丙乳砂漿裂縫處理在山東東平湖石洼分洪閘除險加固工程中的應用

張 亮

（山東黃河河務局工程建設中心，山東 濟南 250011）

山東黃河沿黃存在著眾多的引水閘、分洪閘等涵閘建筑物，經(jīng)過多年運行，在過閘水流的沖蝕、自然碳化以及其他因素的作用下，混凝土結(jié)構(gòu)的表面陸續(xù)出現(xiàn)一些病害，具體表現(xiàn)為表面老化、混凝土麻面、剝落、裂縫等。上述病害對沿黃涵閘等眾多建筑物的安全平穩(wěn)運行造成了不利的影響，對建筑物的正常使用壽命也帶來了不利的影響。因此，對水工建筑物混凝土表面病害開展研究，分析病害出現(xiàn)原因，針對病害的類型，選擇適合的修復方法及材料是十分必要的。本文首先對水工建筑物混凝土病害中裂縫的成因進行概述，之后對國內(nèi)常用的幾種修復方法與材料進行介紹，最后就丙乳砂漿修復材料在山東東平湖石洼分洪閘除險加固工程施工中的應用進行介紹。

1 裂縫的成因及類型

1.1 常見類型

裂縫作為影響水工混凝土建筑物耐久性的重要因素，按照裂縫產(chǎn)生的時間通?？梢苑譃槭┕て诹芽p、運行期裂縫；按照發(fā)生的原因可以分為施工產(chǎn)生的裂縫、變形裂縫、荷載裂縫。

1.2 裂縫的成因

裂縫的成因主要包括以下：（1）混凝土施工澆筑過程中，熱量通過水泥的水化反應釋放出來，由于混凝土內(nèi)部與外部的溫度不一致，形成溫度差，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生了溫度應力。當產(chǎn)生的拉應力超過混凝土的抗拉強度時，在混凝土表面產(chǎn)生了裂縫；（2）混凝土結(jié)構(gòu)在收到外部約束力的作用下，由于混凝土拌合物在硬化后的體積與之前的體積相比較，變小收縮。由于收縮受到約束的影響，進而產(chǎn)生了收縮應力。此時，如若混凝土的抗拉強度小于產(chǎn)生的收縮力時形成裂縫；（3）建筑物基礎的不均勻沉陷。由于在開始工作時，沒有對建筑物的基礎進行詳細的勘察，再加之實際實施過程中遇到了軟弱破碎層，對其應對處理的措施可能不太妥當。導致工程建設完成之后，由于建筑物的荷載情況發(fā)生變化，產(chǎn)生了不均勻沉降，造成了建筑物的裂縫；（4）建筑物結(jié)構(gòu)及分縫處理不合理。水工建筑物的各類結(jié)構(gòu)通過協(xié)調(diào)組合發(fā)揮作用。設計時如果結(jié)構(gòu)選擇不恰當，會在建筑物中產(chǎn)生應力集中區(qū)，裂縫容易產(chǎn)生；（5）施工產(chǎn)生的裂縫。早期由于施工單位施工工藝、人員素質(zhì)、施工機械及質(zhì)量管控體系等原因，導致產(chǎn)生混凝土裂縫；（4）工程運行期間，混凝土結(jié)構(gòu)由于不均勻沉陷或者承受過載產(chǎn)生裂縫。

2 水工混凝土建筑物裂縫修復材料

國內(nèi)各大專院校、科研機構(gòu)及工程施工、管理單位的科技工作人員對混凝土裂縫的修復材料、修補工藝進行了諸多研究。根據(jù)修復材料的材質(zhì)類型，修復加固材料可以分為無機類、有機類、復合材料三大類。

2.1 無機類加固材料

無機類加固材料以水泥基類材料為代表。水泥基材料呈粉末狀灰色，通常用硅酸鹽水泥作為基料，添加硅砂和幾種具有特殊活性的化學物質(zhì)。其作為一種無機類加固材料，主要適用于改善混凝土結(jié)構(gòu)表面的防滲能力。通常的工程運用中，也可以在大面積的涂刷中運用。主要有普通混凝土、普通砂漿、干拌砂漿、纖維混凝土、專用修補砂漿、低坍落度混凝土、磷酸鎂混凝土和砂漿、噴射混凝土、補償收縮混凝土等。水泥基質(zhì)材料在實際運用中呈現(xiàn)出易于施工、適宜性強、強度高等特點?？紤]到其需要較長時間的養(yǎng)護，搶險搶護應急工程一般不采用。

2.2 有機加固材料

有機加固材料常見的有聚氨酯材料、聚脲材料、環(huán)氧材料和丙烯酸鹽材料等。

（1）聚氨酯材料有涂膜材料、嵌縫類材料和灌漿類材料。作為一種柔性材料，其具有易于施工的特點，同時考慮到抗紫外線性能較弱的特性，通常在大面積防滲涂刷中運用，建筑物洞室內(nèi)的防滲處理也可以采用。灌漿類聚氨酯材料可簡單分為水溶性和油溶性兩大類，其與水反應后形成不溶于水且具有一定彈性或強度的固結(jié)體，是一種快速高效的防滲堵漏材料。

（2）環(huán)氧類材料。作為常用的步槍加固材料，從使用方向的角度來考慮，可以將環(huán)氧類材料分為環(huán)氧涂料、環(huán)氧膠泥、環(huán)氧植筋膠、環(huán)氧砂漿、環(huán)氧混凝土和環(huán)氧灌漿材料幾大類。在對混凝土表面抗磨保護處理和不平整氣泡、麻面等缺陷處理時，可以采用環(huán)氧涂料、環(huán)氧膠泥，也可用于混凝土結(jié)構(gòu)補強處理。

（3）復合材料。在實際施工過程中，也可以通過將不同類型的材料采用物理的方法混合使用，形成一種或多種復合材料，力求在產(chǎn)品的經(jīng)濟實用性方面或者是在產(chǎn)品的力學特性方面達到一定的目的。常見的如居聚氨酯與環(huán)氧樹脂復合而成的灌漿材料，可同時保持聚氨酯堵水性能優(yōu)良和環(huán)氧樹脂黏結(jié)強度高的優(yōu)點。

3 水工混凝土建筑物裂縫修復方法

首先對裂縫的危害進行評價，確定補強處理標準和補強處理方案。在進行裂縫評估時，首先對現(xiàn)場裂縫的幾何尺寸指標進行測量，例如裂縫的寬度、深度等指標。其次，根據(jù)上述指標，對裂縫的危害性進行初步判斷，判斷方向分為實時性危害、非實質(zhì)性危害。之后，再結(jié)合現(xiàn)場實際情況作出判斷、得出評估結(jié)論。常見的水工混凝土裂縫修復方法有表面修補法、高壓灌漿法和填充法。

3.1 表面修補法

該方法適用于對承載力沒有影響的表面裂縫和深進裂縫的處理，也可用于大面積防滲堵漏處理。通常采用的表面修補材料有彈性涂膜防水材料、滲透型防水劑及聚合物水泥膏等。

3.2 高壓灌漿法

該方法適用于對結(jié)構(gòu)整體性能有影響或者有防水要求的裂縫修補。通常根據(jù)裂縫的性質(zhì)、寬度及現(xiàn)場施工條件選用水泥灌漿或者化學灌漿。目前國內(nèi)普遍應用的是聚氨酯漿材和環(huán)氧樹脂漿材。

3.3 填充法

該方法適用于較大的裂縫及接縫處的修補。根據(jù)裂縫的類型不同，通常選用彈性樹脂砂漿、水泥砂漿和聚合物水泥砂漿等。

4 工程應用案例

4.1 工程概況

山東東平湖石洼分洪閘位于山東省泰安市東平縣戴廟鄉(xiāng)，臨黃堤右岸大堤樁號 337+795~338+192 處，工程始建于1967 年，1976 ~1978 年進行了改建。石洼分洪閘為東平湖新湖區(qū)唯一分洪閘，其主要任務是當黃河上游發(fā)生較大洪水時，配合老湖區(qū)各進湖閘分水入湖消減河道洪量，控制艾山站下泄流量不超過10000m3/s，確保濟南市、津浦鐵路、勝利油田及艾山以下黃河兩岸廣大地區(qū)的防洪安全，工程作用極為重要。工程運行近50年后，由于河床抬高，且原閘設計標準偏低，石洼閘在運行過程中出現(xiàn)止水拉裂，胸墻有不規(guī)則裂縫，電氣及金屬結(jié)構(gòu)老化等問題。

2009年4月27日，黃河水利委員會在泰安組織召開了山東東平湖石洼分洪閘安全鑒定會議，形成鑒定結(jié)論如下：鑒于該閘存在機架橋排架、交通橋橋面板在設計工況下結(jié)構(gòu)強度不滿足要求，樁基復核老樁配筋不滿足要求，累積最大沉降量和最大沉降差不滿足要求，海漫長度不滿足規(guī)范要求，閘墩混凝土出現(xiàn)凍融損壞，啟閉設備超出使用折舊年限不能 保證正常運用，電氣設備老化等問題，該閘評定為三類閘。

2011年5月，水利部安全鑒定核查組對本閘安全鑒定進行了核查，核查意見認為：本工程安全鑒定成果包括安全鑒定報告書、工程現(xiàn)狀調(diào)查分析報告、現(xiàn)場安全檢測報告、工程復核計算分析報告、水閘安全評價總報告。其成果反映了水閘存在的主要問題，并提出了除險加固措施的建議。核查認為三類閘的鑒定結(jié)論是準確的。石洼分洪閘工程存在的諸多問題將直接威脅著該閘的安全和穩(wěn)定。直接影響著下游人民群眾的生命財產(chǎn)安全，對該閘進行除險加固是十分必要的，也是非常迫切的.

2017年1月23日，水利部以《水利部關于山東東平湖石洼分洪閘除險加固工程初步設計報告的批復》（水規(guī)計〔2017〕57號）對工程進行了批復，對石洼分洪閘進行除險加固，其中對閘墩、底板混凝土表面裂縫及老化病害處理。

4.2 閘墩、底板混凝土病害情況統(tǒng)計

經(jīng)過現(xiàn)場對石洼閘閘墩、底板混凝土結(jié)構(gòu)表面出

現(xiàn)的裂縫進行調(diào)查后得知，各部位均出現(xiàn)不同程度的裂縫，總長合計37.60m，詳見表1~表2。

表1 石洼閘閘墩混凝土結(jié)構(gòu)病害情況統(tǒng)計表

表2 石洼閘閘底板混凝土結(jié)構(gòu)病害情況統(tǒng)計表

4.3 修補方法的確定

水閘閘墩及閘底板混凝土表面的麻面和脫落，屬于凍融剝蝕及碳化老化，采取的修補方法為“鑿舊補新”，即清除受到剝蝕作用損傷的老混凝土，澆筑或涂抹滿足特定耐久性要求的修補材料?！拌徟f補新”的工藝為：清除損傷的老混凝土→修補體與老混凝土接合面地處理→修補材料的澆筑→閘墩及閘底板表層整體防護。在修補裂縫的基礎上，對底板及閘墩混凝土表面因凍融破壞引起的剝落、麻面，以及上部混凝土碳化老化問題，加固措施為鑿除原混凝土部分保護層至混凝土結(jié)構(gòu)新鮮表面，然后利用丙乳砂漿進行填補。保護層鑿除范圍為整個閘底板及閘墩表面；鑿除厚度分兩個部分，閘底板以及閘墩底部（42.79m高程以下），表層混凝土凍融破壞較為嚴重，保護層鑿除厚度為3.0cm；閘墩上部（42.79m高程以上）主要為表層碳化，混凝土保護層鑿除厚度為1.5cm。

修復補強處理步驟：a.裂縫處理，首先灑水，對整個操作面濕潤，達到飽和水，沒有明水，然后用丙乳砂漿對裂縫進行填充、抹平；b.蜂窩麻面，灑水濕潤操作面，達到飽和水但沒有明水，然后采用補強材料做成的封堵膠泥對蜂窩麻面進行填補并抹平；c.整個閘墩及底板表面進行防護處理，灑水濕潤操作面，達到飽和水沒有明水，然后對整個閘墩面抹1.5~3.0cm丙乳砂漿對整個閘墩進行整體防護；d.養(yǎng)護，對整個表面進行噴水養(yǎng)護 3~7d。實施完成后經(jīng)檢測各項指標均滿足設計要求。

5 結(jié)語

東平湖石洼分洪閘除險加固工程2018年6月施工完成，順利通過竣工驗收，經(jīng)過四年多來的運行，實施效果良好。丙乳砂漿在山東東平湖石洼閘除險加固工程中的成功運用，為山東黃河涵閘今后類似的工程中裂縫處理提供了有益的參考。