水工混凝土工程分析论文

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1前言

我省目前正进行50~70年代修建的大中型水库和水闸的除险加固工程，对已建水工混凝土建筑物进行各种老化加固处理是主要内容之一，即解决各种原因造成的裂缝和表面剥蚀、水质侵蚀、冲磨、空蚀、钢筋锈蚀、混凝土质量差等老化问题。水工混凝土建筑物的主要任务是挡水、引水、输水和泄水，混凝土老化造成的结果是裂缝的存在，裂缝往往是多种因素联合作用的结果，严重的裂缝和表面剥蚀及钢筋锈蚀不仅危害水工混凝土建筑物的整体性和稳定性，而且还会产生大量的漏水，使建筑物的安全运行受到严重威胁，加速混凝土结构老化，缩短水工混凝土建筑物的使用寿命，造成其耐久性产生很大危害。同时渗漏会导致水量的损失，影响到工程经济效益和社会效益。

2丙乳砂浆特性

丙乳是丙烯酸脂共聚乳液的简称，是一种高分子聚合物的水分散体，是一种水泥改性剂，是由南京水利科学研究院科研成果直接转化而成的产品，1986年已通过水利部鉴定，1988年获国家科技进步三等奖。已列入《工业建筑防腐设计规范》（GB50046-95）作为化工耐腐蚀材料。加入水泥砂浆后为聚合物水泥砂浆，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆，适用于水利、公路、工业及民用建筑等钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。

丙乳砂浆中聚合物膜弹性模量较小，它使水泥浆体内部的应力状态得到改善，可以承受变形而使水泥石应力减少，产生裂缝的可能性也减少，同时聚合物纤维越过微裂缝，起到桥架作用，缝间都有聚合物纤维相连，所形成的均质聚合物框架，作为填充物跨过已硬化的微裂缝，限制微裂缝的扩展，微裂缝常在聚合物膜较多处消失，显示聚合物的抗裂作用；另外，聚合物有减水作用，使砂浆的水灰比减小，聚合物膜填充了水泥浆体的孔隙，切断了孔隙与外界的通道，起到密封的作用。

丙乳砂浆与普通砂浆相比，具有极限拉伸率提高1~3倍，抗拉强度提高1.35~1.5倍，抗拉弹模降低，收缩小，抗裂性显著提高，与混凝土面、老砂浆及钢板粘结强度提高4倍以上，2天吸水率降低10倍，抗渗性提高1.5倍，抗氯离子渗透能力提高8倍以上等优异性能，使用寿命基本相同，且具有基本无毒、施工方便、成本低，以及密封作用，能够达到防止老混凝土进一步碳化，延缓钢筋锈蚀速度，抵抗剥蚀破坏的目的。具体性能指标见下表。

丙乳砂浆与普通砂浆性能指标比较表

序号

性能

普通砂浆

丙乳砂浆

试验方法

1

抗压强度（MPa）

50

44.2

2

抗拉强度（MPa）

5.5

7.6

3

抗折强度（MPa）

10.7

16.9

4

极限引伸率（1╳10-6）

228

558~900

5

抗拉弹性模量（1╳104MPa）

2.6

1.65

6

收缩变形（（1╳10-6）

1271

536

7

与老砂浆粘结强度（MPa）

1.4

8.0

8

与钢板粘结强度（MPa）

0.9~1.6

9

渗水高度（mm）

90

35

1.5MPa水压,恒压24h.

10

磨耗百分率（%）

5.38

3.97

双圆柱园盘耐磨机

11

快速碳化深度（mm）

3.6

0.8

20%C02浓度碳化20天

12

盐水浸后氯离子渗透深度（mm）

>20

1.0

13

碳化强度损失

13

14

碳弧灯全气候老化2160h

14

2天吸水率（%）

12

0.8

15

抗冻性

/

>300

快冻循环

备注:实验试件的灰砂比均为1:1，水灰比相同；丙乳砂浆的丙乳掺入量为水泥重量的30%。

3丙乳砂浆在水工混凝土建筑物加固中应用

关于水工混凝土裂缝和表面剥蚀、水质侵蚀、冲磨、空蚀、钢筋锈蚀等修补加固可采用水泥基和树脂基修补材料。树脂基修补材料常用的主要是环氧树脂砂浆，虽具有强度高且强度增长快，能抵抗多种化学物质的侵蚀，但是材料的力学性能与基底混凝土不仅相一致，如其膨胀系数大于基底混凝土而开裂脱落、不适合潮湿面粘结、不耐大气老化等缺点，施工环境要求高，成本大，用来修复水工混凝土建筑物不太理想；水泥基修补材料有普通水泥砂浆和聚合物水泥砂浆，普通水泥砂浆在与老混凝土表面粘结、本身抗裂和密封等性能不如聚合物（丙乳）水泥砂浆，丙乳砂浆与传统环氧树脂砂浆相比，不仅成本低，而且施工与普通水泥砂浆相似，可人工涂抹，施工工艺简单，易操作和控制施工质量，并适合潮湿面粘结，与基础混凝土温度适应性好，使用寿命同普通水泥砂浆，克服了环氧树脂砂浆常因其膨胀系数大于基底混凝土而开裂、鼓包与脱落等缺点。

关于丙乳砂浆批挡采用厚度应根据修补部位的具体情况要求的确定，一般为2cm左右，按丙乳净浆打底+丙乳砂浆+丙乳净浆刷面结构体系来进行采用。

3.1丙乳砂浆原材料和配合比选用

丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液水泥砂浆的简称，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆。水泥宜采用32.5R以上级普通硅酸盐水泥；砂子为粒径小于2.5mm的当地河砂，砂子的细度模数1.6，为细砂，要求采用过筛；聚合物丙乳的固体含量为39~48%，砂浆用水总量应考虑丙乳中的含水量。

丙乳砂浆配合：灰砂比1：1~1：2；灰乳比1：0.15~1：0.3；水灰比40%左右。建议水工混凝土建筑物表面剥蚀、水质侵蚀、钢筋锈蚀修补采用下限配合比；有防渗要求的裂缝、冲磨、空蚀等修补采用上限配合比。施工前应根据现场水泥和砂子及施工和易性要求通过试拌确定水灰比，丙乳砂浆应尽量选用小水灰比。

打底和最后刷面层采用的丙乳净浆配和比为1kg丙乳加2kg水泥搅拌成浆。

3.2丙乳砂浆施工工艺

丙乳砂浆施工方便，配制拌和简单，可采用人工抹压和机械喷涂两种施工方法，只要掌握关键的施工养护要求，施工质量是容易得到保证的。下面仅介绍人工抹压法施工的主要施工工艺要求。

（1）丙乳砂浆拌制时，先将水泥和砂子拌均匀，再加入经试拌确定的水量及丙乳，充分拌和均匀，材料必须称量正确，尤其是水和丙乳，拌和过程中不能随意扩大水灰比。每次拌制的丙乳砂浆，要求能在30~45分钟内使用完，不宜一次拌和过多数量，一次拌和量以控制在10kg水泥为宜（人工抹压施工）。

（2）施工前先对露钢筋表面进行处理，对钢筋进行除锈处理后刷2遍红丹油漆后用M10砂浆批挡恢复至原有断面。然后采用钢丝刷刷除混凝土表面浮层的污物、尘土和松软、脆弱部分（有油漆等油脂污染部位用丙酮洗刷），特殊部位应用钢钎打毛，然后用清水冲洗干净、润湿，施工前应使混凝土表面处于面干饱和状态。

（3）为保证质量应先用丙乳净浆打底，然后分层抹压丙乳砂浆，每层厚度控制在5mm左右。抹压时采用倒退法进行，即加压方向与刚建砂浆层前进方向相反，要求丙乳砂浆层密实，表面平整光滑，砂浆铺筑到位后，用力压实，随后抹面，注意向一个方向抹平，不要来回多次抹，不需第二次收光。修复面积较大时，隔块跳开分段施工效果更好。

（4）丙乳砂浆抹压后约4h（表面略干后），采用农用喷雾器进行水喷雾养护或用薄膜覆盖，养护1天后再用毛刷在面层刷1道丙乳净浆，要求涂均、密封，待净浆终凝结硬后继续喷雾养护，使砂浆面层始终保持潮湿状态7天。在阳光直射或风口部位，注意采取合理的遮阳和保湿措施。

4工程实例

采用丙乳砂浆进行水工混凝土表面防护修补，国外1964年已开始使用这种材料，根据国内有关资料，1985年以来国内在潘家口水库加固、南湾水库溢洪道加固、山东省南四湖二级节制闸加固、福建山仔碾压混凝土坝上游防渗涂层、广西蒙山水库、上海陈家冲溢洪道公路桥大梁裂缝修补、韶山灌区渡槽表面修补、江苏万福闸加固等十多个工程采用这种材料进行各种表面防护修补，最长使用年限已达20年，均取得良好的效果。

省内第一个采用丙乳砂浆进行表面防渗修补的工程是琼海市石合水库除险加固工程中的溢洪道侧墙和中墩，总修补面积1130m2。已施工完成，业主、设计及施工单位认为，修补效果良好，有待洪水的验证。

松涛水库除险加固工程南丰进水塔混凝土表面修补加固工程，经过36年的运行，现场查看后发现，由于南丰进水塔承受水流长期冲刷，拦污栅操作平台框架和竖井混凝土外表面多处存在钢筋裸露、混凝土表面碳化、大部分表面粗骨料出露及施工缝结合不佳等老化病害现象，属于典型的水工混凝土老化建筑物。拟采用2cm厚丙乳砂浆进行表面修补加固，总修补面积为1850.6m2。

5结语

丙乳砂浆是一种新型的护面修补材料，具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能。对国内和省内有关在水工混凝土表面的各种修复工程中的应用进行总结和分析，必要时通过科研、试验等手段，为我省已建水工混凝土建筑物进行各种老化加固处理和新建工程提供选择。

参考文献：1、《水工混凝土建筑物修补技术及应用》黄国兴陈改新著，中国水利水电出版社出版发行。