淺談JME 改性環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)水利低壩壩面施工方法

何 璠，劉 鑫，王玉龍

（西安市引湑濟(jì)黑調(diào)水工程管理中心，陜西 西安 710000）

西安市引湑濟(jì)黑調(diào)水工程通過(guò)無(wú)調(diào)節(jié)WES 低壩壅高水位，通過(guò)輸水隧洞將湑水河之水自流調(diào)入黃河流域的黑河上游，水自流流入黑河金盆水庫(kù)，工程運(yùn)行十年，累計(jì)為西安市調(diào)水4.8 億m3，為改善西安市水資源短缺發(fā)揮著重要作用。無(wú)調(diào)節(jié)低壩為WES 型堰，主要作用為確保湑水河下游河流生態(tài)及灌溉用水、調(diào)節(jié)汛期水量。低壩設(shè)計(jì)流量為460 m3／s，校核流量為640 m3／s，運(yùn)行8 年，抵御洪水最大流量956 m3／s，運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)約11520 h。由于長(zhǎng)期受到高速水流沖刷、洪水期大量砂石撞擊以及冰凍等影響，在低壩的直線段與反弧段相接處，混凝土面層沖蝕面積50 m2，沖蝕厚度為2 cm，鋼筋裸露面積約8 m2，混凝土掏空平均深度約13 cm 。需要砂漿對(duì)其表面進(jìn)行修補(bǔ)。

1 施工修補(bǔ)材料的對(duì)比選擇

1.1 預(yù)縮砂漿

預(yù)縮砂漿是經(jīng)拌合好之后，再歸堆放置30 min～90 min，再進(jìn)行使用的干硬性砂漿，水膠比較小，一般為0.3～0.4。采用預(yù)縮砂漿修補(bǔ)處于高速區(qū)混凝土的表層缺陷，可以獲得較好的修補(bǔ)表面平整效果，成本較低，施工簡(jiǎn)便，是一種傳統(tǒng)的施工工藝。

1.2 JME 環(huán)氧砂漿

JME 改性環(huán)氧砂漿主要是由熱固性混合樹脂、活性耐磨骨料輔以柔性增韌劑、偶聯(lián)劑、抗氧化劑等多種助劑為一組份，以改性胺固化劑為另一組份的結(jié)構(gòu)修補(bǔ)材料。JME 修補(bǔ)型改性環(huán)氧砂漿為雙組份包裝，A∶B=3∶1（質(zhì)量比）。經(jīng)過(guò)對(duì)傳統(tǒng)環(huán)氧砂漿的改善，使其具有一定的彈性和韌性，抗沖擊性能好，能有效地抵御高速水流對(duì)材料的剝蝕和高速水流推移質(zhì)對(duì)泄水設(shè)施的沖擊；線脹性能與混凝土的脹縮性能基本匹配，與混凝土結(jié)合修補(bǔ)效果穩(wěn)定，避免了因兩種材料的脹縮性能差異太大而使修復(fù)界面層脫離，同時(shí)，JME 環(huán)氧砂漿無(wú)有害氣體的釋放，對(duì)人身體及環(huán)境均無(wú)破壞。

1.3 相關(guān)力學(xué)性能對(duì)比

由表1 可知，預(yù)縮砂漿在熱膨脹系數(shù)、施工工藝、材料價(jià)位等方面有優(yōu)勢(shì)，但是修補(bǔ)的力學(xué)性能在抗拉強(qiáng)度、抗壓、與混凝土粘結(jié)力等方面優(yōu)勢(shì)均不如JME 環(huán)氧砂漿。普通環(huán)氧砂漿的抗拉、抗壓強(qiáng)度雖略高于JME 環(huán)氧砂漿，但是JME 環(huán)氧砂漿選用了新工藝合成的低粘度的柔韌性改性環(huán)氧樹脂，使固化物具有良好的粘結(jié)性、具有高韌性和高延伸性，工藝好，不粘抹刀，立面，仰面施工不流淌等多方面施工優(yōu)勢(shì)，在與混凝土的粘結(jié)力、線性膨脹系數(shù)等方面充分彌補(bǔ)了普通環(huán)氧砂漿在溫度變化情況下容易從界面脫離的缺點(diǎn)。由于引湑濟(jì)黑調(diào)水工程修補(bǔ)工程量小，工程修補(bǔ)總費(fèi)用不高，從使用的耐久性等方面考慮選擇JME 改性環(huán)氧砂漿。

表1 預(yù)縮砂漿、JME 環(huán)氧砂漿、普通環(huán)氧砂漿力學(xué)性能對(duì)比表

2 施工過(guò)程

2.1 施工流程

由于低壩表面有8 m2鋼筋裸露區(qū)，該部位平均沖刷厚度在13 cm，本次擬采取先用混凝土修補(bǔ)原鋼筋裸露區(qū)，待該部位達(dá)到一定強(qiáng)度后再用JME 改性環(huán)氧砂漿對(duì)WES 沖蝕表面進(jìn)行表層修補(bǔ)。

施工流程為：

步驟一：鋼筋裸露處混凝土修補(bǔ)：混凝土基層處理 →鋼筋裸露處植筋→鋼筋裸露處混凝土修補(bǔ)→ 混凝土養(yǎng)護(hù)

步驟二：混凝土基層處理→固定厚度標(biāo)尺→拌制底涂料→涂刷底涂料→拌制環(huán)氧砂漿→涂抹環(huán)氧砂漿→壓實(shí)抹平→清理工器具

2.2 施工方法

2.2.1 基層混凝土修補(bǔ)基面處理

做環(huán)氧砂漿面層施工時(shí)，首先確保基層的強(qiáng)度等級(jí)，應(yīng)不低于C25。清除混凝土表面的灰塵、松動(dòng)顆粒，將外露的混凝土殘?jiān)弯摻罹W(wǎng)鐵銹清理干凈，用銑刨機(jī)等打毛機(jī)混凝土，并用壓力水槍將混凝土表面清洗干凈，露出、堅(jiān)實(shí)的混凝土層，并確保混凝土表面干燥。

2.2.2 混凝土鋼筋裸露處修補(bǔ)

在舊混凝土的表面清理干凈之后，按照要求在它表面用手風(fēng)鉆鉆孔，鉆頭直徑應(yīng)比鋼筋直徑大5 mm 左右，鉆孔深度10 cm，孔距20 cm×20 cm，用加長(zhǎng)桿毛刷，把灰塵、碎渣帶出，再用壓縮空氣，吹出孔內(nèi)浮塵。植入鋼筋為Φ14 mm 螺紋鋼，單根長(zhǎng)度25 cm，彎折插入舊混凝土一端長(zhǎng)15 cm。然后在鋼筋插入端上刷上植筋膠。把鋼筋的一邊插到孔當(dāng)中，固定好了之后，植筋結(jié)束后50 h 可進(jìn)行新的混凝土澆筑，以此方法讓新老混凝土更好的咬合。

提高建筑物過(guò)水表面材料的抗氣蝕性能的主要途徑是采用C50 以上的硅粉混凝土。在混凝土中摻入硅粉及高效減水劑，用顆粒級(jí)配良好、細(xì)度模數(shù)大于2.6 的中砂。砂中含泥量不大于1.0%，且不含泥塊。粗骨料為質(zhì)地堅(jiān)硬、強(qiáng)度高、最大粒徑不大于31.5 mm 的碎石。經(jīng)參考類似工程，C50 硅粉混凝土水灰比0.31， 砂率41%， 膠凝材料水泥470 kg， 砂609 kg， 小石358 kg，中石535 kg，水182 kg。硅粉用量為水泥質(zhì)量10%、粉煤灰20%，聚丙烯纖維0.19%，高效減水劑FDN 1.25%、引氣劑0.025%，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)取樣試驗(yàn)，混凝土抗壓強(qiáng)度58 MPa（28 天）。

在基層混凝土表面刷混凝土界面處理劑，人工拌制硅粉混凝土在拌制均勻后澆筑制基面上，振搗，抹平。嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，保證混凝土密實(shí)、均勻。以上混凝土沖坑填平后養(yǎng)護(hù)混凝土14 天，待強(qiáng)度大于25 MPa 后進(jìn)行環(huán)氧砂漿抹平。

2.2.3 JME 環(huán)氧砂漿面層修補(bǔ)

（1）調(diào)線標(biāo)高。在經(jīng)過(guò)處理的基面上確定施工區(qū)域，由于低壩較寬，本次施工以2 m 為施工寬度依次進(jìn)行施工。調(diào)線確定抗沖磨修復(fù)層的平均厚度，并在施工區(qū)的邊緣打標(biāo)高點(diǎn)。

（2）配制界面劑并涂刷。JME 界面劑分為A、B 兩種，按照質(zhì)量比例3∶1 比例拌和，材料拌和量應(yīng)視施工工程量和施工強(qiáng)度而定。拌和時(shí)各組分應(yīng)按配方要求的加料順序依次倒入拌和容器中，用攪拌器拌和至顏色均勻?yàn)橹梗话銘?yīng)攪拌3 min～5 min。涂刷應(yīng)薄而均勻，使膠液盡可能地滲入到老混凝土基面，形成混凝土界面復(fù)合層—環(huán)氧砂漿的復(fù)合體。

（3）砂漿拌和：由于引湑濟(jì)黑調(diào)水工程修補(bǔ)量并不是特別大，且遠(yuǎn)離城市，機(jī)械化操作程度不高，采用現(xiàn)場(chǎng)人工拌料方式。環(huán)氧砂漿以A 組比B 組質(zhì)量比例為3∶1 的量進(jìn)行拌合。拌和時(shí)事先把環(huán)氧砂漿A 組分倒入容器中，用鐵鏟翻拌2～3遍，然后再把適量的B 組分散地倒在A 組分上，用鐵鏟翻拌5 min～8 min，直至環(huán)氧砂漿的顏色均勻一致為止。修補(bǔ)每層10 mm 的破損面積，用量為21 kg／m2。

（4）砂漿涂抹：待底涂料涂刷后應(yīng)陳化20 min～60 min，以連續(xù)三次手觸拉絲至1 cm 斷開為準(zhǔn)，方可涂抹環(huán)氧砂漿。涂料應(yīng)隨用隨拌，如果材料已經(jīng)膠凝，應(yīng)廢棄。涂抹控制厚度與標(biāo)高點(diǎn)相平，環(huán)氧砂漿厚度按設(shè)計(jì)要求，每次涂抹不超過(guò)10 mm。若修補(bǔ)的面層厚度大于10 mm，在前一層砂漿硬化并粘結(jié)牢固后進(jìn)行下一層施工。按照涂抹一層基面劑，涂抹一層砂漿的方法進(jìn)行。由于是WES 曲線高處作業(yè)，在施工過(guò)程中應(yīng)注意腳手架的搭設(shè)及人員的安全。

2.3 養(yǎng)護(hù)

環(huán)氧樹脂砂漿施工完成后，應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)材料等進(jìn)行清理，低壩應(yīng)暫停過(guò)水，上游應(yīng)設(shè)置臨時(shí)擋板等避免大石頭滾落，重壓及撞擊砸到面層。砂漿層上應(yīng)采用彩條布等遮蓋避免暴曬、雨淋等，養(yǎng)護(hù)期不少于7 天。

2.4 環(huán)氧砂漿性能測(cè)試結(jié)果

經(jīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)氧砂漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，28 天測(cè)試結(jié)果見表2，各項(xiàng)結(jié)果均滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

表2 現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)氧砂漿進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定28 天測(cè)試結(jié)果

5 結(jié)語(yǔ)

JME 環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的樞紐低壩已運(yùn)行兩年，經(jīng)受住了2021 年8.20 超大洪水的沖蝕，過(guò)水目前一切良好。已修補(bǔ)區(qū)域低壩表面磨損3 mm 左右。JME 改性環(huán)氧砂漿在修補(bǔ)的混凝土沖刷面，以良好的粘結(jié)性、抗沖蝕性，無(wú)毒環(huán)保等特質(zhì)有效地抵御高速水流的沖擊。在修補(bǔ)工程量大的情況下，可以與其他修補(bǔ)方法配合使用，如破損面積較大，且深度超過(guò)2 cm 時(shí)，可先用預(yù)縮砂漿或者其他混凝土材料填補(bǔ)，而預(yù)留表面的2 cm 左右深度，再涂抹環(huán)氧砂漿作保護(hù)層。