十三陵水库溢洪道碳化及裂缝处理（邵洪波,王万鹏,牛淑珍,欧阳海滨）

摘要：介绍了SPC 聚合物水泥砂浆及HK- G- 2 型环氧灌浆材料在十三陵水库溢洪道碳化处理及裂缝处理过程中的应用情况。

关键词：溢洪道 碳化处理 裂缝处理

中图分类号TV651.1 文献标志码B 文章编号1673 - 4637 ( 2007) 05 - 0028 - 04

1 工程概况

十三陵水库紧邻著名的十三陵风景区, 是国内外知名的一座水库。该水库位于温榆河北支东沙河上,地处北京以北约40 km 的昌平区原东山口村, 水库以上流域面积为223 km2, 控制东沙河流域的84%。水库枢纽于1958 年1 月开工修建, 同年6 月30 日建成,是一座防洪、发电、供水综合利用的水利工程, 主要任务是保证东沙河下游地区的防洪安全, 同时作为十三陵抽水蓄能电厂下池, 担负电厂天池水位、水量调节的重要作用。

十三陵水库经过40 余年的运行, 由于运转时间较长、自然风化、冻融破坏等一些不利因素的影响, 导致溢洪道混凝土碳化及冻融破坏较明显, 两侧边墙裂缝较为严重等。为了防止水库运行状况的进一步恶化,对水库采取了除险加固处理, 其中溢洪道混凝土碳化处理是加固工程的一部分。

2 溢洪道混凝土碳化处理主要施工方法

十三陵水库溢洪道碳化处理采用了北京市水利科学研究所开发研制的SPC 聚合物水泥砂浆, 它是以丙烯酸酯及VEA 树脂为主要基料, 掺加特种表面活性剂、增塑剂、消泡剂等原料配制合成为高分子聚合物乳液( 称为SPC 聚合物乳液) , 再掺加到普通水泥砂浆中形成的一种新型复合材料。其作用机理为:①聚合物乳液对水泥颗粒具有良好的分散作用, 改善砂浆的和易性, 相应降低水灰比, 提高砂浆的致密性; ②由于聚合物高分子在水泥颗粒周围产生物理化学吸附, 形成均一的连续相, 改善了砂浆硬化体的组织结构及内应力, 大大减少了微裂缝的产生; ③聚合物交联凝结形成坚韧而致密的薄膜, 均匀分布于硬化体骨架内,起到填充孔隙、切断连通通道的作用, 使孔结构细化,改善了聚合物水泥砂浆的物理力学性能。SPC 聚合物水泥砂浆与普通水泥砂浆的性能指标对比见表1。

从以往施工经验看, SPC 聚合物水泥砂浆具有较好的粘结、防渗防水、抗裂和抗冻等性能, 且具有耐冲击、耐老化, 无嗅、无毒、不易燃等特点, 表现出良好的耐久性。

2.1 材料

(1) 水泥: 本工程采用P.O42.5 水泥, 品质符合国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》GB175-1999 的规定要求。

(2) 砂子: 采用的砂子符合《普通混凝土用砂质量标准及检测办法》JGJ52 - 92 的规定要求, 选用中砂, 质地坚硬、清洁、级配良好, 并满足表2 的质量要求。

(3) 拌和及养护用水: 水质干净, 不含有害成份、有机物等杂质, 水的其他指标满足表3 的规定。

(4) SPC 聚合物乳液: 溢洪道混凝土碳化处理、补强采用SPC 聚合物水泥砂浆进行处理, 其中的SPC聚合物乳液的各项性能指标符合表4 的质量要求。

(5) SPC 聚合物水泥砂浆: SPC 聚合物水泥砂浆是以少量的SPC 聚合物乳液掺到普通水泥砂浆中而形成的一种复合材料, 具有施工所需的和易性, 技术指标见表5。

2.2 剥蚀碳化修补厚度和施工工艺流程

采用SPC 聚合物水泥砂浆进行抹面处理, 其中底板的修补厚度不低于20 mm、挡墙的修补厚度不低于15 mm。修补施工工艺流程如图1。

2.2.1 基底处理

采用人工凿毛的方法对混凝土表面进行处理, 首先清除表面的疏松层、污垢、灰尘, 凿至坚硬、牢固、新鲜的混凝土面, 凿毛深度达到设计要求, 用高压水冲净, 经检查合格后进行抹面施工。

2.2.2 SPC 聚合物砂浆和SPC 界面剂配比的配制

根据原材料性能及施工和易性要求, 考虑到施工时的天气, 通过室内及现场拌合最终确定配比, 本工程所使用配比如下:

SPC 聚合物砂浆: P.O42.5 水泥∶中砂∶水∶SPC 乳液= 1 ∶2 ∶0.14 ∶0.4 ( 重量比) ;

SPC 界面剂: SPC 乳液∶P.O42.5 水泥= 1 ∶0.8 ( 重量比) 。

SPC 聚合物砂浆配制: 按配比将称量好的水泥、砂子、石子干拌均匀, 再将SPC 乳液和水混合加到灰砂中, 采用人工拌和方式充分拌和均匀, 1 次拌和的数量应根据抹面进度确定, 以1 h 内用完为宜。

SPC 界面剂配制: 将称量好的水泥缓慢地加入到SPC 乳液中, 边加边搅拌至无水泥颗粒、无沉淀即可。1 次拌和的数量应根据进度确定, 以1 h 内用完为宜。

2.2.3 抹面施工

先用水湿润基底混凝土, 注意不要出现积水, 然后薄而均匀地涂刷1 层界面剂, 界面剂涂刷量控制在0.4 ～0.5 kg/m2, 最后摊铺SPC 聚合物砂浆进行抹面,拍实、抹平, 禁止反复压抹以防开裂。聚合物水泥砂浆施工时的温度控制在5 ℃～30 ℃, 并要求在规定的时间内摊铺压抹均匀, 无气泡。

2.2.4 养护

SPC 聚合物砂浆初凝后, 覆盖塑料薄膜进行潮湿养护, 定时洒水保证抹面处于潮湿状态。潮湿养护7 d后, 表面涂刷1 层SPC 界面剂, 再自然干燥养护28 d即可。

2.3 效果检查

在施工过程中, 对SPC 聚合物水泥砂浆进行了取样实验, 试验结果满足设计要求, 详细情况见表6。

3 裂缝处理工艺

3.1 灌浆材料及配比

在工程施工过程中, 对溢洪道边墙混凝土裂缝宽度> 0.2 mm 的裂缝采用灌浆方法进行处理。所用材料为华东勘测设计院科研实验厂生产的HK- G- 2 型环氧灌浆材料, 分为A、B 双组份, A 组份为HK- G- 2低粘度环氧灌浆材料( 棕红色液体) , B 组份为CH 固化剂( 棕色粘稠状) , 其基本配合比为∶A 组份∶B 组份= 5 ∶1, 针对不同的裂缝宽度和气温情况, 可通过调整B 组份的参量, 调整固结时间。其主要技术指标见表7。

3.2 裂缝灌浆施工方法

(1) 灌浆孔的布置: 用刻度放大镜测量裂缝宽度,并对裂缝走向及缝长进行描述, 根据裂缝宽度、走向等确定灌浆孔的位置和数量, 布孔形式为骑缝式, 一般控制在40 ~ 50 cm 布设1 个灌浆孔。

(2) 钻孔: 采用手持式钻机进行骑缝式钻孔, 钻孔孔径比灌浆管直径大1 ~ 2 mm, 深度在10 ~ 20 cm 范围内。

(3) 凿槽: 沿裂缝凿V型槽, 槽口宽度30~50 mm,深度30 ~ 40 mm。

(4) 钻孔清理: 利用压缩空气充分清理钻孔内粉尘及裂缝面附近的混凝土碎屑, 清除松动的碎块, 露出新鲜干净表面。

(5) 封缝和埋设灌浆管: 采用SPC 聚合物砂浆进行封缝, 在封缝的同时, 埋设灌浆管并封堵严密。每孔分上下2 层埋设2 根注浆管, 一进一出, 下层为主注浆管; 上层管为排水排气回浆管。

(6) 压气检查: 当封缝材料具有一定强度( 一般24 ~ 36 h 后) , 利用预埋的灌浆管进行压气检查, 稳压压力0.3 ~ 0.4 MPa, 确定钻孔与裂缝的串通情况及封缝止浆效果, 疏通裂缝, 进一步确定灌浆参数。对于盲孔应在附近重新打孔埋管; 对于漏气严重的封缝处,重新进行封缝止浆处理。

(7) 浆液配制: 根据温度、产品性能、浆液灌入量进行配浆, 浆液要随配随用。配制浆液时, 保持浆液在25℃以下, 以提高浆材的可灌性。

(8) 灌浆: 水平裂缝由裂缝一端的钻孔向另一端的钻孔逐孔依次进行灌浆, 垂直裂缝由下至上依次灌浆, 灌浆压力由低向高逐渐上升。先灌深孔, 从下层进浆管开始注浆, 待上层回浆管排出孔内水、气后,封闭回浆管。根据吸浆量情况逐步升至设计压力, 当吸浆率小于1 mL/min 时, 保持压力延续灌注3 ～5 min即可结束灌浆。4 ～5 h 后检查注浆效果, 对管口不饱满的胶管进行第2 次注浆直至饱满。

(9) 表面处理: 灌浆结束5 d 后, 将预埋的灌浆管切除至表面2 cm 以下, 采用SPC 聚合物水泥砂浆抹面处理。

3.3 效果检查

对于裂缝灌浆处理, 在完成后取裂缝灌浆岩芯8个, 灌浆效果良好, 具体情况见表8。

4 经验与结论

(1) 在使用SPC 聚合物水泥砂浆处理溢洪道碳化时, 要尽量将施工时的温度控制在5 ℃~ 30 ℃, 以保证其质量。SPC 聚合物水泥砂浆要随配随用, 防止聚合物砂浆性能下降。

(2) 灌浆材料的正确选择是裂缝灌浆成败的关键, 应选择低粘度、低收缩的环氧浆材; 收缩大的材料需多次复灌, 不但增加投入, 而且复灌成功率小。HK- G- 2 型环氧灌浆材料作为溢洪道裂缝灌浆材料, 满足了低粘度、低收缩的特点, 具有良好的可灌性。

(3) 灌浆工艺流程比较重要, 施工中应严格遵循“从下至上, 从一边至另一边”的基本原则。

(4) 必须保证连续稳定的灌浆压力。稳定的灌浆压力是保证浆液能否使裂缝充填饱满的关键。

(5) 裂缝灌浆时应通过有效措施把孔中及缝面的水气排出, 提高可灌性。采用在孔中埋双管或在裂缝的缝口处埋排气嘴的方法可有效地排除裂缝中的水和气。

十三陵水库溢洪道采用SPC 聚合物水泥砂浆进行了表面修补处理, 并在修补之前对原有宽度> 0.2 mm的裂缝进行了化学灌浆处理。修补处理的总体效果基本良好, 大部分裂缝得到有效封闭处理, 达到了表面补强及防碳化处理的预期目的。

参考文献

[1] 十三陵水库除险加固工程混凝土病害处理施工技术要求.北京市水利规划设计研究院, 2003- 04.

[2] 王德苦, 等. 混凝土裂缝调查与修补技术[J]. 混凝土,2000( 9) .

[3] 张冬梅, 等.常见混凝土裂缝产生的原因及修补方法[J].混凝土, 2001( 10) .

作者简介: 邵洪波( 1976 — ) , 男, 工程师。

来源：《北京水务》2007年第5期