔結(jié)束后沿縫走向采用鑿一條寬、深2～3cm的“U”型槽，用高壓水將灌漿孔和“U”型槽內(nèi)及混凝土表面的灰塵、浮渣及松散層仔細(xì)清除，并用高壓氣沖洗干凈后，采用速凝水泥防滲材料對(duì)“U”型槽進(jìn)行封閉?？p面清理刻槽處理后，在灌漿孔口阻塞灌漿管，為了便于觀察滲漏通道，采用無(wú)機(jī)顏料品紅溶液進(jìn)行壓水試驗(yàn)。壓水壓力控制在0.2MPa以下。壓水順序?yàn)橄葔狠^低位置的孔再依次上移，先壓深孔后壓淺孔。當(dāng)看到紅色的品紅溶液依次從各孔滲出時(shí)，觀測(cè)各孔的出流量及暢通情況，判定各孔之間的連通情況。對(duì)漏水部位進(jìn)行記錄，并進(jìn)行封閉處理。

3.2 灌漿處理

灌漿前用高壓氣吹凈孔內(nèi)積水，根據(jù)裂縫寬度和實(shí)驗(yàn)室確定的漿液配比嚴(yán)格配合環(huán)氧樹脂的A組分和B組分，充分?jǐn)嚢韬蟮谷牍酀{機(jī)中進(jìn)行灌漿。為防止?jié){液在空氣中發(fā)生初凝，配制環(huán)氧樹脂漿液應(yīng)遵循少量多次的原則。每次配漿量要與灌漿機(jī)灌漿速度相應(yīng)，避免因灌漿時(shí)間長(zhǎng)造成配制漿液停放時(shí)間長(zhǎng)，漿液粘度增大，導(dǎo)致灌注困難，影響灌漿質(zhì)量[1]。灌漿過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)所配環(huán)氧樹脂漿液粘度變大，已經(jīng)發(fā)生初凝現(xiàn)象，應(yīng)重新配制漿液，不得用稀釋劑稀釋漿液。

化學(xué)灌漿均采用孔口封閉，進(jìn)行純壓式灌漿?；瘜W(xué)灌漿壓力初步按照0.2～0.3MPa進(jìn)行控制，隨著灌漿時(shí)間的推進(jìn)，灌漿壓力逐步升高，并控制進(jìn)漿速度?，F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)情況進(jìn)行調(diào)整，最大灌漿壓力不超過(guò)1MPa。灌漿應(yīng)按照灌漿孔由低向高、由深至淺的順序進(jìn)行灌漿。根據(jù)壓水試驗(yàn)結(jié)果，如存在特別暢通灌漿孔，則首先進(jìn)行灌注，待相鄰排氣孔排出濃漿時(shí)，將該排氣孔封閉，繼續(xù)灌注，直至最后排氣孔出漿該孔灌漿結(jié)束。灌漿工作必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷，如因特殊緣故中斷灌漿，應(yīng)盡快恢復(fù)灌漿。如果恢復(fù)灌漿時(shí)間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)采用新鮮漿液進(jìn)行灌注。化學(xué)灌漿外漏時(shí)，暫停灌漿，對(duì)滲漏部位外部采用速凝材料封堵，停止?jié)B漏后逐級(jí)升壓至灌漿結(jié)束。

灌漿過(guò)程中，通過(guò)漿液擴(kuò)散擠壓排除滲水、滲漿情況，判定灌漿效果，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充鉆孔和灌漿。灌漿采用的改性環(huán)氧樹脂漿液具有較好的潮濕固化性能，具有親水不混水性能，壓力條件下可將裂縫中積水排出[2]。灌漿效果檢查及判定以混凝土表面排水、排漿后，不再有滲水現(xiàn)象、不影響聚脲刮涂為合格。

3.3 環(huán)氧砂漿修補(bǔ)混凝土剝蝕面

對(duì)于閘墩水位變化區(qū)出現(xiàn)的混凝土剝蝕情況應(yīng)采用電錘對(duì)剝蝕混凝土進(jìn)行表面清除，將混凝土表面的水生植物苔蘚等清除干凈，露出新鮮的混凝土基面，并用清水清洗及風(fēng)干表面[3]。在混凝土基面上涂刷專用潮濕面界面劑，按照實(shí)驗(yàn)室確定的配比配制環(huán)氧砂漿進(jìn)行壓實(shí)抹平，保證和舊混凝土面保持平整。環(huán)氧砂漿攤鋪完畢后要立即壓抹并一次抹平，避免反復(fù)抹壓造成已壓實(shí)的環(huán)氧砂漿松動(dòng)。遇有氣泡時(shí)應(yīng)刺破壓緊，保證表面密實(shí)。

3.4 聚脲封閉表面裂縫

為減弱水流對(duì)環(huán)氧砂漿和灌漿材料的破壞作用，需要用聚脲對(duì)表面裂縫和環(huán)氧砂漿進(jìn)行封閉處理?；瘜W(xué)灌漿后待環(huán)氧樹脂初凝，切除表面灌漿管，用角磨機(jī)對(duì)基面混凝土進(jìn)行打磨，打磨寬度為表面裂縫兩邊各不少于12cm，用高壓水槍沖洗表面的灰塵、浮渣?；炷粱娲蚰ヌ幚砗螅逑醇帮L(fēng)干表面，涂刷專用潮濕面界面劑，涂刷要求薄而均勻，無(wú)漏涂，待界面劑初凝后，用刮刀刮抹第一層聚脲，并黏貼一層胎基布。胎基布是一種高韌性的網(wǎng)格纖維，具有很高的抗拉強(qiáng)度，可以適應(yīng)混凝土裂縫的變形。粘貼胎基布后間隔4～6h，施工第二層聚脲，依次施工，至四到五遍，最終聚脲厚度達(dá)到2mm。

4 施工質(zhì)量檢測(cè)

4.1 灌漿效果檢測(cè)

灌漿結(jié)束24h后，對(duì)灌漿孔進(jìn)行壓水試驗(yàn)，維持壓力0.1MPa，表現(xiàn)為各灌漿孔均不進(jìn)水即為合格。采用聚脲封閉裂縫表面，養(yǎng)護(hù)2d后，聚脲表面黏接牢固，無(wú)鼓包、滲水現(xiàn)象即說(shuō)明滲水裂縫已通過(guò)灌漿封閉[4]。否則，用小刀割開聚脲，對(duì)滲水部位進(jìn)行重復(fù)灌漿封堵。SK-E環(huán)氧樹脂灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。

經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)，灌漿過(guò)程連續(xù)進(jìn)行，未發(fā)生過(guò)因設(shè)備故障等原因造成的中斷現(xiàn)象，保證了灌漿質(zhì)量。灌漿過(guò)程中，由于施工溫度遠(yuǎn)低于試驗(yàn)溫度，導(dǎo)致環(huán)氧樹脂初始粘度偏大，適當(dāng)減少B組分的比例，降低其粘度，但是固化時(shí)間相應(yīng)增加。灌漿時(shí)充分排除了裂縫內(nèi)的積水，使?jié){液和潮濕界面充分黏接，漿液充滿裂縫。養(yǎng)護(hù)后漿液與原混凝土融為一體，抗拉抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過(guò)壓水檢查各灌漿孔不進(jìn)水，聚脲封閉后查看聚脲表面無(wú)鼓包、無(wú)滲水，說(shuō)明環(huán)氧樹脂灌漿合格。

表4 SK-E環(huán)氧樹脂灌漿施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

4.2 環(huán)氧砂漿修補(bǔ)剝蝕面效果檢測(cè)

環(huán)氧砂漿施工完畢，進(jìn)行目測(cè)或敲擊檢查，修補(bǔ)后的基面應(yīng)無(wú)裂紋、空洞、空鼓、松動(dòng)、蜂窩麻面等缺陷，并且環(huán)氧砂漿修復(fù)面應(yīng)和原混凝土面平整銜接。養(yǎng)護(hù)3d后，在局部進(jìn)行環(huán)氧砂漿抗拉抗壓和黏結(jié)度試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 YEM環(huán)氧砂漿施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)，環(huán)氧砂漿能與原混凝土平整銜接，無(wú)鼓包和凹陷，無(wú)裂縫、空洞、蜂窩麻面等缺陷。由于施工溫度遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)室溫度，環(huán)氧砂漿的凝固時(shí)間加長(zhǎng)50%，但是抗拉和抗壓強(qiáng)度均能滿足設(shè)計(jì)要求，與潮濕界面的黏接強(qiáng)度也能滿足要求。

4.3 聚脲封閉表面裂縫效果檢測(cè)

聚脲封閉施工過(guò)程中，應(yīng)對(duì)施工范圍劃線，確保施工規(guī)范、美觀?；嫣幚砗徒缑嫱克①|(zhì)量進(jìn)行目測(cè)檢查，基層應(yīng)無(wú)油污、灰塵、污物、浮漿和松散的表層；涂刷的界面劑應(yīng)均勻、固化正常、無(wú)漏涂、無(wú)堆積；聚脲涂層應(yīng)均勻涂敷，涂層厚度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求；外觀應(yīng)顏色均勻、平整、無(wú)流掛、無(wú)漏涂、無(wú)針孔、無(wú)起泡、無(wú)開裂、無(wú)異物混入[5]。SK刮涂型聚脲施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 SK刮涂型聚脲施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)質(zhì)量檢測(cè)，SK刮涂型聚脲施工質(zhì)量良好，外觀平整，顏色均勻，無(wú)流掛、無(wú)漏涂、無(wú)針孔、無(wú)起泡、無(wú)開裂、無(wú)異物混入等缺陷。但是由于施工溫度低于實(shí)驗(yàn)室溫度，固化時(shí)間略有增加，抗拉抗壓強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、黏結(jié)強(qiáng)度和硬度均能滿足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

由于閘墩長(zhǎng)期浸泡在水下，潮濕的混凝土界面對(duì)于裂縫修補(bǔ)是一項(xiàng)挑戰(zhàn)，密云水庫(kù)第一溢洪道閘墩滲漏封堵工程采用可以和潮濕混凝土界面進(jìn)行良好黏接的高分子環(huán)氧樹脂灌漿材料封縫，再配合環(huán)氧砂漿修復(fù)潮濕混凝土表面筑造缺陷，最后采用可以和潮濕界面水分子形成強(qiáng)極性鍵的聚脲進(jìn)行表面封閉，有效地解決了潮濕混凝土裂縫修補(bǔ)的難題。該技術(shù)采用具有強(qiáng)極性鍵的高分子材料與高表面能的潮濕混凝土界面進(jìn)行良好結(jié)合，達(dá)到了封堵潮濕混凝土裂縫、恢復(fù)混凝土原有強(qiáng)度的效果。修補(bǔ)沒(méi)有再發(fā)生滲漏現(xiàn)象，工程運(yùn)行狀況與閘墩修補(bǔ)之前無(wú)異。

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