丙乳砂漿在壓力隧洞混凝土表面缺陷處理中的應用

孔祥春，高 巖，姜偉民

（遼寧省大伙房水庫管理局，遼寧 撫順113007）

1 工程概況

大伙房水庫輸水工程，是由渾江桓仁電站下游引水，經由85.4 km隧洞自流至到渾河支流蘇子河，再進入大伙房水庫，稱為一期輸水工程；年引水量18.5億m3，經大伙房水庫調節后，由大伙房水庫取水口通過6 m直徑的隧洞（28.944 km，其中兩段鋼管連接，連接段為3.516 km）,隧洞后為輸水管線，管線全長為232.049 km，經由撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦六市，稱為二期引水工程；再由鞍山配水站將水引至大連市稱之為三期工程。工程 規模之大貫通遼寧南北，受益七市兩千余萬人口，是遼寧振興的基礎工程。

在整個輸水工程中，可由大伙房水庫調節水量，一期輸水管線有停水檢修的時間和條件，而二期下游輸水管線為雙線輸水，也可停水檢修。唯獨下游28.94 km的有壓隧洞段沒有停水檢修的條件與時間。這就要求壓力隧洞工程必須優質安全，確保安全供水。所以必須重視處理壓力隧洞的質量缺陷，使得經過處理的質量缺陷完全達到設計標準，絕不允許給以后工程運行留下隱患。

2 襯砌混凝土質量缺陷及處理

襯砌處理后的混凝土外觀檢查，存在著一定數量的露筋、蜂窩、麻面、滲水、流白等質量問題。按照常規的處理辦法，必須將疏松的混凝土全部鑿除，表面處理干凈，用預縮砂漿分層填充壓實。但此辦法存在兩個致命弱點：一是只適用于水平面及側面質量缺陷的混凝土，對于隧洞頂拱的混凝土無法施工。另一個問題是修補后的混凝土與原混凝土結合面粘結力較低，在水流沖擊下容易脫落。

如果用環氧樹脂砂漿修補混凝土質量缺陷，該材料雖具有強度較高，強度增長快，能抵抗多種化學物質的侵蝕等優點，但其力學性能與基底混凝土不相一致，其膨脹系數大于基底混凝土而開裂脫落，不適合潮濕面粘結等缺點，且不適合隧洞內施工（通風不良），成本很高。如參窩水庫溢流面混凝土缺陷在施工期就是用環氧樹脂砂漿修補的，經過幾年運行后，大部分脫落，后來不得不將溢流面全部剝離50 cm，重新澆注溢流面混凝土。

3 丙乳砂漿的特點

丙乳砂漿是丙烯酸脂共聚乳液與水泥砂漿拌合物的簡稱，屬于高分子聚合物乳液改性水泥砂漿。丙乳砂漿是一種新型的混凝土建筑物的修補材料。具有優異的粘結、抗裂、防水、防氯離子滲透、耐磨、耐老化等特性，和樹脂基修補材料相比具有成本低、耐老化、易操作，施工工藝簡單及質量容易保證等優點，適用于公路、隧洞、水利、工業及民用建筑等鋼筋混凝土結構的防滲、防腐護面和修補工程。

丙乳砂漿中聚合物彈性模量較小，它使水泥砂漿內部的應力狀態得到改善，可以承受變形而使水泥面應力減少，產生裂縫的可能性也隨之減少。同時聚合物纖維越過微裂縫，起到橋架作用，縫間都有聚合物纖維相連，所形成的聚合物框架作為填充材料跨過已硬化的微裂縫，限制微裂縫的擴展。微裂縫通常在聚合物膜較多處消失，顯示出聚合物的抗裂作用，另外聚合物有減水作用，使砂漿的水灰比減小，聚合物膜填充了水泥漿體的孔隙，切斷了孔隙與外界的通道，起到封閉作用。

丙乳砂漿與普通砂漿相比，極限拉伸率可提高1～3倍，抗拉強度提高1.35～1.5倍，抗拉彈模降低，收縮率小，抗裂性顯著提高，與老混凝土面、鋼板粘結強度提高4倍以上，抗滲性提高1.5倍，抗氯離子滲透能力提高8倍以上等優異性能，且具有無毒，施工方便，成本低，以及密封作用強，可達到防止老混凝土進一步碳化，延緩鋼筋銹蝕速度，抵抗剝蝕破壞的目的。具體性能指標見表1。

表1 丙乳砂漿典型性能指標

2.本試驗資料引致南京水利科學研究院科研成果（88年獲國家科技進步三等獎及水利電力部科技進步二等獎）。

4 丙乳砂漿的應用

結合大伙房水庫輸水工程的實際情況和技術要求，經技術論證使用丙乳砂漿對壓力隧洞襯砌混凝土質量缺陷進行修補。

4.1 丙乳砂漿的技術性能

丙乳的全稱是丙烯酸脂共聚乳液，是一種高分子聚合物的水分散體，加入水泥砂漿后為聚合物水泥砂漿。丙乳的有關技術指標見表2。

表2 丙乳的技術指標

4.2 配合比的選定

壓力隧洞襯砌混凝土分為兩種設計指標，一種是預應力混凝土設計指標為C40FgW150，另一種非預應力混凝土設計指標為C25FgW150,為了使丙乳砂漿既能滿足原設計混凝土的性能，又使之接近原混凝土的性能為最好，所以通過試驗選定了兩個丙乳砂漿的施工配合比。見表3、表4。

表3 C40FgW150預應力混凝土的丙乳砂漿配合比（重量比）

打底和最后刷面層采用的丙乳水泥凈漿配合比為丙烯酸酯共聚乳液混合液與水泥的比例為1∶2，多次試驗，經過多次拉拔試驗，其粘結強度為1.5～3.2 MPa，且均在老混凝土內部被拉壞，說明丙乳水泥凈漿粘結力是沒有問題的。

經過多次試驗，丙乳砂漿的抗拉強度38.1～42.0 MPa，抗滲大于8 MPa，抗凍大于150次。

表4 C25FgW150混凝土的丙乳砂漿配合比（重量比）

經過多次試驗，丙乳砂漿的抗壓強度25.2～32.1、抗滲大于8 MPa、抗凍大于150次。

5 施工方法

丙乳砂漿施工的環境溫度宜為10～35℃，當施工環境溫度低于5℃時，應采取加熱保溫措施。

5.1 鑿除疏松混凝土及沖洗

在補強施工前需清除基礎表面污物、灰土、松軟、脆弱部分，并對基礎混凝土面鑿毛，然后進行沖洗，修補面沖洗清潔與否，直接影響丙乳砂漿與老混凝土的粘結強度，是關系處理方法成敗的關鍵環節，必須嚴格控制 一定要用高壓風水槍沖洗，在坑洼處不得殘留雜物與污水；修補前，修補表面應多次灑水濕潤，使混凝土面達到飽和狀態，如果修補面有滴水部位，應引水處理，不得在有水部位施工，在混凝土修補前，用丙乳水泥凈漿再在修復面上涂刷一遍，以增加粘結強度。

5.2 丙乳砂漿的施工

1)丙乳砂漿的拌制。按設計配合比，采用小型強制式拌合機，先將水泥和砂子拌均勻，再加入水及丙乳，連續拌合4～5 min,停頓1 min，再拌合1 min后才能入倉。每罐拌合量，要求在30～45 min內使用完，否則就初凝了。施工時的配料誤差，水泥 、丙乳、水±1%，砂為±5%。

2)丙乳砂漿的施工方法。丙乳砂漿施工可采用擠壓式砂漿泵噴涂，或人工抹壓，前者適用于大面積施工，后者適用小面積修補，不管機械噴涂，還是人工抹壓都必須分層進行，分層厚度1～2 cm為宜，分層間隔時間以不小于初凝時間為宜。

最后一層噴涂或人工抹壓后，要涂刷丙乳水泥凈漿進行覆蓋封閉，待砂漿終凝后（約3～4 h視氣溫而定）進行噴霧養護或用塑料薄膜覆蓋養生7 d。

6 質量控制及檢測

在施工過程中，嚴格執行有關規定。先做好施工組織設計、材料性能試驗及配比試驗。使技術人員和監理人員熟知丙乳砂漿工藝流程、性能及特征指標。從原材料進場開始，嚴把質量關。對購進的材料要有出廠合格證或質量證明書、材質證明。施工過程中執行“三檢制”，監理旁站，做到發現問題及時解決。

施工過程中，對鑿除質量缺陷部位的混凝土要沖洗干凈，然后進行第一道工序驗收，涂刷丙乳水泥凈漿后進行第二遍工序驗收。噴涂或人工抹壓丙乳砂漿時，監理進行旁站監督，以控制涂層質量，最后落實養生。

同時為驗證丙乳砂漿拌合質量，每天每個工作面取一組強度試塊，總共取強度試塊為42組，抗滲、抗凍各三組。試驗成果見表5。

三組抗滲均大于8 MPa，三組抗凍均大于150次

此外對所有修補面進行外觀檢查沒有流淌鼓包，脫離等現象。

7 結語

丙乳砂漿作為一種新型修補材料，在大伙房水庫輸水工程壓力隧洞襯砌混凝土表面質量缺陷處理中取得了圓滿的成果,總計處理混凝土缺陷近百處均鋪填密實，表面平整光滑，無裂縫、流淌、鼓包、脫離等現象發生。

表5 抗壓強度表 MPa

丙乳砂漿比傳統的環氧砂漿成本要低一倍還多，而且無毒、施工方便，同基底混凝土粘結好，具有優異防滲性及很高的抗凍性等優點,克服了環氧砂漿常因膨脹系數大于基底混凝土而開裂脫落的缺點。丙乳砂漿作為修補混凝土材料，在國外與國內都有成功的先例。尤其近年來也引進到水利工程中：福建山仔碾壓混凝土堤上游防滲涂層，就用5～8 mm的丙乳砂漿涂層，南京棲霞水庫、廣西蒙山水庫等均取得了良好效果；丙乳砂漿還用在引大入秦工程隧洞防滲襯砌，北京西齋堂水庫，崇青水庫溢流面，黑龍江 鏡泊湖發電站尾渠和調壓塔，潘家口水電站等都使用丙乳砂漿對破損混凝土進行防滲修補，修補最長時間已接近十年，至今完好無損。

[1]GB50046-95，工業建筑防腐設計規范[S].

[2]混凝土聚合物復合材料及其應用[M].北京：科學技術文獻出版社，1996.

[3]混凝土工程新材料設計與施工[M].北京：中國水利出版社，1998.

[4]黃國興，陳改興，等.水工混凝土建筑物修補技術及應用[M].北京：中國水利水電出版社，2002.