防渗抗冲磨改性环氧砂浆在水利工程快速修复中的应用

赵成先

（新疆额尔齐斯河投资开发（集团）有限公司，乌鲁木齐 830000）

1 工程概况

奴尔水利枢纽工程项目位于新疆和田策勒县奴尔河的中下游段，该项目作为当地重要的水利控制性工程项目，不仅承担着灌溉农田的作用，同时也具有发电功能。该水利枢纽工程中的泄洪冲砂洞采用了龙抬头和导流洞共同施工的方式，出口区域位于奴尔河河床的下游区域。其中导流泄洪冲砂洞的长度为109.96m，全段构成如下：①闸井；②泄洪槽；③消力池；④护坦区域。奴尔水利枢纽工程和策略县的直线距离为100km，距离乌鲁木齐直线距离1553km，交通区位条件优越[1]。

现阶段国内水利工程普遍存在耐久度不足问题，奴尔水利枢纽工程对缓解新疆和田地区的水利资源短缺等问题发挥着重要作用。为最大限度减少水利工程渗漏带来的不利影响，通过应用抗冲磨环氧砂浆，可以有效延长本水利工程的使用寿命，提升水利工程质量，因此具有重要研究意义。

2 主要施工方法

在奴尔水利枢纽工程项目施工中，要求泄洪冲沙洞内没有其他施工作业且工作面无干扰。施工环节有：①施工准备工作；②混凝土伸缩缝施工；③裂缝化学灌浆；④混凝土凿毛处理；⑤焊接钢筋材料；⑥界面剂涂抹；⑦底板混凝土浇筑；⑧环氧砂浆抹面；⑨环氧净桨涂刷；⑩镶嵌伸缩缝。

3 水利工程快速修复防渗抗冲磨改性环氧砂浆施工方案

奴尔水利枢纽工程防渗施工过程中，要严格按照《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》中的有关施工工序和流程标准进行施工。

3.1 底拱漏水部位处理

技术人员在对工程进行检查时发现，项目拱部区域存在渗漏现象，为减少渗漏对工程质量的影响，施工单位初步决定采用水溶性聚氨酯灌浆材料对水利工程的伸缩缝及裂缝区域进行灌浆处理。

3.1.1 用到的灌浆材料

溶性聚氨酯材料主要成分为异氰酸酯与伯羟基聚醚，经化学工艺合成后生成灌浆材料。将该材料应用于混凝土体的细微缝隙后，可以迅速和其中的水产生化学反应，生成具有不透水性质的凝胶材料并释放出二氧化碳气体，致混疑土材料体积增加的同时裂缝凝固。该现象在工程施工中又被称为二次扩散渗透现象，可以有效减少渗漏，增加混凝土结构的强度。和其他的混凝土灌浆材料对比，具有强度高以及毒性微弱等优势。水溶性聚氨酯灌浆材料技术指标，见表1。

表1 水溶性聚氨酯灌浆材料技术指标

3.1.2 灌浆设备

为保障灌浆质量，用德国生产的高压灌浆机进行灌浆，该设备性能优势有：①工作强度高，可实现浆液深入裂缝1m 以上；②操作便捷，可稳定施工；③占地面积小；④配有止水真，不用凿槽即可进行施工。

3.1.3 施工技术

施工作业人员根据努尔水利枢纽工程的具体情况，首先做混凝土渗水裂缝布控工作。主要采用斜孔交叉布置方式，布控间距控制在25cm 最佳，布控直径≤14mm，布控深度为混凝土厚度的1/3[2-4]。

伸缩缝布控方式基本一致，需注意对伸缩缝布控时要考虑橡胶止水带位置，严禁破坏止水带。本次灌浆应用到了旋转膨胀密封专用止水针头，施工人员借助有压喷壶对钻孔内部的杂质和粉尘进行清理，最后灌浆。灌浆前施工人员要先做好试验，试验无误后严格按照比例进行浆液配置，遵循灌浆工序和原则：①灌浆时应该秉承从低到高，沿着裂缝一侧向另外一侧逐一灌浆；②从首枚针头开始，到浆液从裂缝外溢时停止灌浆。加入第二枚针头时继续进行灌浆[5]。

砂浆封孔修整过程的具体流程：①浆液凝固后，施工人员需取出混凝土裂缝表面的止水针，并做好溢出浆液的清理，清理深度控制在5cm 以内[3]；②配置封孔材料，根据GMT 高性能改性聚合物修补砂浆的配制方法进行配置；③施工人员要将配制好的高性能改性聚合物修补砂浆填入到孔隙内，在压实后4h，该材料基本凝固，然后进行养护。

待灌浆工作结束1 周后，对灌浆裂缝进行检测，检测手段：

1）压水试验。施工单位要严格按照灌浆要求开展压水试验，当压力为0.3MPa，如果孔内吸水量＜0.01L/min，说明灌浆工艺符合水利工程施工需求。

2）进行混凝土取芯检测，待裂缝及钻孔灌浆液灌注饱满。取芯孔应用高性能改性聚合物砂浆封孔[6]。

3.2 水利工程导流兼泄洪冲砂洞冲蚀、磨蚀处理

通过对奴尔水利枢纽工程详细检查，为确保该水利工程项目的具体施工效果，采用下述方案进行处理：

3.2.1 针对磨损厚度δ ≤4cm区域处理方案

导流兼泄洪冲砂洞的磨损厚度δ ≤4cm，采用氧树脂基液处理剂和改性环氧抗冲磨修复材料予以修补。本工程项目决定使用GMT 新型快速修复抗冲磨材料专用界面处理剂双组份改性环氧界面剂和GMT 新型快速修复抗冲磨材料来进行修补。双组份改性环氧界面剂主要性能参数，见表2；GMT新型快速修复抗冲磨材料主要性能参数，见表3。

表2 双组份改性环氧界面剂主要性能参数

表3 GMT 新型快速修复抗冲磨材料主要性能参数

修补流程：①明确修补区域；②做好修补区域的面层清洁和打磨处理工作；③确保待修补区域干燥；④涂抹双组份改性环氧界面剂，保持干燥；⑤铺设GMT 新型快速修复抗冲磨材料；⑥做好修补后期的养护工作。

在确定修补区域范围时，可借助电锤工具对砼材料相对疏松的部分进行清理凿除，用工具对需要修补的区域进行检查，确定修补区域的厚度。

处理修补区域面层混凝土，可借助手持式切削器对修复区的边沿进行切削沟槽，切割深度≥1cm，防止修补区边缘出现浅缺口。在切割混凝土时须对钢筋进行防护，避免破坏原有结构钢筋。为保证修补层与旧混凝土的结合，需要凿除处理过的基面的污染物、松散颗粒，去除旧的混凝土表层的乳皮，所有的松散的集料都要敲掉，直到露出新鲜密实的集料为止。混凝土表面出现部分突起，用角磨机打磨；混凝土表面有蜂窝，麻面等缺陷，用切割机将其削去。先用压缩空气吹去表面的砂粒和灰尘，然后用高压水洗净，保持表面清洁，最后烘干。同时要调整后的抗冲磨修复层的平均厚度，并在最高点上打上标记，以确保修复的厚度。

在涂抹双组份改性环氧界面剂时，要确保涂抹薄而均匀，不易打磨得凹凸处用刷子多刷，底漆的厚度宜≤1mm。涂布后要有一段时间的间隔，可视现场测试而定，在第一次固化之前（用手触摸有明显的拉丝）来铺设修复材料。

铺筑GMT 新型快速修复抗冲磨材料时，按规定比例搅拌均匀的 GMT 快速修补抗冲磨材料，用专用刮刀将其涂在干净、平整、涂有过界面剂的基面上，一次铺设的厚度≤2cm，磨损深度为4 cm左右的，需要两次刮涂，每次都要用强力的力量将其抹光抹平，以满足平整度的要求。

3.2.2 针对磨损厚度δ ＞4cm区域的处理方案

如果水利工程枢纽的底板磨损厚度δ＞4cm，在确定工程修补区域的面层为潮湿面层时，要及时进行排水，待面层干燥后进行修补。修补水利工程底部时可应用高性能环氧混凝土材料，面层使用新型快速修复抗冲磨砂浆材料。上述两种材料的综合化使用，可以有效提升水利枢纽工程项目的使用年限和寿命。

高性能环氧混凝土材料的性能参数，见表4。

表4 高性能环氧混凝土主要性能参数

针对磨损厚度δ ＞4cm，使用高性能环氧混凝土材料充当基层材料进行修补至面层2cm 区域，然后用GMT 新型快速修复抗冲磨材料进行修复。具体的工艺流程基本与上文相同。

确定修补范围时，施工技术人员需对修补区域板块进行划分，然后逐一检查损坏情况，最终确定修补范围。待修补范围经过监理工程师确定后，要及时进行排水。

对修补区砼面层进行处理时，为确保修补区域和原有混凝土的粘连性不受影响，用角磨机材料对需要处理的面层上的污染物以及颗粒物进行磨平处理。然后清理破损区域突出的乳皮，对已经松散的骨料要全部清理，直到露出新鲜的骨料为止。如果砼材料面层存在蜂窝结构，用切割机材料将其中的脆弱区域切除。先用压缩空气吹去表面的砂粒和灰尘，然后用高压水洗净，保持表面清洁，最后用压缩空气吹干或其他方法烘干。

涂抹双组份改性环氧界面剂之前要确保面层干燥，在涂布界面剂时，要尽量做到薄而均匀，不平整的部分要反复多次涂抹，使底漆的厚度≤1 mm。

在铺筑高性能环氧树脂混凝土时，先按照要求搅拌均匀，后将其铺在干净、平整、有界面的基础上，使之保持均匀，再用强力挤压和平整，直至铺设到地面2cm 处。在固化之前，用铁耙对其表面进行拉拔，以提高其与新型的快速修补耐磨材料的结合强度。

高性能环氧水泥混合料的配制方法是：将配比A 组分与配比的 B 组分混合，混合后再加入 C 组分，搅拌时间≥10min。根据工程进度严格控制拌和，出现初凝或结块的物料时必须放弃。

铺设工作结束后要养护2h，确保其完全固化稳定后方能开展后续施工作业。

采用双组分改性环氧树脂涂料涂抹，涂抹要薄而均匀，有凹凸不平的部分，要多刷，基液的厚度≤1mm。涂布后应间隔一段时间，可视现场测试而定，在第一次固化之前涂覆面层修复材料。

在涂抹GMT 新型快速修复抗冲磨材料的过程中，将按规定比例搅拌均匀的 GMT 新型快速修补抗冲磨料，用专用刮板将其压在干净、平整、涂布有界面的基础上，采用 GMT 新型快速修补防冲磨材料，其厚度为2 cm，分两次涂抹，每次用力压实，使表面抹光抹平，以满足平整度的要求。需要注意，在修补工作结束之后，要避免修补区域二次触碰到水以及其他污染物体，在养护工作结束两周以后，可以重新进行启用。

3 结语

综上所述，在奴尔水利枢纽工程中，为了对其导流兼泄洪冲砂洞冲蚀、磨蚀处理，可根据其磨损情况采用不通过的抗冲耐磨材料。结合上文进行分析，科学应用不同类型的抗冲耐磨材料，既符合水利工程施工要求，也可以提升水利工程施工质量。针对磨损厚度δ ≤4cm 的区域修补可以应用采用氧树脂基液处理剂和改性环氧抗冲磨修复材料，针对磨损厚度δ ＞4cm，需要应用高性能环氧混凝土材料充当基层材料进行修补至面层2cm 区域，然后应用GMT 新型快速修复抗冲磨材料进行修复，上述两种修复模式各有优点，需要施工单位因地制宜，科学应用。