淺談JME 改性環氧樹脂砂漿修補水利低壩壩面施工方法

何 璠，劉 鑫，王玉龍

（西安市引湑濟黑調水工程管理中心，陜西 西安 710000）

西安市引湑濟黑調水工程通過無調節WES 低壩壅高水位，通過輸水隧洞將湑水河之水自流調入黃河流域的黑河上游，水自流流入黑河金盆水庫，工程運行十年，累計為西安市調水4.8 億m3，為改善西安市水資源短缺發揮著重要作用。無調節低壩為WES 型堰，主要作用為確保湑水河下游河流生態及灌溉用水、調節汛期水量。低壩設計流量為460 m3／s，校核流量為640 m3／s，運行8 年，抵御洪水最大流量956 m3／s，運行時長約11520 h。由于長期受到高速水流沖刷、洪水期大量砂石撞擊以及冰凍等影響，在低壩的直線段與反弧段相接處，混凝土面層沖蝕面積50 m2，沖蝕厚度為2 cm，鋼筋裸露面積約8 m2，混凝土掏空平均深度約13 cm 。需要砂漿對其表面進行修補。

1 施工修補材料的對比選擇

1.1 預縮砂漿

預縮砂漿是經拌合好之后，再歸堆放置30 min～90 min，再進行使用的干硬性砂漿，水膠比較小，一般為0.3～0.4。采用預縮砂漿修補處于高速區混凝土的表層缺陷，可以獲得較好的修補表面平整效果，成本較低，施工簡便，是一種傳統的施工工藝。

1.2 JME 環氧砂漿

JME 改性環氧砂漿主要是由熱固性混合樹脂、活性耐磨骨料輔以柔性增韌劑、偶聯劑、抗氧化劑等多種助劑為一組份，以改性胺固化劑為另一組份的結構修補材料。JME 修補型改性環氧砂漿為雙組份包裝，A∶B=3∶1（質量比）。經過對傳統環氧砂漿的改善，使其具有一定的彈性和韌性，抗沖擊性能好，能有效地抵御高速水流對材料的剝蝕和高速水流推移質對泄水設施的沖擊；線脹性能與混凝土的脹縮性能基本匹配，與混凝土結合修補效果穩定，避免了因兩種材料的脹縮性能差異太大而使修復界面層脫離，同時，JME 環氧砂漿無有害氣體的釋放，對人身體及環境均無破壞。

1.3 相關力學性能對比

由表1 可知，預縮砂漿在熱膨脹系數、施工工藝、材料價位等方面有優勢，但是修補的力學性能在抗拉強度、抗壓、與混凝土粘結力等方面優勢均不如JME 環氧砂漿。普通環氧砂漿的抗拉、抗壓強度雖略高于JME 環氧砂漿，但是JME 環氧砂漿選用了新工藝合成的低粘度的柔韌性改性環氧樹脂，使固化物具有良好的粘結性、具有高韌性和高延伸性，工藝好，不粘抹刀，立面，仰面施工不流淌等多方面施工優勢，在與混凝土的粘結力、線性膨脹系數等方面充分彌補了普通環氧砂漿在溫度變化情況下容易從界面脫離的缺點。由于引湑濟黑調水工程修補工程量小，工程修補總費用不高，從使用的耐久性等方面考慮選擇JME 改性環氧砂漿。

表1 預縮砂漿、JME 環氧砂漿、普通環氧砂漿力學性能對比表

2 施工過程

2.1 施工流程

由于低壩表面有8 m2鋼筋裸露區，該部位平均沖刷厚度在13 cm，本次擬采取先用混凝土修補原鋼筋裸露區，待該部位達到一定強度后再用JME 改性環氧砂漿對WES 沖蝕表面進行表層修補。

施工流程為：

步驟一：鋼筋裸露處混凝土修補：混凝土基層處理 →鋼筋裸露處植筋→鋼筋裸露處混凝土修補→ 混凝土養護

步驟二：混凝土基層處理→固定厚度標尺→拌制底涂料→涂刷底涂料→拌制環氧砂漿→涂抹環氧砂漿→壓實抹平→清理工器具

2.2 施工方法

2.2.1 基層混凝土修補基面處理

做環氧砂漿面層施工時，首先確保基層的強度等級，應不低于C25。清除混凝土表面的灰塵、松動顆粒，將外露的混凝土殘渣和鋼筋網鐵銹清理干凈，用銑刨機等打毛機混凝土，并用壓力水槍將混凝土表面清洗干凈，露出、堅實的混凝土層，并確保混凝土表面干燥。

2.2.2 混凝土鋼筋裸露處修補

在舊混凝土的表面清理干凈之后，按照要求在它表面用手風鉆鉆孔，鉆頭直徑應比鋼筋直徑大5 mm 左右，鉆孔深度10 cm，孔距20 cm×20 cm，用加長桿毛刷，把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內浮塵。植入鋼筋為Φ14 mm 螺紋鋼，單根長度25 cm，彎折插入舊混凝土一端長15 cm。然后在鋼筋插入端上刷上植筋膠。把鋼筋的一邊插到孔當中，固定好了之后，植筋結束后50 h 可進行新的混凝土澆筑，以此方法讓新老混凝土更好的咬合。

提高建筑物過水表面材料的抗氣蝕性能的主要途徑是采用C50 以上的硅粉混凝土。在混凝土中摻入硅粉及高效減水劑，用顆粒級配良好、細度模數大于2.6 的中砂。砂中含泥量不大于1.0%，且不含泥塊。粗骨料為質地堅硬、強度高、最大粒徑不大于31.5 mm 的碎石。經參考類似工程，C50 硅粉混凝土水灰比0.31， 砂率41%， 膠凝材料水泥470 kg， 砂609 kg， 小石358 kg，中石535 kg，水182 kg。硅粉用量為水泥質量10%、粉煤灰20%，聚丙烯纖維0.19%，高效減水劑FDN 1.25%、引氣劑0.025%，經現場取樣試驗，混凝土抗壓強度58 MPa（28 天）。

在基層混凝土表面刷混凝土界面處理劑，人工拌制硅粉混凝土在拌制均勻后澆筑制基面上，振搗，抹平。嚴格控制施工質量，保證混凝土密實、均勻。以上混凝土沖坑填平后養護混凝土14 天，待強度大于25 MPa 后進行環氧砂漿抹平。

2.2.3 JME 環氧砂漿面層修補

（1）調線標高。在經過處理的基面上確定施工區域，由于低壩較寬，本次施工以2 m 為施工寬度依次進行施工。調線確定抗沖磨修復層的平均厚度，并在施工區的邊緣打標高點。

（2）配制界面劑并涂刷。JME 界面劑分為A、B 兩種，按照質量比例3∶1 比例拌和，材料拌和量應視施工工程量和施工強度而定。拌和時各組分應按配方要求的加料順序依次倒入拌和容器中，用攪拌器拌和至顏色均勻為止，一般應攪拌3 min～5 min。涂刷應薄而均勻，使膠液盡可能地滲入到老混凝土基面，形成混凝土界面復合層—環氧砂漿的復合體。

（3）砂漿拌和：由于引湑濟黑調水工程修補量并不是特別大，且遠離城市，機械化操作程度不高，采用現場人工拌料方式。環氧砂漿以A 組比B 組質量比例為3∶1 的量進行拌合。拌和時事先把環氧砂漿A 組分倒入容器中，用鐵鏟翻拌2～3遍，然后再把適量的B 組分散地倒在A 組分上，用鐵鏟翻拌5 min～8 min，直至環氧砂漿的顏色均勻一致為止。修補每層10 mm 的破損面積，用量為21 kg／m2。

（4）砂漿涂抹：待底涂料涂刷后應陳化20 min～60 min，以連續三次手觸拉絲至1 cm 斷開為準，方可涂抹環氧砂漿。涂料應隨用隨拌，如果材料已經膠凝，應廢棄。涂抹控制厚度與標高點相平，環氧砂漿厚度按設計要求，每次涂抹不超過10 mm。若修補的面層厚度大于10 mm，在前一層砂漿硬化并粘結牢固后進行下一層施工。按照涂抹一層基面劑，涂抹一層砂漿的方法進行。由于是WES 曲線高處作業，在施工過程中應注意腳手架的搭設及人員的安全。

2.3 養護

環氧樹脂砂漿施工完成后，應對現場材料等進行清理，低壩應暫停過水，上游應設置臨時擋板等避免大石頭滾落，重壓及撞擊砸到面層。砂漿層上應采用彩條布等遮蓋避免暴曬、雨淋等，養護期不少于7 天。

2.4 環氧砂漿性能測試結果

經對現場的環氧砂漿進行實驗測定，28 天測試結果見表2，各項結果均滿足技術指標要求。

表2 現場的環氧砂漿進行實驗測定28 天測試結果

5 結語

JME 環氧砂漿修補的樞紐低壩已運行兩年，經受住了2021 年8.20 超大洪水的沖蝕，過水目前一切良好。已修補區域低壩表面磨損3 mm 左右。JME 改性環氧砂漿在修補的混凝土沖刷面，以良好的粘結性、抗沖蝕性，無毒環保等特質有效地抵御高速水流的沖擊。在修補工程量大的情況下，可以與其他修補方法配合使用，如破損面積較大，且深度超過2 cm 時，可先用預縮砂漿或者其他混凝土材料填補，而預留表面的2 cm 左右深度，再涂抹環氧砂漿作保護層。