聚合物沙漿在混凝土表面修補中的應用

一、工程概況

某水庫設計庫容量4000余立方米，是兼具下游市區供水、蓄洪與灌溉功能的綜合性水利設施，其溢洪道工程始建于70年代中期，條件限制，澆注的混凝土質量較差，混凝土表面觀感效果極差。由于運用頻繁，經常受高速水流和高泥含量的沖刷，外露混凝土的缺陷嚴重，有嚴重的剝蝕現象出現，同時混凝土結構出現了不同程度的滲漏，會使混凝土產生溶蝕破壞，易引起并加速其他病害的發生與發展，使水工建筑物安全運行受到了嚴重的威脅。為此，對其進行消險加固處理，整修加固面積約1600平方米。對此采用PCM砂漿進行混凝土的表面缺陷處理。

二、補沙漿類型的確定

1、修補沙漿的物理性能分析

在水利工程中常用到的混凝土表面缺陷處理材料主要有水泥預縮砂漿、環氧砂漿和聚合物水泥砂漿。從各種修補材料的性能來分析水泥預縮砂漿具有強度高、收縮性小、抗凍和抗滲能力高、易于施工等特點，但與基礎混凝土的粘結強度低，易被高速水流沖刷掉是其明顯的缺點。環氧水泥砂漿與混凝土兩者收縮率不一致，修補后容易發展發生成片脫落，其表面可抹性差，不易抹光。具其配料要求精度高，對施工操作熟練程度要求嚴格，施工環境也極其的苛刻、工效低。

丙烯酸酯共聚乳液（簡稱丙乳）是一種高分子聚合物的水分散體系，適量比例加入水泥砂漿后成為聚合物水泥砂漿（PCM），是一種新型的修補材料，具有較高的抗壓、抗折、抗拉及黏結強度。抗拉彈性低，極限拉伸成倍增長，干縮變形小，具有優異的抗裂性。砂漿抗磨、抗滲、抗凍、抗炭化性能均較普通砂漿有了大幅度的提高，具材料來源廣、成本低。資料顯示，經過長期野外暴露試驗表明，砂漿具有較好的耐久性，也是一種較理想的修補材料。與傳統的環氧樹脂砂漿相比，丙乳水泥砂漿施工與普通水泥砂漿相似，可人工涂抹，也可以機械噴涂，適合潮濕面結合，無毒、效果好，與基礎混凝土溫度適應性好耐老化，使用壽命同普通水泥砂漿，克服了環氧砂漿熱膨脹系數大于基礎混凝土而開裂脫落的缺點。

2、修補沙漿的經濟性能分析

從經濟性角度分析，使用不同材料配制的有機集合物砂漿，環氧砂漿價格最高，盡管其性通例成異且開發較早，但難以大批量使用；丙乳和氯丁膠乳砂漿雖然也有比較成熟的產品，但價格仍然較高；苯丙砂漿由于交灰比較低，使其價格與聚醋酸乙烯酯改性砂漿持平。

3、修補沙漿的結構形成與性能形成分析

只有充分了解修補砂漿的結構形成過程，才能夠更好地應用。初步選用的丙烯酸酯共聚乳液（LMC）的微觀結構形成過程是：當聚合物乳液加入到新拌水泥砂漿拌物攪拌時，聚合物顆粒均勻地分散到水泥漿體中。水化反應生成的氫氧化鈣溶液很快達到飽和并析出晶體，同時生成鈣礬體；及水化硅酸鈣凝膠體，乳液中的聚合物顆粒便沉積到凝膠體和未水淪的水泥顆粒上。隨著水淪反應的進行，水分不斷消耗，水化產物增多，聚合物顆粒逐漸聚集在毛細孔中，并在凝膠體表面、未水化的水泥顆粒上形成緊密堆積層，逐漸填充并覆蓋毛細孔的內表面。水分進一步減少，在凝膠體上和在孔隙中緊密堆積的聚合物顆粒便凝聚形成連續的薄膜，形成與水化水泥冰體互穿基質的混合體，并且使水化產物之間與骨料相互膠結，從而PCM的界面過渡區更致密，使性能得以改善。其中的活性基團能與水化產物中CaA1等產生了交聯反應，形成特殊的橋鍵作用，改善了水泥砂漿硬化體的物理組織結構，緩解了內應力，減少了微裂紋的產生，增強了PCM的致密性。

聚合物對新拌PCM的工作性有教大影響，這是因為分散的聚合物顆粒就會像“滾珠”一樣使水泥及水化產物顆粒相對運動更容易，同時聚合物本身或加入到乳液中以減少懸浮顆粒下沉的表面活性劑就像減水劑一樣，圍繞水泥顆粒做定向排列使顆粒分散，從而減少了用水量，提高了塌落度。并獲得更加均勻的微觀結構，這有助于混凝土強度的提高和抗滲性能的改善。此外，由于乳液的憎水性和膠體性質使新PCM具有良好的保水性，從而減少了對其進行長期潮濕養護的必要。

通過上述分析比較，采取丙乳砂漿修補本工程的混凝土表面缺陷既能滿足混凝土結構性能要求，又便于施工，且造價低廉。

三、混凝土表面缺陷施工處理

1、砂漿配合比設計

丙乳型PCM砂漿是丙烯酸脂共聚乳液以一定比例加入到水泥與砂的拌和物中，制成的一種改性聚合物砂漿，原材料選用浩良河水泥廠生產的浩良河牌P.032.5R型普通硅酸鹽水泥，地產中砂，細度模數2.64，滿足先行國家建筑用砂規定的標準。原材料：水泥：砂：水：苯丙乳液的配合比為1：1.50：0.22：0.26。

丙乳型PCM砂漿由現場小型攪拌機充分拌合，每次拌合量根據施工能力確定，視氣溫情況調整拌合砂漿量的多少，以保證配制好的砂漿在45min之內用完。

2、混凝土表面缺陷處理

混凝土基底處理：為了使丙乳砂漿和基底混凝土很好地黏結在一起，混凝土的表面處理至關重要。一般采用鋼絲刷或電動刷除表面浮層污物，對蜂窩、麻面和局部骨料脫離等特殊部位，用鋼釬打毛，要求清除全部疏松的混凝土至密實處。然后用清水沖洗、潤濕、使混凝土基底處于面干飽和狀態，經過驗收合格方可進行下一式序。

丙乳水泥砂漿施工：先用丙乳水泥砂漿（丙乳：水泥=1：2）涂層打底層，稍后進行填筑，并用力壓實，隨后抹面，分層涂抹，每層厚度小于10，最后進行抹面壓光。

養護：修補施工完成后，立即進行噴霧加溫養護，對于側立面或頂面缺陷修補部位，一般噴水養生比較困難，宜用養護劑噴涂養護，養護7d以上。

施工驗收：施工期間預留相應的各項驗收性能試件，使其主要性能達到設計的要求。