丙乳砂浆在压力隧洞混凝土表面缺陷处理中的应用

孔祥春，高 岩，姜伟民

（辽宁省大伙房水库管理局，辽宁 抚顺113007）

1 工程概况

大伙房水库输水工程，是由浑江桓仁电站下游引水，经由85.4 km隧洞自流至到浑河支流苏子河，再进入大伙房水库，称为一期输水工程；年引水量18.5亿m3，经大伙房水库调节后，由大伙房水库取水口通过6 m直径的隧洞（28.944 km，其中两段钢管连接，连接段为3.516 km）,隧洞后为输水管线，管线全长为232.049 km，经由抚顺、沈阳、辽阳、鞍山、营口、盘锦六市，称为二期引水工程；再由鞍山配水站将水引至大连市称之为三期工程。工程 规模之大贯通辽宁南北，受益七市两千余万人口，是辽宁振兴的基础工程。

在整个输水工程中，可由大伙房水库调节水量，一期输水管线有停水检修的时间和条件，而二期下游输水管线为双线输水，也可停水检修。唯独下游28.94 km的有压隧洞段没有停水检修的条件与时间。这就要求压力隧洞工程必须优质安全，确保安全供水。所以必须重视处理压力隧洞的质量缺陷，使得经过处理的质量缺陷完全达到设计标准，绝不允许给以后工程运行留下隐患。

2 衬砌混凝土质量缺陷及处理

衬砌处理后的混凝土外观检查，存在着一定数量的露筋、蜂窝、麻面、渗水、流白等质量问题。按照常规的处理办法，必须将疏松的混凝土全部凿除，表面处理干净，用预缩砂浆分层填充压实。但此办法存在两个致命弱点：一是只适用于水平面及侧面质量缺陷的混凝土，对于隧洞顶拱的混凝土无法施工。另一个问题是修补后的混凝土与原混凝土结合面粘结力较低，在水流冲击下容易脱落。

如果用环氧树脂砂浆修补混凝土质量缺陷，该材料虽具有强度较高，强度增长快，能抵抗多种化学物质的侵蚀等优点，但其力学性能与基底混凝土不相一致，其膨胀系数大于基底混凝土而开裂脱落，不适合潮湿面粘结等缺点，且不适合隧洞内施工（通风不良），成本很高。如参窝水库溢流面混凝土缺陷在施工期就是用环氧树脂砂浆修补的，经过几年运行后，大部分脱落，后来不得不将溢流面全部剥离50 cm，重新浇注溢流面混凝土。

3 丙乳砂浆的特点

丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液与水泥砂浆拌合物的简称，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆。丙乳砂浆是一种新型的混凝土建筑物的修补材料。具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等特性，和树脂基修补材料相比具有成本低、耐老化、易操作，施工工艺简单及质量容易保证等优点，适用于公路、隧洞、水利、工业及民用建筑等钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。

丙乳砂浆中聚合物弹性模量较小，它使水泥砂浆内部的应力状态得到改善，可以承受变形而使水泥面应力减少，产生裂缝的可能性也随之减少。同时聚合物纤维越过微裂缝，起到桥架作用，缝间都有聚合物纤维相连，所形成的聚合物框架作为填充材料跨过已硬化的微裂缝，限制微裂缝的扩展。微裂缝通常在聚合物膜较多处消失，显示出聚合物的抗裂作用，另外聚合物有减水作用，使砂浆的水灰比减小，聚合物膜填充了水泥浆体的孔隙，切断了孔隙与外界的通道，起到封闭作用。

丙乳砂浆与普通砂浆相比，极限拉伸率可提高1～3倍，抗拉强度提高1.35～1.5倍，抗拉弹模降低，收缩率小，抗裂性显著提高，与老混凝土面、钢板粘结强度提高4倍以上，抗渗性提高1.5倍，抗氯离子渗透能力提高8倍以上等优异性能，且具有无毒，施工方便，成本低，以及密封作用强，可达到防止老混凝土进一步碳化，延缓钢筋锈蚀速度，抵抗剥蚀破坏的目的。具体性能指标见表1。

表1 丙乳砂浆典型性能指标

2.本试验资料引致南京水利科学研究院科研成果（88年获国家科技进步三等奖及水利电力部科技进步二等奖）。

4 丙乳砂浆的应用

结合大伙房水库输水工程的实际情况和技术要求，经技术论证使用丙乳砂浆对压力隧洞衬砌混凝土质量缺陷进行修补。

4.1 丙乳砂浆的技术性能

丙乳的全称是丙烯酸脂共聚乳液，是一种高分子聚合物的水分散体，加入水泥砂浆后为聚合物水泥砂浆。丙乳的有关技术指标见表2。

表2 丙乳的技术指标

4.2 配合比的选定

压力隧洞衬砌混凝土分为两种设计指标，一种是预应力混凝土设计指标为C40FgW150，另一种非预应力混凝土设计指标为C25FgW150,为了使丙乳砂浆既能满足原设计混凝土的性能，又使之接近原混凝土的性能为最好，所以通过试验选定了两个丙乳砂浆的施工配合比。见表3、表4。

表3 C40FgW150预应力混凝土的丙乳砂浆配合比（重量比）

打底和最后刷面层采用的丙乳水泥净浆配合比为丙烯酸酯共聚乳液混合液与水泥的比例为1∶2，多次试验，经过多次拉拔试验，其粘结强度为1.5～3.2 MPa，且均在老混凝土内部被拉坏，说明丙乳水泥净浆粘结力是没有问题的。

经过多次试验，丙乳砂浆的抗拉强度38.1～42.0 MPa，抗渗大于8 MPa，抗冻大于150次。

表4 C25FgW150混凝土的丙乳砂浆配合比（重量比）

经过多次试验，丙乳砂浆的抗压强度25.2～32.1、抗渗大于8 MPa、抗冻大于150次。

5 施工方法

丙乳砂浆施工的环境温度宜为10～35℃，当施工环境温度低于5℃时，应采取加热保温措施。

5.1 凿除疏松混凝土及冲洗

在补强施工前需清除基础表面污物、灰土、松软、脆弱部分，并对基础混凝土面凿毛，然后进行冲洗，修补面冲洗清洁与否，直接影响丙乳砂浆与老混凝土的粘结强度，是关系处理方法成败的关键环节，必须严格控制 一定要用高压风水枪冲洗，在坑洼处不得残留杂物与污水；修补前，修补表面应多次洒水湿润，使混凝土面达到饱和状态，如果修补面有滴水部位，应引水处理，不得在有水部位施工，在混凝土修补前，用丙乳水泥净浆再在修复面上涂刷一遍，以增加粘结强度。

5.2 丙乳砂浆的施工

1)丙乳砂浆的拌制。按设计配合比，采用小型强制式拌合机，先将水泥和砂子拌均匀，再加入水及丙乳，连续拌合4～5 min,停顿1 min，再拌合1 min后才能入仓。每罐拌合量，要求在30～45 min内使用完，否则就初凝了。施工时的配料误差，水泥 、丙乳、水±1%，砂为±5%。

2)丙乳砂浆的施工方法。丙乳砂浆施工可采用挤压式砂浆泵喷涂，或人工抹压，前者适用于大面积施工，后者适用小面积修补，不管机械喷涂，还是人工抹压都必须分层进行，分层厚度1～2 cm为宜，分层间隔时间以不小于初凝时间为宜。

最后一层喷涂或人工抹压后，要涂刷丙乳水泥净浆进行覆盖封闭，待砂浆终凝后（约3～4 h视气温而定）进行喷雾养护或用塑料薄膜覆盖养生7 d。

6 质量控制及检测

在施工过程中，严格执行有关规定。先做好施工组织设计、材料性能试验及配比试验。使技术人员和监理人员熟知丙乳砂浆工艺流程、性能及特征指标。从原材料进场开始，严把质量关。对购进的材料要有出厂合格证或质量证明书、材质证明。施工过程中执行“三检制”，监理旁站，做到发现问题及时解决。

施工过程中，对凿除质量缺陷部位的混凝土要冲洗干净，然后进行第一道工序验收，涂刷丙乳水泥净浆后进行第二遍工序验收。喷涂或人工抹压丙乳砂浆时，监理进行旁站监督，以控制涂层质量，最后落实养生。

同时为验证丙乳砂浆拌合质量，每天每个工作面取一组强度试块，总共取强度试块为42组，抗渗、抗冻各三组。试验成果见表5。

三组抗渗均大于8 MPa，三组抗冻均大于150次

此外对所有修补面进行外观检查没有流淌鼓包，脱离等现象。

7 结语

丙乳砂浆作为一种新型修补材料，在大伙房水库输水工程压力隧洞衬砌混凝土表面质量缺陷处理中取得了圆满的成果,总计处理混凝土缺陷近百处均铺填密实，表面平整光滑，无裂缝、流淌、鼓包、脱离等现象发生。

表5 抗压强度表 MPa

丙乳砂浆比传统的环氧砂浆成本要低一倍还多，而且无毒、施工方便，同基底混凝土粘结好，具有优异防渗性及很高的抗冻性等优点,克服了环氧砂浆常因膨胀系数大于基底混凝土而开裂脱落的缺点。丙乳砂浆作为修补混凝土材料，在国外与国内都有成功的先例。尤其近年来也引进到水利工程中：福建山仔碾压混凝土堤上游防渗涂层，就用5～8 mm的丙乳砂浆涂层，南京栖霞水库、广西蒙山水库等均取得了良好效果；丙乳砂浆还用在引大入秦工程隧洞防渗衬砌，北京西斋堂水库，崇青水库溢流面，黑龙江 镜泊湖发电站尾渠和调压塔，潘家口水电站等都使用丙乳砂浆对破损混凝土进行防渗修补，修补最长时间已接近十年，至今完好无损。

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[4]黄国兴，陈改兴，等.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].北京：中国水利水电出版社，2002.