某水利枢纽发电洞混凝土防腐处理设计与研究

魏建魁

(新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐830000)

1 概 述

混凝土结构在受到外部侵蚀物质的影响时，其侵蚀的速度主要取决于混凝土的密度、物质的浓度和水泥的品种。因此，在对混凝土进行防腐处理时应该从混凝土结构侵蚀的内部结构着手，全面研究每种防腐施工处理方案。混凝土防腐处理方案的总体方法应该采取措施把混凝土与侵蚀水分离，切断侵蚀水源;增强混凝土的密实度，提高混凝土抗渗透的破坏能力;选择抗侵蚀性能好的混凝土胶凝材料处理［1］。

2 方案比选

在研究决策发电洞竖井段防腐处理方案时，有2个关键性的问题:①如何安全处理已浇筑的混凝土井壁;②如何选择防护和胶凝材料，以抵抗四种强侵蚀介质对混凝土井壁的腐蚀破坏。

3 竖井混凝土处理方案

根据竖井段混凝土心墙的强度试验，28 个芯样中有6 个芯样抗压强度＜25 MPa，占总试样的15%，且主要都位于黄钾铁矾矿脉附近。这说明竖井混凝土的强度质量绝大部分是完好的。而且未发现腐蚀破坏的痕迹。对竖井混凝土的处理主要有以下4 种意见:①拆除即全部或部分拆除竖井段混凝土;②保留井壁混凝土，并在竖井外侧开挖一个1 m宽的圆形井，这样就能够为防腐施工处理提供便利;③保留井壁混凝土，加强竖井围岩固结灌浆和帷幕灌浆，形成阻水防渗圈，并与发电洞平行，开挖排水廊道;④在对井壁围岩进行固结灌浆、帷幕灌浆的同时，并在现有混凝土井壁上采用防腐处理，即缩小管径，浇筑40～50 cm厚的混凝土防腐层。在方案比选时着重考虑了施工费用低、安全可靠，除恶务尽施工影响最小，施工方案切实可行等主要因素，最终选定方案二，即首先在竖井底部钻孔开挖，形成圆形通道后再自下向上采用控制爆破进行开挖。

4 防腐施工设计处理方案

鉴于发电洞竖井处于黄铁矿脉硫酸水溶液(pH=3 ～4)和硫酸盐(=12487 mg/L)的特强侵蚀带，并同时伴随有镁盐(Mg2+=2675 mg/L)及氯盐(CL－=1775 mg/L)多种离子共存的复合侵蚀作用，因此竖井混凝土的防腐处理既要考虑施工操作的简单便行，费用低，又要考虑选择能够抵抗外部环境物质腐蚀的最佳材料。为此经过多方调研及专家咨询，我们在选定方案二的同时，采用了南京水利科学研究院优秀科研产品丙烯酸酯共聚乳液(简称丙乳)，PU3 高级耐磨防渗防腐涂料，PU4 改性聚氨酯灌浆料以及HLV－Ⅻ防水堵渗剂等材料，并由南京水利科学院派专家现场咨询指导方案实施。

丙乳加入水泥砂浆就变成聚合物水泥砂浆，一种高分子聚合物的水分散体，它的优点是能够黏结、抗裂、防渗、防腐、抗离子渗透等特性，适于水工建筑物、工民建等钢结构和钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程，丙乳砂浆还能而稀酸、尿素、苯等化学介质腐蚀，已列入国家《工业建筑防腐设计规范》GBJ46—82 作为化工耐腐蚀材料选材。

丙乳砂浆与同灰砂比普通水泥砂浆相比主要性能为:①抗拉、抗折强度分别提前了35%和50%;②抗裂性能强，收缩性小，弹模较低;③与混凝土基底黏合强度能够提高4 倍以上;④密实性能够明显提高，1 天吸水率降低5 倍，抗渗性能提高1.5 倍，抗离子渗透能力能提高9 倍;⑤能够抵抗2%硫酸，5%以下盐酸，硝酸及氢氟酸(PH ＜1)、氨水、尿素、乙醇、苯等化学物质腐蚀。

PU3 耐磨防渗防腐涂料能耐硫酸、强碱及各种盐类腐蚀，具有良好的耐磨性、防渗性及抗冲击强度。可适于各种材质结构的防腐防渗保护。PU4 改性聚氨酯灌浆遇到水后可以分散、乳化、发泡，能够马上进行融合反应，融合后的固结体拥有优良的延伸性、弹性和抗渗性，拥有较强的防水堵漏特点，固结体主要指标为:①黏结强度＞1.0 MPa;②抗压强度＞1.5 MPa;③抗渗性＞0.8 MPa;④渗透系数10－6－10－8cm/s。

由于竖井长度约30 m左右，要想将井壁混凝土衬砌保留完整不受破坏，同时不受控制爆破的影响，因此，对于防腐施工要分成3 个步骤进行，即开挖一段修复一段。

首先在竖井底部开孔进行水平环现岩石开挖，再采用“溜矿采矿法”对混凝土衬砌外岩石进行控制爆破，在爆破过程中对原衬砌混凝土进行监控，防止井壁混凝土受爆破影响。最后将井壁混凝土外侧挖成宽度＞1 m的圆形洞，能为防腐处理提供足够的操作平台。

将圆形洞开挖后凹凸过大部位用榔头、簪子做些简单的处理，最后再用高压水将洞壁清冼干净，将松动部位、污泥、碎渣清理干净等，在检查混凝土衬砌的腐蚀情况时，对于腐蚀部位要做清除处理，同时要检查洞壁腐蚀水的渗漏情况，如有渗水的点或裂隙，则沿缝隙或点凿槽，用HLC—Ⅻ堵渗剂做成灌浆通路，并在其内部埋设灌浆嘴，先将内部渗水引出再进行灌浆处理。

将洞壁上不渗水的地方抹上丙乳净浆，同时用丙乳砂浆做适当找平处理。丙乳砂浆的做法是:在混凝土表面先抹刷丙乳净浆，丙乳净浆的配合比为水泥:丙乳=2∶1，处理时要在丙乳净浆没有硬化前刷上丙乳砂浆，丙乳砂浆配比为水泥∶砂∶丙乳=1∶1.5∶(0.3－0.35)，在抹丙乳砂浆时每次厚度必须控制在1cm 以内，抹完一层丙乳砂浆时在其表面必须刷涂丙乳净浆，以便抹下层时能与其结合成一个整体。丙乳砂浆选用525#光滑，无裂缝出现。砂浆性能指标为:①黏结强度＞30 MPa;②抗压强度＞30 MPa;③抗拆强度＞3 MPa;④2 天吸水率＜4%;⑤MPa 水压恒压24 h渗水高度＜3.5cm。

等灌浆通路凝固并且能够承压以及将渗水部位附近丙乳砂浆做好后，再用PU4 改性聚氨酯灌浆堵渗，在处理时要根据不同的渗水情况，将灌浆压力控制在0.1 ～0.2 MPa。在前二阶段施工时，圆洞顶部岩石如果渗水且顺着混凝土表面流水的可以采用上堵下排方式处理，以便在浇筑圆洞填充混凝土时防止渗水进入仓内。

用丙乳防腐砂浆处理完混凝土缺陷及灌浆堵渗后，在防腐砂浆表面较干时再刷涂PU3 耐磨防渗防腐涂料，共涂二遍，在整个面刷涂均匀，黏结牢固。对局部水源较丰富区域采用预先在表面布管，用0.6 mm防渗薄膜覆盖在管上使其与后浇填充混凝土隔离，在浇筑完填充混凝土后，二次化灌PU4 改性聚氨酯作加强处理，同时在相对应的老混凝土衬砌部位做3cm 以上丙乳砂浆及涂刷PU3 防腐涂料处理。可以说该处理方案不仅切实可行，而且防腐效果良好，安全可靠。

［1］梁永江，王军，贺建国.水利枢纽发电洞防腐处理效果评价［J］.东北水利水电，2008，26(11):3－5.