某水利樞紐發電洞混凝土防腐處理設計與研究

魏建魁

(新疆額爾齊斯河流域開發工程建設管理局，烏魯木齊830000)

1 概 述

混凝土結構在受到外部侵蝕物質的影響時，其侵蝕的速度主要取決于混凝土的密度、物質的濃度和水泥的品種。因此，在對混凝土進行防腐處理時應該從混凝土結構侵蝕的內部結構著手，全面研究每種防腐施工處理方案。混凝土防腐處理方案的總體方法應該采取措施把混凝土與侵蝕水分離，切斷侵蝕水源;增強混凝土的密實度，提高混凝土抗滲透的破壞能力;選擇抗侵蝕性能好的混凝土膠凝材料處理［1］。

2 方案比選

在研究決策發電洞豎井段防腐處理方案時，有2個關鍵性的問題:①如何安全處理已澆筑的混凝土井壁;②如何選擇防護和膠凝材料，以抵抗四種強侵蝕介質對混凝土井壁的腐蝕破壞。

3 豎井混凝土處理方案

根據豎井段混凝土心墻的強度試驗，28 個芯樣中有6 個芯樣抗壓強度＜25 MPa，占總試樣的15%，且主要都位于黃鉀鐵礬礦脈附近。這說明豎井混凝土的強度質量絕大部分是完好的。而且未發現腐蝕破壞的痕跡。對豎井混凝土的處理主要有以下4 種意見:①拆除即全部或部分拆除豎井段混凝土;②保留井壁混凝土，并在豎井外側開挖一個1 m寬的圓形井，這樣就能夠為防腐施工處理提供便利;③保留井壁混凝土，加強豎井圍巖固結灌漿和帷幕灌漿，形成阻水防滲圈，并與發電洞平行，開挖排水廊道;④在對井壁圍巖進行固結灌漿、帷幕灌漿的同時，并在現有混凝土井壁上采用防腐處理，即縮小管徑，澆筑40～50 cm厚的混凝土防腐層。在方案比選時著重考慮了施工費用低、安全可靠，除惡務盡施工影響最小，施工方案切實可行等主要因素，最終選定方案二，即首先在豎井底部鉆孔開挖，形成圓形通道后再自下向上采用控制爆破進行開挖。

4 防腐施工設計處理方案

鑒于發電洞豎井處于黃鐵礦脈硫酸水溶液(pH=3 ～4)和硫酸鹽(=12487 mg/L)的特強侵蝕帶，并同時伴隨有鎂鹽(Mg2+=2675 mg/L)及氯鹽(CL－=1775 mg/L)多種離子共存的復合侵蝕作用，因此豎井混凝土的防腐處理既要考慮施工操作的簡單便行，費用低，又要考慮選擇能夠抵抗外部環境物質腐蝕的最佳材料。為此經過多方調研及專家咨詢，我們在選定方案二的同時，采用了南京水利科學研究院優秀科研產品丙烯酸酯共聚乳液(簡稱丙乳)，PU3 高級耐磨防滲防腐涂料，PU4 改性聚氨酯灌漿料以及HLV－Ⅻ防水堵滲劑等材料，并由南京水利科學院派專家現場咨詢指導方案實施。

丙乳加入水泥砂漿就變成聚合物水泥砂漿，一種高分子聚合物的水分散體，它的優點是能夠黏結、抗裂、防滲、防腐、抗離子滲透等特性，適于水工建筑物、工民建等鋼結構和鋼筋混凝土結構的防滲、防腐護面和修補工程，丙乳砂漿還能而稀酸、尿素、苯等化學介質腐蝕，已列入國家《工業建筑防腐設計規范》GBJ46—82 作為化工耐腐蝕材料選材。

丙乳砂漿與同灰砂比普通水泥砂漿相比主要性能為:①抗拉、抗折強度分別提前了35%和50%;②抗裂性能強，收縮性小，彈模較低;③與混凝土基底黏合強度能夠提高4 倍以上;④密實性能夠明顯提高，1 天吸水率降低5 倍，抗滲性能提高1.5 倍，抗離子滲透能力能提高9 倍;⑤能夠抵抗2%硫酸，5%以下鹽酸，硝酸及氫氟酸(PH ＜1)、氨水、尿素、乙醇、苯等化學物質腐蝕。

PU3 耐磨防滲防腐涂料能耐硫酸、強堿及各種鹽類腐蝕，具有良好的耐磨性、防滲性及抗沖擊強度。可適于各種材質結構的防腐防滲保護。PU4 改性聚氨酯灌漿遇到水后可以分散、乳化、發泡，能夠馬上進行融合反應，融合后的固結體擁有優良的延伸性、彈性和抗滲性，擁有較強的防水堵漏特點，固結體主要指標為:①黏結強度＞1.0 MPa;②抗壓強度＞1.5 MPa;③抗滲性＞0.8 MPa;④滲透系數10－6－10－8cm/s。

由于豎井長度約30 m左右，要想將井壁混凝土襯砌保留完整不受破壞，同時不受控制爆破的影響，因此，對于防腐施工要分成3 個步驟進行，即開挖一段修復一段。

首先在豎井底部開孔進行水平環現巖石開挖，再采用“溜礦采礦法”對混凝土襯砌外巖石進行控制爆破，在爆破過程中對原襯砌混凝土進行監控，防止井壁混凝土受爆破影響。最后將井壁混凝土外側挖成寬度＞1 m的圓形洞，能為防腐處理提供足夠的操作平臺。

將圓形洞開挖后凹凸過大部位用榔頭、簪子做些簡單的處理，最后再用高壓水將洞壁清冼干凈，將松動部位、污泥、碎渣清理干凈等，在檢查混凝土襯砌的腐蝕情況時，對于腐蝕部位要做清除處理，同時要檢查洞壁腐蝕水的滲漏情況，如有滲水的點或裂隙，則沿縫隙或點鑿槽，用HLC—Ⅻ堵滲劑做成灌漿通路，并在其內部埋設灌漿嘴，先將內部滲水引出再進行灌漿處理。

將洞壁上不滲水的地方抹上丙乳凈漿，同時用丙乳砂漿做適當找平處理。丙乳砂漿的做法是:在混凝土表面先抹刷丙乳凈漿，丙乳凈漿的配合比為水泥:丙乳=2∶1，處理時要在丙乳凈漿沒有硬化前刷上丙乳砂漿，丙乳砂漿配比為水泥∶砂∶丙乳=1∶1.5∶(0.3－0.35)，在抹丙乳砂漿時每次厚度必須控制在1cm 以內，抹完一層丙乳砂漿時在其表面必須刷涂丙乳凈漿，以便抹下層時能與其結合成一個整體。丙乳砂漿選用525#光滑，無裂縫出現。砂漿性能指標為:①黏結強度＞30 MPa;②抗壓強度＞30 MPa;③抗拆強度＞3 MPa;④2 天吸水率＜4%;⑤MPa 水壓恒壓24 h滲水高度＜3.5cm。

等灌漿通路凝固并且能夠承壓以及將滲水部位附近丙乳砂漿做好后，再用PU4 改性聚氨酯灌漿堵滲，在處理時要根據不同的滲水情況，將灌漿壓力控制在0.1 ～0.2 MPa。在前二階段施工時，圓洞頂部巖石如果滲水且順著混凝土表面流水的可以采用上堵下排方式處理，以便在澆筑圓洞填充混凝土時防止滲水進入倉內。

用丙乳防腐砂漿處理完混凝土缺陷及灌漿堵滲后，在防腐砂漿表面較干時再刷涂PU3 耐磨防滲防腐涂料，共涂二遍，在整個面刷涂均勻，黏結牢固。對局部水源較豐富區域采用預先在表面布管，用0.6 mm防滲薄膜覆蓋在管上使其與后澆填充混凝土隔離，在澆筑完填充混凝土后，二次化灌PU4 改性聚氨酯作加強處理，同時在相對應的老混凝土襯砌部位做3cm 以上丙乳砂漿及涂刷PU3 防腐涂料處理。可以說該處理方案不僅切實可行，而且防腐效果良好，安全可靠。

［1］梁永江，王軍，賀建國.水利樞紐發電洞防腐處理效果評價［J］.東北水利水電，2008，26(11):3－5.