丙乳沙漿護(hù)面防龜裂施工工法應(yīng)用研究

李慶安，趙宇坤

（1.山東黃河勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山東 濟(jì)南 250013；2.山東黃河河務(wù)局工程建設(shè)中心，山東 濟(jì)南 250011）

0 引言

山東黃河河務(wù)局所轄117 座水閘大部分修建于20 世紀(jì)50～80 年代，雖然近幾年對(duì)部分涵閘進(jìn)行了改建或者除險(xiǎn)加固，但由于運(yùn)行年限過(guò)長(zhǎng)，仍然出現(xiàn)老化病害問(wèn)題，尤其是混凝土碳化和鋼筋銹蝕、混凝土表面剝蝕破壞、混凝土開裂、泥沙沖蝕等問(wèn)題，依舊嚴(yán)重影響著黃河下游涵閘的安全性、實(shí)用性和耐久性。

丙乳沙漿作為一種新型混凝土建筑物的修補(bǔ)材料，因其優(yōu)良的抗?jié)B、抗拉和黏結(jié)性能，可以用來(lái)解決涵閘混凝土護(hù)面老化問(wèn)題。 但丙乳沙漿在凝結(jié)硬化過(guò)程中，會(huì)由于失水而出現(xiàn)收縮現(xiàn)象。當(dāng)這種收縮受到基體的約束作用時(shí)， 沙漿內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)力，收縮應(yīng)力一旦超過(guò)沙漿的抗拉強(qiáng)度，沙漿就會(huì)出現(xiàn)裂紋，從而給施工質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，加大工程返修率或保修工作量。 這一現(xiàn)象已成為制約該材料在涵閘除險(xiǎn)加固工程中使用量不高的重要原因之一。

2015 年，東池閘（北金堤樁號(hào)40+552）除險(xiǎn)加固工程開工建設(shè)。 該工程的主要內(nèi)容之一是對(duì)東池閘邊墩混凝土剝蝕、涵洞洞身頂板混凝土脫落進(jìn)行表面缺陷修復(fù)，修復(fù)措施為：鑿除原混凝土保護(hù)層，使用丙乳沙漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。 為了避免丙乳沙漿產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象，技術(shù)人員對(duì)傳統(tǒng)的工藝進(jìn)行了改良。筆者試結(jié)合東池閘除險(xiǎn)加固工程，對(duì)丙乳沙漿護(hù)面防龜裂施工工法進(jìn)行研究。

1 室內(nèi)試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)流程

試驗(yàn)室試驗(yàn)流程為： 選料→確定配合比→配料→制作沙漿→制?！跗陴B(yǎng)護(hù)成型→后期不同條件下養(yǎng)護(hù)→干縮性能測(cè)試。

1.2 試驗(yàn)成果

通過(guò)前期試驗(yàn)分析，丙乳沙漿配合比為：水泥∶沙子∶聚丙烯酸酯乳液∶水=100∶150∶31∶14。

通過(guò)分析干燥前養(yǎng)護(hù)溫度、養(yǎng)護(hù)時(shí)間和干燥后養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)丙乳沙漿收縮率的影響，得到不同養(yǎng)護(hù)條件下丙乳沙漿干縮率的降低比率，如表1 和表2 所示。

2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)流程

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)流程為： 舊混凝土剝蝕面鑿除→高壓水沖洗基面→涂甩丙乳細(xì)沙漿→整平層鋪筑→涂甩丙乳細(xì)沙漿→加強(qiáng)罩面層鋪筑→控制指標(biāo)養(yǎng)護(hù)。

2.2 施工工藝

2.2.1 東池閘設(shè)計(jì)施工工藝

采取“鑿舊補(bǔ)新”法對(duì)東池閘閘墩和涵洞混凝土表面的麻面和脫落部位進(jìn)行修補(bǔ)， 具體步驟為：（1）對(duì)缺陷混凝土進(jìn)行鑿毛， 鑿毛深度約等于保護(hù)層。（2）用高壓水沖洗干凈，做到毛、潮、凈。（3）采用丙乳凈漿打底，做到涂布均勻。（4）人工涂刷丙乳沙漿，并對(duì)表面抹平壓光。（5）進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。（6）丙乳沙漿施工后12～24 h 內(nèi)，鑿毛，然后在全部外露面層上刷一層丙乳水泥漿，以封閉表面空隙［1-2］。

表1 不同養(yǎng)護(hù)溫度下丙乳沙漿干縮率的降低比率Tab.1 Reduction rate of acrylic emulsion slurry dry shrinkage at different curing temperatures

表2 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間下丙乳沙漿干縮率的降低比率Tab.2 Reduction rate of acrylic emulsion slurry dry shrinkage at different curing time

表3 不同養(yǎng)護(hù)濕度下丙乳沙漿干縮率的降低比率表中數(shù)據(jù)對(duì)齊Tab.3 Data statistics of reduction rate of acrylic emulsion slurry dry shrinkage at different curing moisture

2.2.2 施工中改良的施工工藝［3－5］

根據(jù)試驗(yàn)室提供的數(shù)據(jù)， 在施工細(xì)節(jié)、 時(shí)間節(jié)點(diǎn)、施工工藝、施工流程中對(duì)設(shè)計(jì)的修補(bǔ)方法進(jìn)行改進(jìn)，具體改良工藝為：

（1）施工前，將舊混凝土剝蝕層鑿除，鑿除厚度為3 cm。 用高壓水將鑿毛的舊混凝土表面（簡(jiǎn)稱基面）沖洗干凈，待基面無(wú)積水呈潮濕狀時(shí)，在基面甩涂丙乳細(xì)沙漿，做到涂布均勻，無(wú)漏涂。

（2）甩漿后，立即攤鋪攪拌均勻的丙乳沙漿。 沙漿采用沙漿拌和機(jī)拌制，連續(xù)拌和3～5 min，停頓2 min，再拌和3 min 后才能使用（因配合比不同，攪拌時(shí)間也不同，在配合比上盡量采用小水灰比）。 一般情況下， 充分?jǐn)嚢韬蟮谋樯碀{應(yīng)在30～45 min 內(nèi)使用完，溫度在18～28 ℃時(shí)，使用時(shí)間可控制在1～2 h。

（3）掛漿時(shí)，采用分層攤鋪法，每層厚度為1.5 cm。每層施工時(shí)，均使用木抹子壓實(shí)抹平（拉毛）。 抹面和收光應(yīng)從下向上一個(gè)方向進(jìn)行，不應(yīng)來(lái)回反復(fù)抹灰。

（4） 施工中， 將整個(gè)閘洞劃分成多個(gè)施工單元塊，各小塊增設(shè)厚度標(biāo)尺及4 m 長(zhǎng)的刮平尺，用于控制掛漿厚度。

（5）抹光操作半小時(shí)后，待沙漿表面成膜，立即用塑料薄膜覆蓋。 待沙漿終凝后（約4 h），即進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，并覆蓋塑料薄膜。

2.3 防裂控制三要素

由室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知， 影響材料干縮性的主要因素是養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)的溫度、 濕度和養(yǎng)護(hù)周期。

2.3.1 養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)溫度的控制

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)， 沙漿干縮率在施工后0～14 d 內(nèi)增長(zhǎng)較快， 在施工后28 d 時(shí)達(dá)到穩(wěn)定。在不同溫度的水熱養(yǎng)護(hù)條件下，沙漿的干縮性變化明顯。 當(dāng)水熱溫度為40 ℃時(shí)，丙乳沙漿施工后35 d 的干縮率為0.046%， 明顯低于20℃的干縮率（0.053%）和10℃的干縮率（0.053%）。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，為使養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)溫度穩(wěn)定，采取了以下措施：（1）對(duì)施工時(shí)的天氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)養(yǎng)護(hù)周期內(nèi)的氣溫進(jìn)行監(jiān)控；（2）抹面后，及時(shí)覆膜保溫；（3）在閘洞口懸掛棉簾保溫；（4）利用電暖扇進(jìn)行增溫。

2.3.2 養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)濕度的控制

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)， 丙乳沙漿的收縮率在所有齡期隨濕度升高而明顯減小。 在養(yǎng)護(hù)濕度為90%時(shí)，35 d 的丙乳沙漿的收縮率為0.037%，且在0～35 d 內(nèi)，收縮增長(zhǎng)比較平緩。與相對(duì)濕度為90%時(shí)相比， 相對(duì)濕度為40%的條件下，丙乳沙漿的收縮率變化規(guī)律更為明顯。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中，為使養(yǎng)護(hù)時(shí)間內(nèi)的濕度穩(wěn)定，試驗(yàn)人員采取了以下措施：（1）抹面4 h 后，表層霧化噴水，并覆膜保濕；（2）在閘上下游洞口覆蓋棉簾，以防止過(guò)洞風(fēng)帶走水分；（3）每3 h 進(jìn)行一次霧化噴水；（4）及時(shí)檢測(cè)閘洞內(nèi)濕度，如有降低，隨時(shí)噴霧噴水。

2.3.3 養(yǎng)護(hù)周期的控制

通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)， 干燥前養(yǎng)護(hù)時(shí)間1 d、2 d、4 d 對(duì)丙乳沙漿收縮率的影響并不明顯。 在丙乳沙漿施工后35 d 時(shí)，干燥前養(yǎng)護(hù)時(shí)間為1 d、2 d、4 d 的丙乳沙漿的平均干縮率分別為0.053%、0.053%、0.054%。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果

（1）養(yǎng)護(hù)溫度＞20℃后，丙乳沙漿收縮率逐漸下降。鑒于施工條件的許可程度，施工及養(yǎng)護(hù)溫度應(yīng)控制在30±5 ℃為宜。

（2）丙乳沙漿養(yǎng)護(hù)時(shí)間主要集中在干燥前的1～3 d 內(nèi)，因此，必須在早期采取養(yǎng)護(hù)措施，才能有效控制沙漿的早期收縮裂縫。

（3）養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)丙乳沙漿龜裂的影響最大。在丙乳沙漿養(yǎng)護(hù)前期，養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)干縮影響較大；在養(yǎng)護(hù)后期，養(yǎng)護(hù)濕度對(duì)干縮率的影響作用逐漸變小。養(yǎng)護(hù)濕度在90%以上時(shí)，收縮率最小。 在施工過(guò)程中，干燥時(shí)養(yǎng)護(hù)濕度應(yīng)盡量維持在75%以上。

3 涵閘丙乳沙漿護(hù)面修復(fù)施工工法

3.1 原材料

（1）水泥。 采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5R 的普通硅酸鹽水泥，水泥如有結(jié)塊，應(yīng)用0.9 mm 篩將結(jié)塊篩除。

（2）沙。 宜選用河沙，細(xì)度模數(shù)為1.6，粒徑小于2.5 mm。

（3） 水。 拌和用水選用符合生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水，用水總量應(yīng)考慮丙乳中的含水量。

（4）丙乳。 丙乳是外觀呈乳白微藍(lán)色的乳狀液，固體含量為39%～41%，黏度為11.5～13.5 s，pH 值為2～6，凝聚濃度≥50 g／L。

（5）摻加物。丙乳沙漿不宜使用早強(qiáng)劑、減水劑、抗凍劑等外加劑。為提高丙乳沙漿的抗拉強(qiáng)度，增強(qiáng)斷裂韌性，可適當(dāng)摻入低彈性模量尼龍纖維，纖維單粒＜2 cm，體積摻量控制在0.1%～0.15%。

3.2 配合比

水灰比是影響混凝土收縮變形的重要因素，在選擇水灰比時(shí)，應(yīng)盡量選用較小值。按照防水工程常用配比，灰沙比取1∶1～1∶2，灰乳比取1∶0.15～1∶0.3，水灰比取（40±5）%。

混凝土建筑物表面剝蝕、水質(zhì)侵蝕、鋼筋銹蝕修補(bǔ)采用下限配合比；有防滲要求的裂縫、沖磨、空蝕等修補(bǔ)采用上限配合比。 施工前，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水泥、沙子及施工要求，由專業(yè)試驗(yàn)室出具配合比報(bào)告，確定具體配合比。

3.3 施工工藝

丙乳沙漿抹面施工工藝流程為： 舊混凝土鑿毛→基礎(chǔ)面沖洗→基礎(chǔ)甩漿結(jié)合層→基層抹面→面層抹面→齡期內(nèi)養(yǎng)護(hù)。

（1）舊混凝土面鑿毛。先用鋼釬沖擊鉆或多頭混凝土鉆機(jī)將舊混凝土表面的剝落、 麻面及沖坑等缺陷鑿除（鑿除深度控制在3±0.5 cm），再把因鑿除擾動(dòng)的石子清除。該工序以表面無(wú)松動(dòng)、無(wú)明顯大的凸凹為宜，并保持深度基本一致。

（2）基礎(chǔ)面清理。 先用鋼絲刷將鑿毛的舊混凝土表面浮層的污物、塵土和松軟、脆弱部分刷除，再用高壓水進(jìn)行沖洗，然后將基面晾至無(wú)積水，表面呈潮濕狀態(tài)。 施工前，應(yīng)使混凝土表面處于飽和面干狀態(tài)。

（3）沙漿拌和。 采用機(jī)械拌和，一次拌和量不宜少于攪拌機(jī)容量的20%，不宜大于攪拌機(jī)容量的80%。水泥、水和外加劑入倉(cāng)重量控制系數(shù)為±0.3%；沙料入倉(cāng)重量控制系數(shù)為±0.5%。 拌和前，先將攪拌機(jī)內(nèi)部清洗干凈并保持潤(rùn)濕，然后拌制少量沙漿，使攪拌機(jī)內(nèi)部掛漿，并將剩余料卸出。 拌和時(shí)，先將水泥、沙按照配合比用量倒入沙漿攪拌機(jī)，干拌2 min，然后倒入水和乳液，連續(xù)攪拌3～5 min，停頓1～2 min，再攪拌3 min，最后出倉(cāng)。 拌和溫度控制在（20±5）℃，所拌制的沙漿應(yīng)避免陽(yáng)光直射。 攪拌后的丙乳沙漿應(yīng)在30～45min 內(nèi)使用完，溫度在18～28℃時(shí)，使用時(shí)間可控制在1～2h。

（4）網(wǎng)格劃分施工。 為便于施工，在涂抹丙乳沙漿前，應(yīng)將處理后的基面分段、分塊。 該工程將基面分成寬1.5 m、長(zhǎng)約2.0～3.0 m 的條塊。 分塊時(shí)，涵閘洞內(nèi)可按照洞身節(jié)次劃分成塊， 洞頂及底板單獨(dú)劃分，不得與立面墻體化為一塊，結(jié)合部單獨(dú)劃分。

（5）涂漿及甩漿。 原施工工藝中，多采用凈漿打底（1 kg 丙乳＋2 kg 水泥攪拌成漿）。此工藝耗費(fèi)丙乳量大，會(huì)增加造價(jià)。改良后的工藝用丙乳細(xì)沙漿甩漿打底（0.6 kg 丙乳＋1.6 kg 水泥＋0.8 kg 沙攪拌成漿）。甩漿時(shí)，采用竹笤帚將丙乳細(xì)沙漿均勻甩至涂抹面，甩漿厚度控制在3 mm 內(nèi)。

（6） 基層抹面。 丙乳細(xì)沙漿甩漿打底后15 min左右開始鋪筑基層?；鶎幽娌捎玫雇四▔悍ㄟM(jìn)行，即加壓方向與剛建沙漿層前進(jìn)方向相反。抹面時(shí)，要求丙乳沙漿基層密實(shí)，進(jìn)行拍實(shí)，并注意控制厚度；拍實(shí)中注意用力大??； 為增加整平層和基底的黏結(jié)強(qiáng)度，綜合抹面壓力控制在3～6 kg／cm2，基層厚度控制標(biāo)準(zhǔn)為15 mm。

（7）面層抹面。基層抹面并拍實(shí)后，用刮板拉毛，再進(jìn)行面層抹面。 抹面和收光應(yīng)從下向上沿一個(gè)方向抹平，操作速度要快，要求一次用力抹平，避免反復(fù)抹面。 如遇氣泡，要挑破壓緊，保證表面密實(shí)。

3.4 養(yǎng)護(hù)

丙乳沙漿抹光操作0.5 h 后， 沙漿表面成膜，立即用塑料薄膜覆蓋。4 h 后，進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)，并覆蓋薄膜。 覆膜3 d 后，進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)（灑水以保持表面濕潤(rùn)為主）。灑水養(yǎng)護(hù)7 d 后，進(jìn)行自然干燥養(yǎng)護(hù)。在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)避免忽干忽濕，避免強(qiáng)風(fēng)過(guò)洞，具體控制措施為：（1）溫控養(yǎng)護(hù)。 養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的溫度應(yīng)控制在20～35 ℃，可采用棉簾覆蓋上下游洞口保溫、暖扇增溫等措施控制養(yǎng)護(hù)期溫度。（2）濕控養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的濕度應(yīng)控制在90%以上，可采用噴霧覆膜手段保濕3 d，同時(shí)在閘洞口掛簾，防止過(guò)洞風(fēng)帶走水分。在濕度明顯下降時(shí)，進(jìn)行灑水。（3）齡期養(yǎng)護(hù)。齡期養(yǎng)護(hù)要注重時(shí)間節(jié)點(diǎn)，一是初凝4 h 內(nèi)的溫控、濕控；二是3 d 內(nèi)每3 h 進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)；三是3 d 后、7 d 內(nèi)的灑水，應(yīng)保持每6 h 進(jìn)行灑水一次；四是7 d 后的自然養(yǎng)護(hù)時(shí)間，要注意不能一次性斷水養(yǎng)護(hù)，要逐漸減少灑水量，并適當(dāng)延長(zhǎng)灑水間隔期。

4 效益分析

4.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過(guò)單價(jià)分析，1 m2丙乳沙漿 （兩遍） 單價(jià)為154.68 元，罩面45 元，合價(jià)為199.68 元。 按照室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果， 對(duì)丙乳沙漿護(hù)面的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)養(yǎng)護(hù)條件進(jìn)行改進(jìn)，省略了罩面施工步驟，從而節(jié)約45 元／m2，節(jié)約率為（45／199.68）×100%=22.54%。

4.2 社會(huì)效益

本項(xiàng)目的研究成果可為丙乳沙漿護(hù)面施工提供參考數(shù)據(jù)， 改良的施工工藝及質(zhì)控措施對(duì)今后丙乳沙漿施工具有指導(dǎo)性。更重要的是，丙乳沙漿護(hù)面龜裂現(xiàn)象得到了有效解決，在降低成本的同時(shí)，提高了涵閘防洪工程的強(qiáng)度，延伸了涵閘的整體使用壽命。因此， 涵閘除險(xiǎn)加固中丙乳沙漿護(hù)面防龜裂關(guān)鍵技術(shù)的社會(huì)效益突出。

5 結(jié)語(yǔ)

丙乳沙漿護(hù)面在施工中易產(chǎn)生龜裂現(xiàn)象， 是因?yàn)榇蠖喙こ滩扇∽o(hù)面外涂抹丙乳凈漿罩面的工藝。本項(xiàng)目根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)和北金堤?hào)|池閘現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)成果，總結(jié)出了適用于黃河流域的丙乳沙漿施工工法。該施工方法使丙乳沙漿護(hù)面技術(shù)更加完善， 各項(xiàng)參數(shù)更加準(zhǔn)確，也使丙乳沙漿真正發(fā)揮出防水、防氯離子滲透、耐磨、耐老化等性能，從而增加了防洪工程強(qiáng)度，延長(zhǎng)了涵閘工作壽命，節(jié)約了建設(shè)資金。

目前， 本項(xiàng)目的研究成果已在2 處涵閘除險(xiǎn)加固工程中推廣使用。其中，金堤河干流河道治理工程（山東段）東池閘除險(xiǎn)加固工程于2017 年1 月11 日通過(guò)驗(yàn)收， 被評(píng)為優(yōu)良工程。 丙乳沙漿護(hù)面歷時(shí)一年，未出現(xiàn)龜裂現(xiàn)象。 施工單位對(duì)該成果給予了“經(jīng)濟(jì)節(jié)約、社會(huì)效益前景廣闊，值得推廣”的評(píng)價(jià)。