环氧材料在毛尔盖水电站引水隧洞混凝土缺陷修补中的应用

杜 关，陶益民

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072)

1 前 言

毛尔盖电站引水隧洞为有压隧洞，全长16.3km。隧洞进口底板高程2 045.00m，末端调压井底板高程为2 015.00m;引水隧洞纵坡1.859‰，引用流量为219m3/s，最大流速为3.77m/s;引水隧洞沿线最大内水压力为168m水头。隧洞断面型式为圆形，内径为8.60m，采用全断面C25钢筋混凝土衬砌。引水系统具有长引水隧洞、中高水头、大流量的特点。

引水隧洞布置于黑水河左岸山体内，围岩岩性为砂岩与千枚岩互层。岩体破碎，以弱风化、强卸荷为主，约70%的洞段为Ⅳ、Ⅴ类围岩。由于山体岩层含大量千枚岩，对防止内水外渗的要求较高。

2011年7月19日引水隧洞混凝土衬砌全部完成，随即建设各方对混凝土外观质量进行详细排查，发现存在的混凝土施工质量缺陷主要包括蜂窝(漏振、欠振、酥松)、麻面(表面缺浆粗糙，或有许多小凹坑)、混凝土表面透筋(俗称肋巴骨)、错台、坑槽、半洞衬砌法所形成的水平施工缝等。上述混凝土质量缺陷的修补均应用环氧材料，修补效果良好。

2 引水隧洞混凝土缺陷修补方案

引水隧洞混凝土缺陷修补的主要思路是凿除强度过低的混凝土，覆盖强度满足要求的环氧材料，保证覆盖后的环氧材料能与原混凝土紧密结合，并具有高强、抗冲、耐磨等特性。采用的缺陷修补方案如下:

2.1 蜂 窝

(1)首先使用切割机将蜂窝涉及范围的边缘切割成多边形(注意保持切口的整齐)，如果切口之下混凝土呈疏松状则继续扩大切口范围。

(2)再采用人工或风镐凿除疏松的混凝土，直到露出密实的混凝土。若深及钢筋，则凿挖深度必须超过钢筋5cm，并将钢筋上粘接的混凝土清理干净。

(3)根据凿深选择修补材料。若凿深未透过钢筋，使用环氧砂浆;当凿深透过钢筋，使用C30细石混凝土进行填充，表面预留2cm用环氧砂浆填补。

(4)需要修补的混凝土面应清洗干净。采用细石混凝土，修补面应湿润;如采用环氧砂浆，修补面则应干燥，必要时用喷灯烘干，并仔细将所有凿挖面尤其是切口边缘，均匀涂刷环氧基液。

(5)将环氧砂浆表面压实抹光。

除蜂窝外，还有漏振、欠振、酥松等也照此修补方案处理。

2.2 麻 面

(1)使用角模机(金刚磨盘)在混凝土表面打磨，若打磨后表面足够光滑，则不做处理。

(2)打磨后表面如果不光滑，则清洗干净，干燥后用环氧胶泥均匀抹平。

2.3 混凝土表面透筋

(1)一般情况(可透视钢筋网络，但表面平整)，采取表面清洗干净，然后用喷灯烘干，再涂刮环氧胶泥，遍数以看不到肋巴骨为准。

(2)情况严重(内里钢筋已经锈蚀，导致混凝土表面胀裂渗水)的，则采取凿除开裂的混凝土，深度达到透过钢筋2cm，再用水清洗干净并烘干，最后用环氧砂浆填充并压实。

2.4 错 台

(1)混凝土错台凸起高度小于或等于2cm时，使用角模机(金刚磨盘)将凸起棱角磨除，使相邻面连接平顺即可。

(2)错台相对高度大于2cm时，应使用人工或风镐凿除错台，凿除应注意与相邻混凝土面的平顺连接，建议坡比缓于1∶10。

(3)打磨或凿除工作完成后，将表面清洗干净。

(4)如果打磨表面光滑，则不做处理;如果打磨表面不光滑，则用环氧胶泥均匀抹平。

2.5 坑 槽

(1)不可直接填充混凝土或环氧砂浆，而是将坑槽区域边缘切割成多边形，注意保持切口的整齐。

(2)若坑槽内混凝土密实，则将表面凿毛;若坑槽内混凝土疏松，则深挖至密实的混凝土。若深及钢筋时，则凿挖深度必须超过钢筋5cm，并将钢筋上粘接的混凝土清理干净。

(3)根据凿深选择修补材料。若凿深未透过钢筋，使用环氧砂浆;当凿深透过钢筋，使用C30细石混凝土进行填充，表面预留2cm用环氧砂浆填补。

(4)需要修补的混凝土面应清洗干净。如采用细石混凝土，修补面应湿润;如采用环氧砂浆，修补面则应干燥，必要时用喷灯烘干，并仔细将所有凿挖面尤其是切口边缘，均匀涂刷环氧基液。

(5)将环氧沙浆表面压实抹光。

2.6 混凝土半洞衬砌法所形成的水平施工缝

(1)纵缝开口:之前纵缝不论是否填抹，均必须对接缝一线重新开口。具体参数为:凿成U形槽，缝口宽度、深度不限，但均不得小于10cm，直至密实混凝土。

(2)为使环氧砂浆与缝面有效结合，在缝内设置φ12螺纹插筋，L=50cm，低于混凝土表面3cm，间距20cm，采用药卷固定或打膨胀螺钉(根据现场实验确定最佳方案)。目的是为了降低下一步环氧砂浆填充后进行灌浆时外水压力对其造成破坏，也对以后在内水压力下环氧砂浆可起到一定的抗拉作用。

(3)为防止止水带和环氧砂浆之间产生空隙，保证混凝土、环氧砂浆及岩石的整体性，施工纵缝内全部预埋灌浆钢管，部分应设置成花管，2m间距，管长50cm。

(4)U形槽内采用环氧砂浆充填，并按照相关要求进行试验，满足质量要求后方可进行下道工序施工(基液+环氧砂浆)。

(5)在环氧砂浆工序完成至少达7d强度后，方可进行接缝灌浆，直接采用0.5∶1水泥浆，接缝灌浆压力不应大于回填灌浆压力。检查标准为不吸浆，否则须补灌直至不吸浆为止。

(6)两条纵缝处围岩加固灌浆:在设计固结灌浆参数不变基础上，再在纵缝上下两侧各增加1排围岩加固灌浆孔，下排距缝30cm、上排距缝50cm分别钻围岩加固灌浆孔，孔深2.8m(含混凝土厚度)，水平孔间距3m，梅花形布置。围岩加固灌浆须在该段接缝灌浆完成7d后方可进行。灌浆压力同该段设计固结灌浆压力，质量检查标准为透水率不大于3Lu。

(7)灌浆顺序:先封闭纵缝，然后接缝灌浆，再按照原隧洞设计进行固结灌浆，最后加强固结灌浆。

3 环氧材料的选择及主要技术指标要求

设计单位提出了引水隧洞混凝土缺陷修补所用的环氧材料的两个重要指标:28d抗压强度fEP≥60MPa，28d 粘接强度 fnj＞2.5MPa。

经过比较和国内水电工程的实践，毛尔盖水电站工程最终选用中国水利水电第十一工程局自行研发、生产的NE－Ⅱ型环氧砂浆和NE－Ⅲ型环氧胶泥，进行引水隧洞混凝土缺陷的修补。

NE－Ⅱ型环氧砂浆和NE－Ⅲ型环氧胶泥都是以改性环氧树脂、新型固化剂及特种添加料等为基料而制成的高强度、抗冲蚀耐磨损的新型修补材料。它具有良好的力学性能和抗冲磨性能，与混凝土粘接牢固，耐久性能好。经过中国水电建设集团公司组织的科技成果鉴定，NE－Ⅱ型环氧砂浆由A组分和B组分拌制而成，A组分含环氧树脂、活性稀释剂、脱粘剂、填料及少量增韧剂，B组分含增韧剂和固化剂，其比例为A∶B=15∶1。NE－Ⅲ型环氧胶泥也是由A组份和B组分拌制而成，其比例为A∶B=2∶1。在环氧胶泥中可以加入水泥，所加水泥量应不大于胶泥重量的30%，一般以10% ～15%为宜。

NE－Ⅱ型环氧砂浆和NE－Ⅲ型环氧胶泥具有以下特点:

(1)良好的触变性能。静置状态下材料因三维网络的存在而呈不易流动的凝胶态，即使涂抹在顶部或侧面等凹槽、孔洞内也不会产生变形、流挂等现象，易于保证施工质量;当受到搅拌、挤压等剪力作用时，体系的三维网络结构遭到破坏呈良好流动性流变态，易于施工操作。

(2)良好的自流平性。施工中产生的缩孔、刮痕等缺陷在其固化过程中能够自动愈合，易于保证施工质量。

(3)与混凝土良好的匹配性。具有较低的弹性模量和良好的柔韧性，能够提高固化体系的抗冲击性能，抵御外力引起的变形，不易脆性破坏。

(4)无毒、无污染。国家建筑材料测试中心对NE－Ⅱ型环氧砂浆和NE－Ⅲ型环氧胶泥按室内装修材料测试方法进行毒性试验，结果表明:各项主要毒性成分的含量均远低于国家标准规定的合格值。

(5)适用条件广泛。NE－Ⅱ型环氧砂浆和NE－Ⅲ型环氧胶泥为系列化产品，能够适合于干燥面、潮湿面以及低温环境等不同施工条件的需要。

(6)力学性能优良。与混凝土粘结牢固，不易在粘结面开裂。

4 环氧砂浆及环氧胶泥施工方法及工艺流程

在施工方法及工艺流程上，主要有4个步骤:

(1)基面处理:对混凝土基础表面进行处理，清除基面上的乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料，再用高压水或高压风清除表面沙粒、粉尘。

(2)环氧砂浆和环氧胶泥的拌制:按给定比例分别称量A、B组分。环氧砂浆采用转速不大于300r/min的专用基液搅拌器搅拌，环氧胶泥采用广口容器混合搅拌，拌和至颜色均匀后即可使用。环氧胶泥中可以加入水泥，水泥加量应不大于胶泥重量的30%，一般以10% ～15%为宜。

(3)环氧砂浆和环氧胶泥的涂刷:环氧砂浆的涂刷，首先涂刷基液，在处理好的混凝土基面上用毛刷均匀地涂刷薄层底层基液，尽可能做到薄而均匀、不流淌、不漏刷。待基液初凝(表面不流动，指触拉丝)时，用抹刀涂抹环氧砂浆，涂抹时要边压实边抹光。环氧胶泥的涂抹分三个步骤:第一步打底。使用三角铲或小型抹刀把施工面上的气孔、麻面用环氧胶泥填满。第二步找平。打底完成后即可使用刮刀涂抹第一层环氧胶泥，把施工表面找平。第三步罩面。待第一层的环氧胶泥基本固化时(施工后约4～24h)，用刮刀刮抹第二层环氧胶泥，要求薄而均匀，并且刮抹好的施工层表面要平整、光滑、无施工涂抹搭缝及划痕等。

(4)养护:环氧砂浆在施工完成后的3d内，环氧胶泥在施工完成后的24h内，避免被水浸、人踏、车压以及受到其它外力的撞击、划擦等。

环氧砂浆和环氧胶泥施工工艺流程见图1、2。

图1 环氧砂浆施工工艺流程

图2 环氧胶泥施工工艺流程

5 施工质量检测

根据合同条款、设计要求和DL/T5193－2004《环氧树脂砂浆技术规程》的规定及要求，重点对NE－Ⅱ型环氧砂浆和NE－Ⅲ型环氧胶泥进行28d抗压强度和28d粘接强度的试验检测。

抗压强度fEP检测:施工期间应对到场的每批次环氧砂浆原材料进行抗压强度试验。环氧砂浆共抽检25组，环氧胶泥共抽检20组，检测结果见表1。

从表1可以看出，环氧砂浆和环氧胶泥试件的各组检测数据抗压强度均大幅超过了设计要求的60MPa的标准，说明环氧砂浆和环氧胶泥抗压效果良好，能够承受引水隧洞的高水头压力。

粘结强度fnj检测:环氧砂浆和环氧胶泥由于在现场不易进行拉拔试验，采取外送方式委托水电五局中心试验室进行检测。试验检测均采用与C50混凝土粘接拉拔试验，检测情况统计见表2。

表1 环氧砂浆和环氧胶泥28d抗压强度试验统计

表2 环氧砂浆和环氧胶泥28d粘结强度试验抽检统计

从表2看出，环氧砂浆和环氧胶泥的各组检测的粘接强度均大幅超过了设计要求的2.5MPa的标准，说明环氧砂浆和环氧胶泥与混凝土面的粘结情况是良好的。

6 应用效果

2011年9月30日毛尔盖水电站引水隧洞混凝土缺陷修补施工全部完成，2011年10月11日建设各方完成对引水隧洞混凝土缺陷修补联合验收。从施工工序、工艺流程及质量控制、试验检测情况看，环氧砂浆和环氧胶泥的施工质量满足设计和技术规程要求。2011年10月16日毛尔盖水电站开始充水发电，引水隧洞运行至今未见任何异常。