摘要：北京三家店攔河閘已運行48 余年, 經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)部分混凝土的老化和病害情況比較嚴(yán)重, 需要盡快進行局部補強加固和全面防護處理。三家店攔河閘混凝土防護施工涉及到對混凝土的防碳化處理、裂縫處理、剝蝕面處理等內(nèi)容, 應(yīng)用了防碳化柔性涂料、改性化學(xué)灌漿、粘貼碳纖維、噴涂聚脲彈性體等新材料、新技術(shù)和新工藝, 為今后處理類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗。

　　關(guān)鍵詞：混凝土 化學(xué) 聚脲 防護處理

1 工程概述

　　三家店引水樞紐位于北京市門頭溝區(qū), 是永定河引水渠的渠首工程。該引水樞紐工程于1956 年2 月興建, 1957 年5 月完工。由攔河閘、永定河引水渠進水閘和城龍進水閘3 部分組成。主要功能是攔蓄上游來水, 保證引水樞紐按用水戶的需要均勻供水。該工程已運行48 年, 1996 年和2004 年分別對三家店閘混凝土的老化和病害情況進行了全面檢測, 檢測結(jié)果表明工程老化嚴(yán)重, 為了保證工程安全運行, 提高工程的使用壽命, 應(yīng)盡快對三家店攔河閘混凝土缺陷進行“ 局部補強加固和全面防護相結(jié)合” 的加固措施。

　　2005 年3 月— 6 月, 對三家店攔河閘閘墩、溢流壩面、引水渠進水閘、工作橋表面、交通橋大梁底部及側(cè)面等部位的混凝土缺陷進行了局部補強加固和全面防護處理。

2 防護處理方案及其材料特性

　　2.1 閘墩的裂縫處理

　　碳纖維補強加固技術(shù)是利用高強度或高彈性模量的連續(xù)碳纖維, 單向排列成束, 用環(huán)氧樹脂浸漬形成碳纖維增強復(fù)合材料片材, 將片材用專用環(huán)氧樹脂膠粘貼在結(jié)構(gòu)外表面受拉或有裂縫部位, 固化后與原結(jié)構(gòu)形成一整體, 碳纖維即可與原結(jié)構(gòu)共同受力。碳纖維粘貼在貫穿性裂縫部位, 粘貼寬度為80 cm ( 裂縫兩側(cè)各延伸40 cm) , 粘貼長度大于裂縫本身的長度,要求碳纖維布纖維方向與裂縫方向垂直。碳纖維材料的性能指標(biāo)見表1。

　　粘貼碳纖維的黏結(jié)劑必須具有極強的滲透力和對混凝土表面起到補強作用, 應(yīng)對碳纖維布有極強的浸漬力。因此只有通過專用環(huán)氧樹脂膠將碳纖維片粘貼在混凝土或鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面并與之緊密結(jié)合為一整體共同承受荷載, 才能達到補強加固的目的。對閘墩裂縫采用化學(xué)灌漿補強的方法, 灌漿材料采用可灌性好的改性環(huán)氧漿材。這種材料黏度低, 可灌性好, 可滲入0.2 mm 混凝土裂縫和微細(xì)巖體內(nèi), 與國內(nèi)外的材料相比, 其早期發(fā)熱量低、毒性小、施工操作方便, 是較理想的混凝土補強加固材料。其具體性能指標(biāo)如表2。

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　　2.2 閘墩表面防碳化處理

　　對閘墩水面以上部分, 采用專用的改性AEV 聚合物乳液防碳化噴涂材料, 其黏結(jié)強度大于0.2 MPa, 防碳化能力比普通混凝土提高10 倍。為了使修補防護后結(jié)構(gòu)的外觀與攔河閘整體外觀相適應(yīng), 采用的改性AEV 噴涂材料調(diào)為淺灰色。

　　對于閘墩水下部分表面進行防碳化處理的材料,既要滿足防碳化要求, 又要保證將來泄洪時滿足防沖刷要求, 故采用PCS- 1 型抗沖磨防碳化涂料, 厚度大于1 mm, 其與混凝土的黏結(jié)強度大于1.0 MPa, 斷裂伸長率大于100%, 拉斷強度大于1.5 MPa, 抗凍性能大于F 300。

　　2.3 閘底板混凝土剝蝕部位補強處理

　　對閘底板混凝土裂縫, 采用開槽回填聚合物水泥砂漿, 裂縫內(nèi)部進行化學(xué)灌漿的綜合處理方法, 方法同閘墩裂縫的處理。對底板混凝土剝蝕部位, 采用鑿除松動的混凝土, 置換抗沖磨聚合物水泥砂漿的處理方法。聚合物水泥砂漿是通過向水泥砂漿摻加聚合物乳膠改性而制成的一類有機無機復(fù)合材料。主要是由于聚合物的摻入引起了水泥砂漿微觀及亞微觀結(jié)構(gòu)的改變, 從而對水泥砂漿各方面的性能起到改善作用,并具有一定的彈性。

　　2.4 工作橋表面的處理

　　工作橋表面采用噴涂聚脲彈性體抗沖磨材料。噴涂聚脲彈性體技術(shù)是美國1991 年開發(fā)出來的, 2003年由中國水利水電科學(xué)研究院引進, 并首次在水利水電工程中應(yīng)用。噴涂聚脲彈性體涂層的主要性能特點是: 不含催化劑, 可以實現(xiàn)所需要的快速固化時間;可在任意的曲面、斜面及垂直面上噴涂成型, 不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象; 可快至5 s 左右達到凝膠, 1 min 即可達到步行強度; 對水分和濕汽不敏感, 施工時不受環(huán)境溫度、濕度的影響, 可以在潮濕環(huán)境和界面上固化不影響其性能; 具有非常優(yōu)異的柔韌性、耐磨性、高黏結(jié)性能及本體拉伸強度高等物理力學(xué)性能; 對鋼材、混凝土、瀝青等底材有著非常良好的黏結(jié)強度; 耐老化性能也十分突出; 具有極強的抗?jié)B、防碳化和抗沖磨能力。此次采用的聚脲彈性體材料的主要技術(shù)指標(biāo)見表3。

　　2.5 引水渠進水閘的修補處理

　　對引水渠進水閘局部混凝土凍融剝落部位, 鑿除疏松混凝土, 抹2 cm 左右厚的聚合物水泥砂漿, 打磨沖洗整個處理面, 涂刷PCS- 1 型防護柔性涂料。

　　2.6 攔河閘上游面水下部位混凝土表面處理

　　對攔河閘上游面水下部位混凝土表面進行全面檢測, 如果有裂縫就進行化學(xué)灌漿處理, 對局部混凝土凍融剝落部位鑿除, 抹2 cm 左右的聚合物水泥砂漿,整個面打磨沖洗, 涂刷PCS 防護柔性涂料。

　　2.7 交通橋防護處理

　　由于交通橋大梁混凝土的碳化深度已超過了大梁主筋保護層厚度, 引起主筋銹蝕, 使主筋有效截面面積減小, 危及交通安全。因此, 需要對交通橋大梁進行全面防碳化處理, 對于大梁腹板裂縫寬度較大的部位, 采用粘貼碳纖維補強措施, 細(xì)小裂縫表面涂刷PCS- 1 型防護柔性涂料, 整個大梁噴涂改性AEV 聚合物乳液防碳化噴涂材料。

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3 修補施工工藝及技術(shù)要求

　　3.1 混凝土表面清洗、打毛

　　(1) 用鋼絲刷或鏟刀清除梁的表面污垢油漬及積塵。

　　(2) 用打磨機打磨至混凝土新鮮表面。

　　(3) 用高壓水清洗混凝土表面, 至表面無積塵。

　　3.2 防碳化涂層的噴涂

　　(1) 用聚合物水泥砂漿修補局部脫落的混凝土表面, 用PCS 柔性涂料封堵梁表面出現(xiàn)的微細(xì)裂縫, 用高壓噴涂機噴涂防碳化涂層。噴涂前混凝土表面應(yīng)風(fēng)干。

　　(2) 水上部位的混凝土防碳化處理采用噴涂3 遍改性AEV 聚合物乳液防碳化材料, 水下部分混凝土防護采用涂刷3 遍PCS - 1 型抗沖磨防碳化涂料。噴( 涂) 層應(yīng)均勻, 每1 道涂層表面干后, 可再噴( 涂)下1 層。

　　3.3 裂縫的化學(xué)灌漿處理

　　化學(xué)灌漿前, 首先要對每孔閘墩和溢流壩面存在的裂縫進行調(diào)查, 為施工提供詳實情況和實際工程量。當(dāng)縫寬大于0.2 mm 時, 先沿裂縫( 并將兩端無縫處延伸10 cm 左右) 將混凝土鑿寬約3 ~ 5 cm、深3 ~ 4 cm的槽, 回填聚合物砂漿進行封堵和表面抹平。再沿混凝土裂縫兩側(cè)打斜孔與縫面相交, 灌漿孔造好后進行清孔。將已洗好的灌漿孔, 裝上灌漿嘴進行壓氣或壓水, 檢查孔縫是否相通。若不相通, 要檢查原因, 直到孔縫相通。采用專用的高壓灌漿設(shè)備進行灌漿, 漿液必須攪拌均勻。

　　3.4 混凝土碳纖維補強加固

　　(1) 混凝土基底處理: 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈至結(jié)構(gòu)密實部位。對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分, 進行修補、復(fù)原。表面凸出部分打磨平整, 修復(fù)后的錯差要盡量平順。

　　(2) 涂底層涂料: 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放入容器內(nèi), 用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)用完為準(zhǔn)。

　　(3) 環(huán)氧膩子對構(gòu)件表面的殘缺修補: 構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩子填平, 修復(fù)至表面平整。膩子涂刮后, 對表面存在的凹凸糙紋, 應(yīng)再用砂紙打磨平整。

　　(4) 粘貼碳纖維片: 確認(rèn)粘貼表面干燥后可以貼碳纖維片。貼片前在構(gòu)件表面用滾筒刷均勻地涂刷黏結(jié)樹脂, 貼片時在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣?？捎脤Ｓ霉ぞ哐刂w維方向在碳纖維片上滾壓多次, 使樹脂滲浸入碳纖維中。碳纖維片施工30 min后, 用滾筒刷均勻涂刷樹脂。

　　(5) 養(yǎng)護: 粘貼碳纖維片后, 需自然養(yǎng)護24 h 達到初期固化, 應(yīng)保證固化期間不受干擾。

　　(6) 質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn): 碳纖維片的粘貼基面必須干燥清潔, 光滑平順, 無明顯錯差。碳纖維片粘貼密實。目測檢查不許有剝落、松弛、翹起、褶皺等缺陷, 以及超過允許范圍的空鼓。固化后的貼片層與層之間的粘著狀態(tài)和樹脂的固化狀況良好。

　　3.5 噴涂聚脲彈性體

　　(1) 底材處理: 混凝土底材處理首先用角磨機、高壓水槍等清除表面的灰塵、浮渣。待水分完全揮發(fā)后, 用堵縫料進行底材表面找平及堵縫。刷涂或輥涂一道配套底漆。

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　　(2) 伸縮縫的處理: 由于原伸縮縫內(nèi)充填的止水材料已經(jīng)老化, 這次處理時將老化的材料剔除, 埋設(shè)U 型不銹鋼薄板, 中間填充GB 柔性止水材料, 保證與工作橋面在一平面。

　　(3) 噴涂前設(shè)備的準(zhǔn)備: 噴涂前進行設(shè)備及附屬設(shè)備的檢查, 按規(guī)定的要求進行噴涂設(shè)備的參數(shù)設(shè)置,包括主加熱器溫度、長管加熱器溫度、主機壓力、空壓機壓力。

　　(4) 噴涂: 噴涂時應(yīng)隨時觀察壓力、溫度等參數(shù)。兩組份的動態(tài)壓力差應(yīng)小于600 psi, 霧化要均勻。噴涂厚度大致均勻, 但在伸縮縫部位的聚脲厚度要大于2 cm。

　　(5) 聚脲彈性體接頭的封閉: 在噴涂彈性層后24 h 內(nèi)對聚脲彈性體接頭進行封閉?？刹捎瞄_槽回填改性環(huán)氧砂漿或聚合物水泥砂漿的方法封閉。

　　(6) 驗收標(biāo)準(zhǔn): 混凝土底材要求表面平整, 無裂縫, 清潔。底漆固化正常, 無漏涂; 找平和堵縫后的底材表面平整、無孔洞, 堵縫料表面平整、無毛刺。噴涂厚度均勻, 無漏涂, 固化正常。

　　3.6 混凝土沖蝕坑處理

　　(1) 修補面的鑿毛: 修補面的垂直面與其底面垂直, 修補面的深度應(yīng)基本一致, 鑿毛后應(yīng)用高壓水沖洗。

　　(2) 聚合物混凝土拌合: 混凝土人工拌合, 先干攪拌后加有機材料、水、外加劑, 外加劑預(yù)先與拌合水混合, 要求坍落度控制在2 cm 左右。

　　(3) 澆筑聚合物砂漿: 由于剝蝕面深度小于5 cm, 現(xiàn)場采用澆筑聚合物水泥砂漿的方案。為了保證修補材料與老混凝土之間的黏結(jié)強度, 先將沖坑四周及底面涂刷界面劑( 用刷子涂刷約1 mm 厚) , 聚合物砂漿澆筑后, 用振搗棒或平板振搗器振搗, 直至泛漿為止。在振搗過程中注意與原混凝土面曲線保持一致。

　　(4) 養(yǎng)護: 用塑料布覆蓋, 保持水分1 d 或拆腳手架前將混凝土的修補面涂刷有機材料防護。

4 結(jié)語

　　北京三家店攔河閘混凝土建筑物的缺陷處理工程經(jīng)近3 個月的緊張施工, 于2005 年6 月完成, 實踐證明整個防護工程的方案可靠, 施工質(zhì)量優(yōu)良, 工程順利通過了竣工驗收, 為三家店攔河閘安全運行打下了良好基礎(chǔ)。該工程已經(jīng)過了1a 多的運行考驗。在這次三家店攔河閘混凝土防護施工中, 應(yīng)用了大量的新技術(shù)、新材料和新工藝, 為今后處理類似工程提供了寶貴的經(jīng)驗。

　　作者簡介: 張世清( 1962 —) , 男, 管理處主任。