防滲抗沖磨改性環氧砂漿在水利工程快速修復中的應用

趙成先

（新疆額爾齊斯河投資開發（集團）有限公司，烏魯木齊 830000）

1 工程概況

奴爾水利樞紐工程項目位于新疆和田策勒縣奴爾河的中下游段，該項目作為當地重要的水利控制性工程項目，不僅承擔著灌溉農田的作用，同時也具有發電功能。該水利樞紐工程中的泄洪沖砂洞采用了龍抬頭和導流洞共同施工的方式，出口區域位于奴爾河河床的下游區域。其中導流泄洪沖砂洞的長度為109.96m，全段構成如下：①閘井；②泄洪槽；③消力池；④護坦區域。奴爾水利樞紐工程和策略縣的直線距離為100km，距離烏魯木齊直線距離1553km，交通區位條件優越[1]。

現階段國內水利工程普遍存在耐久度不足問題，奴爾水利樞紐工程對緩解新疆和田地區的水利資源短缺等問題發揮著重要作用。為最大限度減少水利工程滲漏帶來的不利影響，通過應用抗沖磨環氧砂漿，可以有效延長本水利工程的使用壽命，提升水利工程質量，因此具有重要研究意義。

2 主要施工方法

在奴爾水利樞紐工程項目施工中，要求泄洪沖沙洞內沒有其他施工作業且工作面無干擾。施工環節有：①施工準備工作；②混凝土伸縮縫施工；③裂縫化學灌漿；④混凝土鑿毛處理；⑤焊接鋼筋材料；⑥界面劑涂抹；⑦底板混凝土澆筑；⑧環氧砂漿抹面；⑨環氧凈槳涂刷；⑩鑲嵌伸縮縫。

3 水利工程快速修復防滲抗沖磨改性環氧砂漿施工方案

奴爾水利樞紐工程防滲施工過程中，要嚴格按照《水工建筑物抗沖磨防空蝕混凝土技術規范》中的有關施工工序和流程標準進行施工。

3.1 底拱漏水部位處理

技術人員在對工程進行檢查時發現，項目拱部區域存在滲漏現象，為減少滲漏對工程質量的影響，施工單位初步決定采用水溶性聚氨酯灌漿材料對水利工程的伸縮縫及裂縫區域進行灌漿處理。

3.1.1 用到的灌漿材料

溶性聚氨酯材料主要成分為異氰酸酯與伯羥基聚醚，經化學工藝合成后生成灌漿材料。將該材料應用于混凝土體的細微縫隙后，可以迅速和其中的水產生化學反應，生成具有不透水性質的凝膠材料并釋放出二氧化碳氣體，致混疑土材料體積增加的同時裂縫凝固。該現象在工程施工中又被稱為二次擴散滲透現象，可以有效減少滲漏，增加混凝土結構的強度。和其他的混凝土灌漿材料對比，具有強度高以及毒性微弱等優勢。水溶性聚氨酯灌漿材料技術指標，見表1。

表1 水溶性聚氨酯灌漿材料技術指標

3.1.2 灌漿設備

為保障灌漿質量，用德國生產的高壓灌漿機進行灌漿，該設備性能優勢有：①工作強度高，可實現漿液深入裂縫1m 以上；②操作便捷，可穩定施工；③占地面積小；④配有止水真，不用鑿槽即可進行施工。

3.1.3 施工技術

施工作業人員根據努爾水利樞紐工程的具體情況，首先做混凝土滲水裂縫布控工作。主要采用斜孔交叉布置方式，布控間距控制在25cm 最佳，布控直徑≤14mm，布控深度為混凝土厚度的1/3[2-4]。

伸縮縫布控方式基本一致，需注意對伸縮縫布控時要考慮橡膠止水帶位置，嚴禁破壞止水帶。本次灌漿應用到了旋轉膨脹密封專用止水針頭，施工人員借助有壓噴壺對鉆孔內部的雜質和粉塵進行清理，最后灌漿。灌漿前施工人員要先做好試驗，試驗無誤后嚴格按照比例進行漿液配置，遵循灌漿工序和原則：①灌漿時應該秉承從低到高，沿著裂縫一側向另外一側逐一灌漿；②從首枚針頭開始，到漿液從裂縫外溢時停止灌漿。加入第二枚針頭時繼續進行灌漿[5]。

砂漿封孔修整過程的具體流程：①漿液凝固后，施工人員需取出混凝土裂縫表面的止水針，并做好溢出漿液的清理，清理深度控制在5cm 以內[3]；②配置封孔材料，根據GMT 高性能改性聚合物修補砂漿的配制方法進行配置；③施工人員要將配制好的高性能改性聚合物修補砂漿填入到孔隙內，在壓實后4h，該材料基本凝固，然后進行養護。

待灌漿工作結束1 周后，對灌漿裂縫進行檢測，檢測手段：

1）壓水試驗。施工單位要嚴格按照灌漿要求開展壓水試驗，當壓力為0.3MPa，如果孔內吸水量＜0.01L/min，說明灌漿工藝符合水利工程施工需求。

2）進行混凝土取芯檢測，待裂縫及鉆孔灌漿液灌注飽滿。取芯孔應用高性能改性聚合物砂漿封孔[6]。

3.2 水利工程導流兼泄洪沖砂洞沖蝕、磨蝕處理

通過對奴爾水利樞紐工程詳細檢查，為確保該水利工程項目的具體施工效果，采用下述方案進行處理：

3.2.1 針對磨損厚度δ ≤4cm區域處理方案

導流兼泄洪沖砂洞的磨損厚度δ ≤4cm，采用氧樹脂基液處理劑和改性環氧抗沖磨修復材料予以修補。本工程項目決定使用GMT 新型快速修復抗沖磨材料專用界面處理劑雙組份改性環氧界面劑和GMT 新型快速修復抗沖磨材料來進行修補。雙組份改性環氧界面劑主要性能參數，見表2；GMT新型快速修復抗沖磨材料主要性能參數，見表3。

表2 雙組份改性環氧界面劑主要性能參數

表3 GMT 新型快速修復抗沖磨材料主要性能參數

修補流程：①明確修補區域；②做好修補區域的面層清潔和打磨處理工作；③確保待修補區域干燥；④涂抹雙組份改性環氧界面劑，保持干燥；⑤鋪設GMT 新型快速修復抗沖磨材料；⑥做好修補后期的養護工作。

在確定修補區域范圍時，可借助電錘工具對砼材料相對疏松的部分進行清理鑿除，用工具對需要修補的區域進行檢查，確定修補區域的厚度。

處理修補區域面層混凝土，可借助手持式切削器對修復區的邊沿進行切削溝槽，切割深度≥1cm，防止修補區邊緣出現淺缺口。在切割混凝土時須對鋼筋進行防護，避免破壞原有結構鋼筋。為保證修補層與舊混凝土的結合，需要鑿除處理過的基面的污染物、松散顆粒，去除舊的混凝土表層的乳皮，所有的松散的集料都要敲掉，直到露出新鮮密實的集料為止。混凝土表面出現部分突起，用角磨機打磨；混凝土表面有蜂窩，麻面等缺陷，用切割機將其削去。先用壓縮空氣吹去表面的砂粒和灰塵，然后用高壓水洗凈，保持表面清潔，最后烘干。同時要調整后的抗沖磨修復層的平均厚度，并在最高點上打上標記，以確保修復的厚度。

在涂抹雙組份改性環氧界面劑時，要確保涂抹薄而均勻，不易打磨得凹凸處用刷子多刷，底漆的厚度宜≤1mm。涂布后要有一段時間的間隔，可視現場測試而定，在第一次固化之前（用手觸摸有明顯的拉絲）來鋪設修復材料。

鋪筑GMT 新型快速修復抗沖磨材料時，按規定比例攪拌均勻的 GMT 快速修補抗沖磨材料，用專用刮刀將其涂在干凈、平整、涂有過界面劑的基面上，一次鋪設的厚度≤2cm，磨損深度為4 cm左右的，需要兩次刮涂，每次都要用強力的力量將其抹光抹平，以滿足平整度的要求。

3.2.2 針對磨損厚度δ ＞4cm區域的處理方案

如果水利工程樞紐的底板磨損厚度δ＞4cm，在確定工程修補區域的面層為潮濕面層時，要及時進行排水，待面層干燥后進行修補。修補水利工程底部時可應用高性能環氧混凝土材料，面層使用新型快速修復抗沖磨砂漿材料。上述兩種材料的綜合化使用，可以有效提升水利樞紐工程項目的使用年限和壽命。

高性能環氧混凝土材料的性能參數，見表4。

表4 高性能環氧混凝土主要性能參數

針對磨損厚度δ ＞4cm，使用高性能環氧混凝土材料充當基層材料進行修補至面層2cm 區域，然后用GMT 新型快速修復抗沖磨材料進行修復。具體的工藝流程基本與上文相同。

確定修補范圍時，施工技術人員需對修補區域板塊進行劃分，然后逐一檢查損壞情況，最終確定修補范圍。待修補范圍經過監理工程師確定后，要及時進行排水。

對修補區砼面層進行處理時，為確保修補區域和原有混凝土的粘連性不受影響，用角磨機材料對需要處理的面層上的污染物以及顆粒物進行磨平處理。然后清理破損區域突出的乳皮，對已經松散的骨料要全部清理，直到露出新鮮的骨料為止。如果砼材料面層存在蜂窩結構，用切割機材料將其中的脆弱區域切除。先用壓縮空氣吹去表面的砂粒和灰塵，然后用高壓水洗凈，保持表面清潔，最后用壓縮空氣吹干或其他方法烘干。

涂抹雙組份改性環氧界面劑之前要確保面層干燥，在涂布界面劑時，要盡量做到薄而均勻，不平整的部分要反復多次涂抹，使底漆的厚度≤1 mm。

在鋪筑高性能環氧樹脂混凝土時，先按照要求攪拌均勻，后將其鋪在干凈、平整、有界面的基礎上，使之保持均勻，再用強力擠壓和平整，直至鋪設到地面2cm 處。在固化之前，用鐵耙對其表面進行拉拔，以提高其與新型的快速修補耐磨材料的結合強度。

高性能環氧水泥混合料的配制方法是：將配比A 組分與配比的 B 組分混合，混合后再加入 C 組分，攪拌時間≥10min。根據工程進度嚴格控制拌和，出現初凝或結塊的物料時必須放棄。

鋪設工作結束后要養護2h，確保其完全固化穩定后方能開展后續施工作業。

采用雙組分改性環氧樹脂涂料涂抹，涂抹要薄而均勻，有凹凸不平的部分，要多刷，基液的厚度≤1mm。涂布后應間隔一段時間，可視現場測試而定，在第一次固化之前涂覆面層修復材料。

在涂抹GMT 新型快速修復抗沖磨材料的過程中，將按規定比例攪拌均勻的 GMT 新型快速修補抗沖磨料，用專用刮板將其壓在干凈、平整、涂布有界面的基礎上，采用 GMT 新型快速修補防沖磨材料，其厚度為2 cm，分兩次涂抹，每次用力壓實，使表面抹光抹平，以滿足平整度的要求。需要注意，在修補工作結束之后，要避免修補區域二次觸碰到水以及其他污染物體，在養護工作結束兩周以后，可以重新進行啟用。

3 結語

綜上所述，在奴爾水利樞紐工程中，為了對其導流兼泄洪沖砂洞沖蝕、磨蝕處理，可根據其磨損情況采用不通過的抗沖耐磨材料。結合上文進行分析，科學應用不同類型的抗沖耐磨材料，既符合水利工程施工要求，也可以提升水利工程施工質量。針對磨損厚度δ ≤4cm 的區域修補可以應用采用氧樹脂基液處理劑和改性環氧抗沖磨修復材料，針對磨損厚度δ ＞4cm，需要應用高性能環氧混凝土材料充當基層材料進行修補至面層2cm 區域，然后應用GMT 新型快速修復抗沖磨材料進行修復，上述兩種修復模式各有優點，需要施工單位因地制宜，科學應用。