混凝土修補材料在水電工程中的應用

張冠楠

（河北省石津灌區管理局，石家莊050000）

裂縫、滲漏、剝蝕是混凝土建筑物比較普遍的病害，如果不進行妥善處理，會對水工建筑物的耐久性造成很大的危害［1］。常用的修補材料主要有表面嵌填堵漏材料、表面防滲材料、裂縫灌漿材料、剝蝕破壞修補材料、磨蝕破壞修補材料、結構補強加固材料、水下修補材料、化學侵蝕防護材料等8類。針對水電工程出現的裂縫、伸縮縫與施工縫滲漏等缺陷，選用的修補材料有環氧類漿材LPL和水溶性聚氨酯LW（裂縫灌漿材料）；SR-2塑性止水材料和聚硫建筑密封膠（嵌縫密封類材料）；氯丁橡膠板材和SR復合防滲蓋片（表面防滲片類材料）等修補材料。

1 裂縫灌漿材料

1.1 LPL漿材

有氧類LPL漿材通過檢測結果看出，LPL漿材6組7（8）d抗壓強度，除一組偏低（可能是漿材固化劑量不足所致）外，其余均滿足設計要求，且有4組超過70MPa：7（8）d抗壓彈模（1.22～2.69）GPa，5組中有2組略高于設計要求，7d抗拉彈模2.22GPa滿足設計要求；7d、14d的極限拉伸（17.71～25.74）×10-4，軸拉強度3.77～6.08MPa，7d、14d的枯結強度5.00～8.03MPa。

試驗先將混凝土抗滲試件劈開，將人造寬0.22～0.30mm縫隙，用角磨機打磨接縫，灌入LPL，13d齡期后，進行抗滲試驗，加水壓1.6MPa，歷時12d。然后，將灌漿試件沿灌漿縫劈開，檢查是否滲水。結果表明LPL灌漿面呈干燥狀態、無滲漏痕跡，抗滲標號大于W16，LPL灌漿縫抗滲性能良好。

1.2 LW漿材

低強水溶性聚氨酯LW漿材是一種聚氨基甲酸酯類的高分子材料，其分子結構中含有較多具有親水基團的分子鏈段，兩端為異氰酸基團，LW具有良好的親水性能，遇水后很快與異氰酸根發生化學反應，漿液粘度增大，最終形成具有網狀結構且不溶于水的聚合體，具有一定的強度和彈性。

LW漿材的粘度、凝膠時間、包水量、遇水膨脹率的檢測結果表明，LW凝膠時間和包水量都滿足設計要求，而粘度和遇水膨脹率不滿足設計要求。

LW灌材的固化特性試驗，在邊長450mm立方體混凝土試件中鉆4個孔，孔徑100mm、深250～300mm左右，預先在各個孔中注水飽和，經16h后將孔中的水排出，并用濕布將余水吸出；孔壁呈濕潤狀態，將LW灌入3個孔中，高250mm左右；l號孔的鄰孔4號孔注滿水，孔壁厚10mm左右，期望能有滲水入l號孔，補給l號孔LW漿液固化，實際因混凝土密實無水滲入，因此l號、2號孔的固化程度是相同的，即首先是LW在孔壁四周及孔口表面的漿液固化，且固化體具有彈性，在第4d用探針（Φ5mm）測得表面具有相對強度較高的30mm深度，而后漿液從探針插孔中冒出，此時漿液已變濃，表明4d已部分固化。經15d時間發現孔中LW已全部固化。3號孔LW漿液注入后，在其表面加入3%水（未攪動），瞬時在表面起泡反應約1～2mm高度泡沫，第4d觀察早已固化，LW具有較強的彈性和韌性。LW本身通過孔內表面濕潤就可以固化止水。

2 嵌縫密封材料

2.1 SR-2塑性止水材料（膠泥）

SR-2塑性止水材料由丁基橡膠和有機硅等高分子材料組成，主要應用于面板堆石壩的周邊縫和垂直縫及各種水工混凝土結構縫、迎水面裂縫的表面止水處理。

SR-2膠泥抗滲試驗，先將抗滲試件底部鋸掉10mm，然后劈開形成一條縫，再將試件底部刷干凈，涂刷基液2遍，填充膠泥厚7～8mm，一次加壓1.5MPa，穩壓10d，混凝土無滲水現象，在混凝土縫隙處僅有l8～75mm滲水高度，平均滲水高度45mm；SR-2膠泥抗滲性>1.5MPa。另外，將縫隙以外的混凝土再劈開，混凝土呈干燥狀態，表明SR-2膠泥具有很高的抗滲性能。

由SR-2膠泥的耐久性及其他性能檢測結果可以看出，SR-2 粘結伸長率383%，滿足設計要求（250%），耐熱性（80 ℃、45°傾角、5h流淌值）3mm滿足材料性能指標（<4mm）要求。

低溫柔性，無裂紋和剝離現象。其耐水性和耐堿性經60d試驗后觀察SR-2表面無裂紋、無變形，耐人工老化性經1000h試驗后觀察SR-2表面無裂紋、無變色、無粉化。

2.2 N型B類雙組分聚硫建筑密封膠

結構止水縫滲漏處理，在II型表面封堵嵌填材料設計采用N型B類雙組分聚硫建筑密封膠。抗滲試驗：將混凝士抗滲試件劈成對稱的兩半，在試件鑿出20mm×40mm（寬×深）的槽，槽內清理干凈后涂刷基液2遍（均勻不粘手），將預先配制好的密封膠嵌入槽內，其余迎水面及試模周邊的密封，當采用SR膠泥封堵時，發現與建筑密封膠結合處有SR膠泥被稀釋的明顯現象，抗滲試驗漏水，以后改用環氧樹脂封堵。在嵌縫完成后采用加速固化方法80 ℃、3～5h，雙組分配方A∶B=10∶1，抗滲試驗采用逐級加壓法加至1.0MPa，未出現滲漏現象，抗滲標號大于W10。

3 表面防滲片材料

3.1 氯丁橡膠膠板

耐堿試驗根據耐稀酸堿橡膠管HG2183—91標準，在15%的NaOH溶液中浸泡72h，取出10h后觀察外觀及測定拉伸強度與扯斷伸長率，試驗實際浸泡106h，其拉伸強度與扯斷伸長率沒有降低。

氯丁橡膠試件經過250次凍融循環，試件無裂紋、重量無變化，其拉伸強度為9.55MPa，拉斷伸長率為550%。

3.2 SR復合蓋片

3.2.1 SR復合蓋片抗滲試驗

先將劈開（中間）的混凝土抗滲試件底部磨掉厚7～8mm，吹刷干凈后涂刷2遍基液。然后將SR復合蓋片粘貼在混凝土表面，其周邊用SR-2膠泥密封，共做2個試件。一次加壓至1.5MPa水壓，恒壓240h，沒有發現滲水現象，滲水高度約50mm。以上試驗結果表明，SR復合蓋片的抗滲標號大于W15。

3.2.2 模擬壩面裂縫抗滲試驗

先將混凝土抗滲試件劈開（中間），底部磨去厚10mm，在縫線兩邊切割V形槽，吹刷干凈后刷2遍基液，嵌填SR-2膠泥，再涂刷基液，粘貼120mm×120mm的SR復合蓋片，最后在盞片四周用SR-2膠泥密封。

在混凝土抗滲儀上做一次加壓至1.5MPa水壓試驗（4個試件），恒壓240h，4個試件混凝土裂縫無滲水現象。沿試件原裂縫劈開，有2個試件縫面沒有滲水，另2個試件縫面有滲水。滲水原因是SR復合蓋片四周個別處密封不嚴和混凝土本身滲水所致，因此對此2個試件重新進行了密封，然后在抗滲儀上做一次加壓至1.5MPa，恒壓197h，2個試件混凝土縫面均無滲水現象。說明用SR-2膠泥及SR蓋片處理的混凝土抗滲標號仍大于W15。

3.2.3 抗凍耐久性試驗

（1）SR復合蓋片原材料經過250次8 ℃～17 ℃凍融循環試驗后，試件完整、無裂紋、柔軟性、光澤無明顯變化，說明SR復合蓋片抗凍性好。

（2）將試驗用過的混凝土抗凍試件，切掉10mm，混凝土試件90mm×90mm×400mm，模擬混凝土標準試驗，將試件用SR蓋片粘貼后進行抗凍試驗，混凝土凍融循環100次，相對動彈模數73.7%，混凝土凍融循環250次，相對動彈模數76.2%，說明SR蓋片對于混凝土抗凍耐久性有一定的保護作用。

4 結語

（1）LPL漿材抗壓強度高（50.1～92.5MPa）、抗壓彈模低（1.22～2.69GPa）、粘結強度高（>5MPa）、軸拉強度較高（3.77～6.08MPa），基本滿足設計要求。

（2）LW漿材固化特性試驗表明，對內徑100mm的大孔中灌注250mm深的LW漿材（孔壁濕潤），在表面加3%水的（未攪動）4d全部固化；在表面未加水的15d也能全部固化。LW的包水量檢測結果滿足設計要求，而粘度、凝結時間和遇水膨脹率檢測結果都不滿足設計要求。

（3）SR-2膠泥抗滲性和粘結伸長率均滿足設計要求，經60d耐水性和耐堿性試驗觀察SR-2表面無裂紋、無變形，經1000h耐人工老化性試驗后觀察SR-2表面無裂紋、無變色、無粉化。拉伸粘度性檢測結果滿足設計要求，一次加壓1.5MPa、穩壓10d不滲水，抗滲性高。

（4）N型B類雙組分聚硫建筑密封膠性能檢測結果均滿足產品技術指標的要求。

（5）氯丁橡膠板的厚度稍厚外，拉伸強度、撕裂強度、斷裂伸長率、熱空氣老化等性能檢測結果都滿足設計要求。

（6）SR復合蓋片抗滲性大于1.5MPa，模擬大壩上游面裂縫處理抗滲試驗結果表明，在1.5MPa水壓恒240h，混凝土裂縫表面無滲水現象。對產品本身質量檢測結果表明，其厚度與橫向抗拉強度達到產品性能指標，而縱向拉伸強度和縱、橫向撕裂強度未達到產品性能指標，這可能是由于試件制備不規范而導致結果有偏差。

［1］葉姣鳳，馮利邦，張粉芹，等.混凝土修補用環氧樹脂的抗凍融性能研究［J］.非金屬礦，2011，34（4）.

［2］李偉，馮春花，李東旭.水工混凝土結構裂紋修補加固材料的研究進展［J］.材料導報，2012，26（7）.

［3］金瑞浩.化學灌漿在面板裂縫處理中的應用［J］.長江科學院院報，2000（6）.

［4］王慶富，宗成中.TPI改性氯丁橡膠的性能研究［J］.世界橡膠工業，2009（9）.

［5］李玉琳，廉慧海.合成行維用于混凝土防裂和抗滲的研究［J］.新型建筑材料，2000（10）.