峽山水庫溢洪道閘墩老化病害及修補處理

朱尊亮

（濰坊市峽山水庫管理局，山東 濰坊 261325）

峽山水庫是山東省第一大水庫，坐落于山東半島，在昌邑、高密、諸城、安丘4縣（市）交界處，水庫總庫容 14.05億m3，興利庫容5.03億m3。水庫始建于1958年11月，1960年9月建成蓄水，是一座集防洪、城市及工業供水、灌溉、發電等綜合利用于一體的大型水利工程。灌區設計灌溉面積10.2萬hm2，有效灌溉面積6.93萬hm2。在大壩安全鑒定現場檢測中發現部分閘墩混凝土結構破壞嚴重，并對其破壞原因進行了分析，提出了可能存在堿集料反應破壞的質疑。

2002年3月委托南京水利科學研究院對閘墩混凝土進行巖芯取樣檢測，以判別混凝土是否發生堿集料反應，為加固工程設計提供借鑒和依據。

本次檢測共取2組巖芯樣品，分析試驗結果表明：細集料與水泥中的堿發生了反應，生成硅酸鈉凝膠，存在典型的堿硅酸鹽反應（ASR），致使集料周圍出現放射狀裂紋；粗集料中存在碳酸鹽巖，并且與水泥中的堿發生了反應，生成水鎂石和方解石，存在堿碳酸鹽反應（ACR），致使混凝土內部產生膨脹而開裂。同時現場檢查發現閘墩表面存在較嚴重的凍融剝蝕、碳化、風化和裂縫等老化病害問題。

為了抑制混凝土內部的堿骨料反應和閘墩表面剝蝕、碳化、風化及裂縫等老化病害的進一步加劇，提高混凝土結構耐久性，延長工程應用年限，結合水庫加固工程對閘墩混凝土采取修補防護措施。

1 修補防護材料選擇

目前，應用于水工混凝土建筑物表面的修補防護材料種類繁多，良莠不齊，主要包括以下材料：

1.1 普通水泥沙漿

普通水泥沙漿是許多水利工程管理單位用來修補水工建筑物表面剝蝕破壞的常用材料，具有施工簡便、成本低的特點。但同時存在與基底混凝土黏結不牢固；溫度變形能力較低；抗凍性能較差，一般均低于D50；抗滲性能較低等缺點。

由于存在以上諸多缺點，普通水泥沙漿使用幾年后，會出現大面積空鼓、龜裂、脫落。一旦普通水泥沙漿修補層出現空鼓、龜裂后，水分很容易進入到沙漿與基礎結合層，由于有沙漿層的覆蓋，水分不易快速蒸發，致使鋼筋處于潮濕環境的時間延長，不但不能有效阻止鋼筋銹蝕，反而會進一步加劇鋼筋銹蝕的進程，導致修補失敗，這已經在許多工程應用中得到驗證。

1.2 環氧沙漿

在上世紀六七十年代，環氧沙漿大量用于水工混凝土建筑物的修補處理，具有抗壓強度高、與基底混凝土黏結強度高等特點，但存在以下問題和缺點：1）在紫外線照射下，環氧沙漿易變脆老化；2）硬度高、彈性差，在巨大溫度變化而產生較大的變形應力作用下，出現了環氧沙漿與混凝土在結合層部位的破壞脫落；3）現場施工工藝復雜，且含有大量有機溶劑，對人體有毒；4）材料費用較高。因此，環氧沙漿不適應野外環境下 （特別是陽光直曬部位）的混凝土修補。

1.3 鋼纖維沙漿

鋼纖維沙漿是在普通水泥沙漿中摻入一定量的短切鋼纖維（1%～3%左右），具有較好的抗折（彎）強度和抗沖擊性能，但由于其黏結強度、彈性、抗凍性能、抗滲性能與普通高標號沙漿非常接近，作為薄層修補材料易產生空鼓、脫落、鋼纖維銹蝕等問題，所以不適宜作為薄層修補材料，這已在多項水利工程修補處理工程中得到證實。

1.4 樹脂玻璃鋼

在上世紀80年代，我國玻璃鋼制品蓬勃發展，全國各地先后采用玻璃鋼材料對橋墩等建筑物進行整體或局部處理，這相當于在渡槽內部或橋墩外部重新做了一層襯里，與混凝土表面附著良好，在施工后的幾年內確實發揮了相當好的效果。但由于對樹脂（環氧樹脂、不飽和樹脂）在陽光直射狀況下的耐紫外線能力考慮不足，使用幾年后，出現了脆裂、與混凝土表面脫開等問題，致使修補失效。

1.5 水泥基滲透結晶材料

水泥基滲透結晶材料是由活性化學成分、微細纖維與膨脹組分、水泥及石英沙組成的一種新型高效的水泥基滲透結晶防水材料，具有滲透結晶、密實增強、補償收縮、減少開裂、防止滲漏等優越性能，主要用于工程防水、防滲處理工程。

水泥基滲透結晶材料的主要成分為水泥、沙子，其力學性能與普通沙漿非常接近，其黏結強度、彈性、抗凍性能較低而不能滿足水工混凝土的表面修補技術要求，所以不適宜作為水工混凝土建筑物表面薄層修補處理材料。

1.6 聚合物水泥沙漿

鑒于上述修補方案存在的缺陷，考慮到水工混凝土老化病害修補的特殊要求，通過考察實際應用狀況，峽山水庫溢洪道閘墩選擇使用具有較高性能、適用于水利工程修補的新型修補防護材料——SPC聚合物水泥沙漿系列修補材料及配套施工工藝。

SPC聚合物水泥沙漿是以少量的有機聚合物乳液摻到水泥沙漿中，借以改善水泥沙漿各項物理力學性能而形成的一種具有新技術性能的新型復合材料，其性能指標見表1。

SPC聚合物水泥沙漿具有以下特點：1）與基底混凝土具有較高的黏結強度，可保證修補層與基礎形成一體而不脫落；2）彈性模量較低，彈性較高，可適應由于溫度變化而產生的溫度變形；3）良好的抗裂性能，薄層修補而自身不裂；4）良好的抗滲性及抗凍性能，適應惡劣的野外環境而保持良好的耐久性能；5）良好的耐腐蝕性，可防止污水及其他腐蝕性介質對混凝土造成腐蝕性破壞；6）無毒無污染，施工簡便，成本低；7）長期野外暴露試驗結果表明，SPC沙漿具有優良的耐久性能，適用于野外惡劣環境。

表1 SPC聚合物水泥沙漿的物理力學性能指標

SPC聚合物沙漿在混凝土表面形成具有良好致密性、彈性、抗滲性、抗凍性的“薄殼”，既起到表面修補的作用，又具有良好的封閉防護效果。無論從材料性能、修補費用和施工工藝考慮，還是從工程應用實踐中考證，SPC聚合物水泥沙漿是一種理想的表面修補、防護材料。

鑒于SPC聚合物水泥沙漿優異的物理力學性能和施工特性，已在北京、河北、遼寧、湖南、內蒙古、山西、寧夏等幾十項水利工程混凝土修補中得到應用，主要工程類型包括溢洪道、閘墩、渡槽、橋梁、地下室防滲以及防腐工程等，經受住嚴峻的運行環境考驗，表現出良好的耐久性。

2 修補方案及施工工藝

參考有關大型水利工程混凝土表面修補加固的經驗，結合峽山水庫溢洪道閘墩的具體狀況，選擇采用SPC聚合物水泥沙漿、SPC界面劑、SPC聚合物涂層進行修補處理，平均修補防護厚度控制在5mm左右，具體方案見圖1。

圖1 閘墩修補防護結構示意圖

2.1 修補材料的技術要求

1）抗壓強度≥30MPa；2）抗折強度≥8MPa；3）黏結強度≥4.0MPa； 4）抗滲標號≥W12；5）抗凍標號≥F200。

2.2 施工工藝及技術要求

1）基礎處理：鑿除疏松、風化、剝蝕層至新鮮混凝土面，用高壓水沖洗干凈。

2）材料配制：SPC聚合物水泥沙漿配比：粉料:膠料=6.5:1，人工拌合；SPC界面劑配比：粉料:膠料=0.8:1，攪拌均勻；SPC聚合物涂層配比：粉料:膠料=2.5:1，攪拌均勻。

3）界面處理：充分濕潤混凝土表面，均勻涂刷一道SPC界面劑。

4）抹面：采用SPC沙漿抹面，軋實抹平。抹面厚度宜控制在15mm以內。

5）養護：潮濕養護5～7d，再刮涂1～2道SPC聚合物涂層，自然養護21d即可。

3 施工質量控制

本次施工自2008年5月20日開始，9月20日完工，共計完成閘墩表面修補防護處理面積約11000m2。施工中對基礎處理、界面涂刷、抹面及養護過程進行抽查。

1）基礎處理：經現場抽查，混凝土表面高壓噴沙處理后，均采用高壓水沖洗，混凝土表面新鮮、潔凈，無粉塵或顆粒脫落等現象。

2）界面劑涂刷：經現場抽查，混凝土表面濕潤但無積水，無漏涂、流淌現象，符合施工技術要求。

3）抹面施工：經現場抽查，SPC聚合物沙漿抹面施工過程一次性壓抹，無反復壓抹現象，修補層無開裂、空鼓現象，但表面平整性稍差。

4）養護：經現場抽查，修補層均已覆蓋薄膜灑水養護，符合施工技術要求。

5）修補層厚度：抽檢測得修補層厚度見表2，平均修補厚度符合施工技術要求。

表2 閘墩修補層厚度檢測結果 mm

6）結合性能：參考《水工金屬結構防腐蝕規范》（SL105—1995）中金屬防腐涂層結合性能檢測方法，采用切格法對閘墩修補層結合性能進行檢測，共計布置2cm×2cm方格測區7處。檢測結果表明，測區涂層與抹面、抹面與原閘墩混凝土間無脫落松動現象。此外，閘門吊裝時局部修補層被閘門碰撞，僅在碰撞點修補層破損或脫落，碰撞點附近修補層無脫落、松動現象。這充分說明SPC聚合物沙漿修補層層與層之間、修補層與原閘墩結合性能較好。

7）抗磨性能：采用鋼釘尖頭刻劃修補層和砂紙打磨方法進行檢測。采用鋼釘尖頭刻劃修補層（6處），刻劃1mm深度需要刻劃30～37次；采用砂紙打磨修補層（6處），均無粉塵或顆粒脫落現象。檢測結果表明SPC聚合物沙漿修補層抗磨性能較好。

8）現場抽樣檢測結果：施工過程中先后抽取抗壓試件4組、抗折試件4組、黏結抗折試件3組、抗滲試件1組、抗凍試件1組，檢測結果見表3。

表3 SPC聚合物水泥沙漿現場質量抽檢結果

檢測結果表明，SPC聚合物水泥沙漿的抗壓強度平均為45.9MPa，抗折強度平均為9.7MPa，黏結抗折強度平均為6.9MPa，抗滲標號為W15，抗凍標號為F150，均達到或超過設計要求的技術指標。這充分說明SPC聚合物水泥沙漿具有良好的物理力學性能，可以滿足工程修補防護的要求。

4 結語

檢測結果表明：1）SPC聚合物沙漿具有良好的致密性、黏結性能、抗沖耐磨性、抗滲性、抗凍性能，修補層與混凝土黏結牢固，沒有出現空鼓裂紋現象，在對混凝土表面修補的同時達到良好的封閉防護、防滲效果，是一種理想的表面修補、防護材料；2）作為修補防護新材料，必須嚴格按照施工工藝要求進行施工，嚴格控制施工各工序的質量，才能達到設計的修補防護功能要求；3）在今后工程運行過程中對修補防護部位加強觀測，為今后類似工程應用提供借鑒和技術依據。