SPC聚合物水泥砂浆在三盛公水利枢纽除险加固工程中的应用

张 磊

(内蒙古巴彦淖尔市磴口县内蒙古黄河工程管理局，015200)

一、工程概况

黄河三盛公水利枢纽工程位于内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县巴彦高勒镇东南的黄河干流上。该枢纽是目前黄河干流上唯一的一座大型闸坝工程，工程规模属大（1）型工程，工程等别为Ⅰ等。工程主要由拦河闸、北岸总干进水闸、拦河土坝、总干渠跌水闸、南岸干渠进水闸、沈乌干渠进水闸等建筑物组成。三盛公水利枢纽工程1961年建成投入运行，承担着河套灌区800余万亩土地的灌溉和城市工业用水的任务，建成投入运行四十余年，发挥了巨大的经济效益与社会效益。

三盛公水利枢纽工程投入运行四十余年来，由于资金短缺、年久失修，造成枢纽工程混凝土表面冻融、剥蚀、碳化严重；根据现场检测结果，混凝土结构的碳化，其深度大于1.5cm，碳化破坏面积达14017m2，如果任其进一步发展，会使钢筋保护层逐步减小，必将引起钢筋锈蚀，从而危及枢纽工程的安全运行。因此，针对混凝土表面进行防碳化加固处理是十分必要的，也是十分迫切的。

二、混凝土的碳化机理

混凝土的碳化是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中CO2气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca（OH）2＋CO2＝CaCO3＋H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土空隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为纯化膜。碳化后使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。可见，混凝土碳化作用一般不会直接引起其性能的劣化，对于素混凝土，碳化还有提高混凝土耐久性的效果，但对于钢筋混凝土来说，碳化会使混凝土的碱度降低，同时，增加混凝土孔溶液中氢离子数量，因而会使混凝土对钢筋的保护作用减弱。

影响混凝土碳化速度的因素是多方面的。首先影响较大的是水泥品种，因不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同；其次，影响混凝土碳化主要还与周围介质中CO2的浓度高低及湿度大小有关，在干燥和饱和水条件下，碳化反应几乎终止，所以这是除水泥品种影响因素以外的一个非常重要的原因；再次，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响Ca（O H）2溶解度的物质，如水中含有Na2SO4及少量Mg2＋时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ca（HCO3）2的Mg（HCO3）2对抵抗溶出侵蚀则十分有利。因为它们在混凝土表面形成一种碳化保护层；另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土的过度振捣、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力及养护方法与混凝土的碳化都有密切的关系。

三、SPC聚合物水泥砂浆的施工及质量控制

根据对进水闸混凝土碳化的检测，其水面以上的碳化深度为35 mm（平均值），水面以下的碳化深度为15 mm（平均值），混凝土碳化的碳化深度都没有达到混凝土保护层的深度。因此，处理范围以侧导板为界线，上游在1055 m以上，混凝土的碳化处理采用表面喷涂SPC聚合物乳液的方法，涂层厚度0.3 mm — 0.5 mm，以下采用SPC聚合物砂浆抹面，平均厚度控制在1 cm；下游1053.2 m以上采用防碳化乳液涂层，以下采用SPC聚合物砂浆抹面。SPC聚合物砂浆不仅具有防止混凝土进一步碳化的能力，而且还可以防止混凝土的表面冻融、剥蚀等病害的发生。

在施工过程中为了更好的保证施工质量，我们首先根据设计要求及施工和易性的要求进行试拌。施工现场采用人工拌和，对各组成部分的配比用量在施工过程中进行了严格地控制。我们先将称好的水泥、细砂搅拌均匀，再将称好的 SPC聚合物乳液加入，充分搅拌后才进行涂抹施工。各组成部分配比在施工过程中必须严格控制。当采用人工拌和时，拌和在铁皮板上进行，这样做是为了防止拌和水流失，造成因砂浆水灰比改变从而影响砂浆的和易性，拌和用水采用符合混凝土用水标准的饮用水。

每次拌和砂浆的数量我们则根据砂浆施工的进度确定。拌和好的砂浆存放的时间一般不超过 1小时。若拌和好的砂浆未及时使用而出现干硬现象，不再加水重新拌和，将舍弃不用。

抹面施工

(1)表面凿毛。采用人工或机械的方法对病害混凝土表面进行凿毛处理，先清理表面的疏松层、污垢、灰尘，凿至坚硬、新鲜的混凝土后，再用高压水将碎屑、灰尘冲洗干净,然后才开始下一工序的施工.

(2)界面剂的涂刷。在抹砂浆之前，先按比例配置界面剂，然后在工作基面上涂刷界面剂，涂刷时要均匀，并不得有漏涂、流淌现象。以上两道工序经过现场的监理、甲方施工人员验收后才能进行SPC聚合物砂浆抹面施工。

(3)SPC聚合物砂浆抹面施工。待界面剂用手摸感到不粘手时，立即开始抹砂浆，人工压抹时,要求工人操作速度要快，且朝一个方向，力求一次用力拍实、抹平，不能反复压抹以防拉裂。

SPC砂浆应该在5～30℃的环境温度下进行施工。如果环境温度超出此范围，那么根据实际情况对材料、配合比进行及时调整。

养 护

在SPC聚合物砂浆初凝后，既进行了潮湿养护，定时喷雾洒水保证抹面处于潮湿状态，因此避免了聚合物砂浆产生的干缩裂缝；第 1天就覆盖塑料膜进行养护，2—7天后覆盖无纺布进行潮湿养护，7天后涂刷一层界面剂，然后自然养护28天。

施工质量控制

(1)为保证SPC聚合物砂浆的施工质量，我们三方建立、健全了质量保证体系。同时要求现场施工人员严格按操作程序，必须对各工序进行检查验收。

(2) 养护期间应避免震动、冲击破坏，防止污染，保持聚合物砂浆表面温度高于5℃;如SPC聚合物砂浆表面温度低于5℃时,必须采取保温措施;同时必须作好防雨措施。

(3) 在施工过程中按设计要求进行了现场抽样检验，并且在施工现场进行钻孔取芯试验，以检查施工质量。

施工注意事项

⑴在清理基面，凿除破损、松动的混凝土时，必须用钢刷除锈，使外露钢筋表面无锈蚀，使混凝土表面粗糙。

⑵在抹砂浆前 1小时，用高压水冲洗待修补部位，使混凝土表面处于潮湿状态，但表面不能存在积水。

⑶在进行修补时，无论采用机械喷涂还是人工抹砂浆，必须要求工人朝一个方向使用抹刀，并且尽量一次抹完，避免回抹。如果混凝土的碳化、冻融、剥蚀深度不超过50 mm，在其表面涂抹SPC聚合物砂浆；局部混凝土的碳化、冻融、剥蚀深度57 mm的部分，要求凿除并喷射硅粉混凝土修补后,再涂抹10-15mm 的SPC聚合物砂浆。

⑷施工时不宜在雨天,施工温度控制在5℃～30℃.

四、结束语

经过SPC聚合物砂浆修补并检测后，枢纽工程混凝土表面碳化侵蚀明显得到控制，钢筋锈蚀减缓。以此来提高混凝土的耐久性，延长建筑物的使用寿命，为今后枢纽工程继续安全运行、发挥经济效益与社会效益提供了有力的保障。