混凝土修补材料在水电工程中的应用

张冠楠

（河北省石津灌区管理局，石家庄050000）

裂缝、渗漏、剥蚀是混凝土建筑物比较普遍的病害，如果不进行妥善处理，会对水工建筑物的耐久性造成很大的危害［1］。常用的修补材料主要有表面嵌填堵漏材料、表面防渗材料、裂缝灌浆材料、剥蚀破坏修补材料、磨蚀破坏修补材料、结构补强加固材料、水下修补材料、化学侵蚀防护材料等8类。针对水电工程出现的裂缝、伸缩缝与施工缝渗漏等缺陷，选用的修补材料有环氧类浆材LPL和水溶性聚氨酯LW（裂缝灌浆材料）；SR-2塑性止水材料和聚硫建筑密封胶（嵌缝密封类材料）；氯丁橡胶板材和SR复合防渗盖片（表面防渗片类材料）等修补材料。

1 裂缝灌浆材料

1.1 LPL浆材

有氧类LPL浆材通过检测结果看出，LPL浆材6组7（8）d抗压强度，除一组偏低（可能是浆材固化剂量不足所致）外，其余均满足设计要求，且有4组超过70MPa：7（8）d抗压弹模（1.22～2.69）GPa，5组中有2组略高于设计要求，7d抗拉弹模2.22GPa满足设计要求；7d、14d的极限拉伸（17.71～25.74）×10-4，轴拉强度3.77～6.08MPa，7d、14d的枯结强度5.00～8.03MPa。

试验先将混凝土抗渗试件劈开，将人造宽0.22～0.30mm缝隙，用角磨机打磨接缝，灌入LPL，13d龄期后，进行抗渗试验，加水压1.6MPa，历时12d。然后，将灌浆试件沿灌浆缝劈开，检查是否渗水。结果表明LPL灌浆面呈干燥状态、无渗漏痕迹，抗渗标号大于W16，LPL灌浆缝抗渗性能良好。

1.2 LW浆材

低强水溶性聚氨酯LW浆材是一种聚氨基甲酸酯类的高分子材料，其分子结构中含有较多具有亲水基团的分子链段，两端为异氰酸基团，LW具有良好的亲水性能，遇水后很快与异氰酸根发生化学反应，浆液粘度增大，最终形成具有网状结构且不溶于水的聚合体，具有一定的强度和弹性。

LW浆材的粘度、凝胶时间、包水量、遇水膨胀率的检测结果表明，LW凝胶时间和包水量都满足设计要求，而粘度和遇水膨胀率不满足设计要求。

LW灌材的固化特性试验，在边长450mm立方体混凝土试件中钻4个孔，孔径100mm、深250～300mm左右，预先在各个孔中注水饱和，经16h后将孔中的水排出，并用湿布将余水吸出；孔壁呈湿润状态，将LW灌入3个孔中，高250mm左右；l号孔的邻孔4号孔注满水，孔壁厚10mm左右，期望能有渗水入l号孔，补给l号孔LW浆液固化，实际因混凝土密实无水渗入，因此l号、2号孔的固化程度是相同的，即首先是LW在孔壁四周及孔口表面的浆液固化，且固化体具有弹性，在第4d用探针（Φ5mm）测得表面具有相对强度较高的30mm深度，而后浆液从探针插孔中冒出，此时浆液已变浓，表明4d已部分固化。经15d时间发现孔中LW已全部固化。3号孔LW浆液注入后，在其表面加入3%水（未搅动），瞬时在表面起泡反应约1～2mm高度泡沫，第4d观察早已固化，LW具有较强的弹性和韧性。LW本身通过孔内表面湿润就可以固化止水。

2 嵌缝密封材料

2.1 SR-2塑性止水材料（胶泥）

SR-2塑性止水材料由丁基橡胶和有机硅等高分子材料组成，主要应用于面板堆石坝的周边缝和垂直缝及各种水工混凝土结构缝、迎水面裂缝的表面止水处理。

SR-2胶泥抗渗试验，先将抗渗试件底部锯掉10mm，然后劈开形成一条缝，再将试件底部刷干净，涂刷基液2遍，填充胶泥厚7～8mm，一次加压1.5MPa，稳压10d，混凝土无渗水现象，在混凝土缝隙处仅有l8～75mm渗水高度，平均渗水高度45mm；SR-2胶泥抗渗性>1.5MPa。另外，将缝隙以外的混凝土再劈开，混凝土呈干燥状态，表明SR-2胶泥具有很高的抗渗性能。

由SR-2胶泥的耐久性及其他性能检测结果可以看出，SR-2 粘结伸长率383%，满足设计要求（250%），耐热性（80 ℃、45°倾角、5h流淌值）3mm满足材料性能指标（<4mm）要求。

低温柔性，无裂纹和剥离现象。其耐水性和耐碱性经60d试验后观察SR-2表面无裂纹、无变形，耐人工老化性经1000h试验后观察SR-2表面无裂纹、无变色、无粉化。

2.2 N型B类双组分聚硫建筑密封胶

结构止水缝渗漏处理，在II型表面封堵嵌填材料设计采用N型B类双组分聚硫建筑密封胶。抗渗试验：将混凝士抗渗试件劈成对称的两半，在试件凿出20mm×40mm（宽×深）的槽，槽内清理干净后涂刷基液2遍（均匀不粘手），将预先配制好的密封胶嵌入槽内，其余迎水面及试模周边的密封，当采用SR胶泥封堵时，发现与建筑密封胶结合处有SR胶泥被稀释的明显现象，抗渗试验漏水，以后改用环氧树脂封堵。在嵌缝完成后采用加速固化方法80 ℃、3～5h，双组分配方A∶B=10∶1，抗渗试验采用逐级加压法加至1.0MPa，未出现渗漏现象，抗渗标号大于W10。

3 表面防渗片材料

3.1 氯丁橡胶胶板

耐碱试验根据耐稀酸碱橡胶管HG2183—91标准，在15%的NaOH溶液中浸泡72h，取出10h后观察外观及测定拉伸强度与扯断伸长率，试验实际浸泡106h，其拉伸强度与扯断伸长率没有降低。

氯丁橡胶试件经过250次冻融循环，试件无裂纹、重量无变化，其拉伸强度为9.55MPa，拉断伸长率为550%。

3.2 SR复合盖片

3.2.1 SR复合盖片抗渗试验

先将劈开（中间）的混凝土抗渗试件底部磨掉厚7～8mm，吹刷干净后涂刷2遍基液。然后将SR复合盖片粘贴在混凝土表面，其周边用SR-2胶泥密封，共做2个试件。一次加压至1.5MPa水压，恒压240h，没有发现渗水现象，渗水高度约50mm。以上试验结果表明，SR复合盖片的抗渗标号大于W15。

3.2.2 模拟坝面裂缝抗渗试验

先将混凝土抗渗试件劈开（中间），底部磨去厚10mm，在缝线两边切割V形槽，吹刷干净后刷2遍基液，嵌填SR-2胶泥，再涂刷基液，粘贴120mm×120mm的SR复合盖片，最后在盏片四周用SR-2胶泥密封。

在混凝土抗渗仪上做一次加压至1.5MPa水压试验（4个试件），恒压240h，4个试件混凝土裂缝无渗水现象。沿试件原裂缝劈开，有2个试件缝面没有渗水，另2个试件缝面有渗水。渗水原因是SR复合盖片四周个别处密封不严和混凝土本身渗水所致，因此对此2个试件重新进行了密封，然后在抗渗仪上做一次加压至1.5MPa，恒压197h，2个试件混凝土缝面均无渗水现象。说明用SR-2胶泥及SR盖片处理的混凝土抗渗标号仍大于W15。

3.2.3 抗冻耐久性试验

（1）SR复合盖片原材料经过250次8 ℃～17 ℃冻融循环试验后，试件完整、无裂纹、柔软性、光泽无明显变化，说明SR复合盖片抗冻性好。

（2）将试验用过的混凝土抗冻试件，切掉10mm，混凝土试件90mm×90mm×400mm，模拟混凝土标准试验，将试件用SR盖片粘贴后进行抗冻试验，混凝土冻融循环100次，相对动弹模数73.7%，混凝土冻融循环250次，相对动弹模数76.2%，说明SR盖片对于混凝土抗冻耐久性有一定的保护作用。

4 结语

（1）LPL浆材抗压强度高（50.1～92.5MPa）、抗压弹模低（1.22～2.69GPa）、粘结强度高（>5MPa）、轴拉强度较高（3.77～6.08MPa），基本满足设计要求。

（2）LW浆材固化特性试验表明，对内径100mm的大孔中灌注250mm深的LW浆材（孔壁湿润），在表面加3%水的（未搅动）4d全部固化；在表面未加水的15d也能全部固化。LW的包水量检测结果满足设计要求，而粘度、凝结时间和遇水膨胀率检测结果都不满足设计要求。

（3）SR-2胶泥抗渗性和粘结伸长率均满足设计要求，经60d耐水性和耐碱性试验观察SR-2表面无裂纹、无变形，经1000h耐人工老化性试验后观察SR-2表面无裂纹、无变色、无粉化。拉伸粘度性检测结果满足设计要求，一次加压1.5MPa、稳压10d不渗水，抗渗性高。

（4）N型B类双组分聚硫建筑密封胶性能检测结果均满足产品技术指标的要求。

（5）氯丁橡胶板的厚度稍厚外，拉伸强度、撕裂强度、断裂伸长率、热空气老化等性能检测结果都满足设计要求。

（6）SR复合盖片抗渗性大于1.5MPa，模拟大坝上游面裂缝处理抗渗试验结果表明，在1.5MPa水压恒240h，混凝土裂缝表面无渗水现象。对产品本身质量检测结果表明，其厚度与横向抗拉强度达到产品性能指标，而纵向拉伸强度和纵、横向撕裂强度未达到产品性能指标，这可能是由于试件制备不规范而导致结果有偏差。

［1］叶姣凤，冯利邦，张粉芹，等.混凝土修补用环氧树脂的抗冻融性能研究［J］.非金属矿，2011，34（4）.

［2］李伟，冯春花，李东旭.水工混凝土结构裂纹修补加固材料的研究进展［J］.材料导报，2012，26（7）.

［3］金瑞浩.化学灌浆在面板裂缝处理中的应用［J］.长江科学院院报，2000（6）.

［4］王庆富，宗成中.TPI改性氯丁橡胶的性能研究［J］.世界橡胶工业，2009（9）.

［5］李玉琳，廉慧海.合成行维用于混凝土防裂和抗渗的研究［J］.新型建筑材料，2000（10）.