水泥砂漿防凍融碳化施工技術(shù)

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摘要：我國北方地區(qū)混凝土凍融、碳化，對水利工程危害較大。研究，如何防止混凝土凍融、碳化具有重要意義。通過黃土梁水庫進(jìn)行工程護(hù)面處理，探討了丙乳砂漿防止凍融剝蝕的應(yīng)用技術(shù)，日后，可能得到較好效果的驗(yàn)證。
關(guān)鍵詞：凍融；碳化；丙乳；凈漿
Construction technology for preventing acrylic
-emulsion cement mortar from frost thaw and carbonization
CHEN huan-fa1,FAN yan2,CHEN feng-yan1
(1.south Hebei Province canal waterwary and water conservancy
administration administrative office, Cangzhou 061001;
2.Hebei Province Yanshan County water authority,Hebei Yanshan 031300)
Abstract: in North China,frost thaw and carbonization of concrete are harmful to water conservancy project,researching into that how to prevent concrete from frost thaw and carbonation is very important.In this paper,The application of technique for preventing from denudation of frost-thaw is discussed by surfacting Huang-tu-liang reservoir for protection.in the near future,validation of better effect maybe be achieved.
Key words: frost thaw;carbonization;acrylic emulsion;mud purification
1  工程概況
黃土梁水庫位于河北省承德市豐寧縣西關(guān)營鄉(xiāng)牤牛河上，控制流域面積324Km2，總庫容2830萬ｍ3，水庫始建于1976年。主要由大壩、溢洪道、放水兼發(fā)電洞、水電站等建筑物組成，經(jīng)20多年運(yùn)用，工程老化，溢洪道和放水洞混凝土凍融、碳化、剝蝕，產(chǎn)生龜裂及坑洞，危及了工程安全。于2005年對水庫進(jìn)行了除險(xiǎn)加固。在除險(xiǎn)加固過程中，其中溢洪道閘室及放水洞襯砌混凝土表面防凍融、防碳化剝蝕處理采用了新型的丙乳砂漿及丙乳水泥素漿護(hù)面施工技術(shù)[3]。
2  黃土梁水庫溢洪道及放水洞混凝土碳化剝蝕狀態(tài)及處理方案
⑴ 剝蝕狀況及成因：
溢洪道堰面及側(cè)墻產(chǎn)生大面積坑洞及剝蝕碎碴，局部有龜裂，個別地點(diǎn)鋼筋外露。放水洞內(nèi)、外襯砌混凝土漏水嚴(yán)重，0.1～1mm寬裂縫有20多處，剝蝕坑洞約占總面積的二分之一左右。2002年5月經(jīng)省水利廳組織有關(guān)專家和水利部大堤安全管理中心進(jìn)行檢測和核查，表明原工程混凝土強(qiáng)度均能達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的115％以上。認(rèn)為造成該工程混凝土碳化侵蝕的主要原因是，在北方高寒地區(qū)混凝土經(jīng)常受到不穩(wěn)定水位滲透及不均勻溫差系數(shù)侵襲、凍融所致，放水洞內(nèi)的混凝土碳化剝蝕是由于混凝土襯砌后未進(jìn)行固結(jié)灌漿，和經(jīng)常受到高水流沖刷，產(chǎn)生負(fù)壓氣蝕、共振、機(jī)械磨損有關(guān)。
⑵ 加固設(shè)計(jì)及處理方案
從原混凝土碳化剝蝕成因、部位大小，觀測及調(diào)查多方分析，確定本次加固設(shè)計(jì)要對溢洪道閘進(jìn)行拆除重建，對放水洞重新進(jìn)行混凝土襯砌和水泥固結(jié)灌漿，裂縫區(qū)局部進(jìn)行環(huán)氧灌漿，這里不多敘述，由于該工程混凝土表面有防滲透、凍融，防高速水流磨損、碳化、剝蝕的需要，要求新做混凝土和部分舊混凝土表面噴涂一層較高性能固化物做護(hù)面。依據(jù)設(shè)計(jì)要求：①護(hù)面固化物與新舊混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度滿足6.0MPa；〔3〕②抗壓、抗拉、抗拆強(qiáng)度應(yīng)大于普通水泥砂漿；〔3〕③與新舊混凝土結(jié)合固化后在零下50度、零上100度環(huán)境下，不應(yīng)產(chǎn)生變形或龜裂現(xiàn)象。④應(yīng)具有密實(shí)性好、抗?jié)B、耐酸堿、氯離子侵蝕耐久性強(qiáng)的能力。⑤具有光亮美觀，常溫固化、施工方便及無毒環(huán)保的要求。因此施工中經(jīng)多方考查有關(guān)資料，研究確定。選擇采用丙乳配制水泥砂漿和丙乳水泥凈漿做混凝土護(hù)面處理。從而滿足了防滲透、抗凍融、抗磨損、抗老化、抗酸堿、氯離子侵蝕之效果，解決了上述防碳化侵蝕處理的設(shè)計(jì)要求。
3   黃土梁水庫溢洪道及放水洞的丙乳漿護(hù)面施工過程
丙乳水泥凈漿及丙乳水泥砂漿防碳化混凝土護(hù)面施工由河北省水工局一處施工。自2005年9月開始，放水洞在部分舊混凝土面采取基面鑿毛，做徹底清垢處理，對新做的混凝土工程待拆模后，既可進(jìn)行丙乳施工，首先在基面上涂一層丙乳水泥凈漿做界面處理，再做丙乳砂漿抹面。然后涂2～3層丙乳水泥凈漿，溢洪道閘室在新澆筑的混凝土基面上，直接噴涂丙乳水泥凈漿4層，至10月30日結(jié)束。共做丙乳水泥砂漿抹面2300ｍ2；丙乳水泥凈漿涂面3193ｍ2；耗用425＃普通水泥18.78噸；丙乳液5700kg。
4   黃土梁水庫溢洪道及放水洞混凝土丙乳漿防碳化護(hù)面施工工藝
⑴ 丙乳液特性指標(biāo)：
丙乳全名為NK－101丙烯酸酯共聚乳液水泥添加劑，由南京理工大學(xué)科技
咨詢開發(fā)公司與江蘇省建筑科學(xué)研究院共同研制的產(chǎn)品，外觀為微藍(lán)色乳白狀液。固含量40％，粘度≤15S,PH值為3～5，無結(jié)塊，無絮凝，鈣離子穩(wěn)定性為5％，安定性較好，該丙乳液加入水泥后，即聚合凝結(jié)成一種高分子聚合物的硬化體，具有較高的粘結(jié)、抗裂、抗凍、防腐、抗氯離子滲透、耐磨、耐老化性能[1]，丙乳劑與普通水泥、砂子、配制成聚合物砂漿，直接與基層構(gòu)成防水體系，能適應(yīng)各種結(jié)構(gòu)，經(jīng)國家有關(guān)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)測試與普通水泥砂漿對比值，2天吸水率降低10倍，抗?jié)B提高1.5倍，抗氯離子提高8倍，檢驗(yàn)該丙乳砂漿試塊比普通砂漿試塊抗拉強(qiáng)度提高35％，抗折強(qiáng)度提高50％，極限引申率提高3倍，達(dá)700～900×10-6，與老砂漿及鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度能提高4倍以上，能耐2％的硫酸；5％的鹽酸、硝酸和海水中氯鹽離子侵蝕；彈性模量低，收縮性小，顯著能提高抗裂性。廠家經(jīng)15年紫外線快速老化試驗(yàn)，未見異常[1]。
⑵ 基面處理：
對舊混凝土修補(bǔ)需做基面處理。施工前對基面污垢，碳化層和松脆部分進(jìn)行徹底清除，可采用人工鑿毛或噴砂除表法，遇有貫穿性裂縫需沿縫鑿成深3～4cm“U”型槽，再用丙乳水泥混凝土補(bǔ)平。清鑿后的基面用清水及高壓水將浮塵和碎碴沖洗干凈，并使施工面保持濕潤狀態(tài)。對新做現(xiàn)澆混凝土，待拆模后趁濕潤狀態(tài)既可進(jìn)行丙乳水泥凈漿涂層施工。
⑶ 丙乳水泥砂漿及丙乳水泥凈漿的施工操作：
在處理過的基面上先用純丙乳凈漿做界面處理，涂刷時應(yīng)均勻用力，不留空白，避免小氣泡產(chǎn)生，一次涂刷面積不宜過大，基本與砂漿抹面同步，在凈漿成膜前進(jìn)行丙乳砂漿抹面操作，否則會出現(xiàn)粘結(jié)分層而造成剝落。丙乳砂漿抹面要求一次性施工，人工抹面時要求熟練工操作，盡量避免做反復(fù)多次抹壓而破壞聚合物的成膜。大面積鋪筑采用分段施工。要求較高而抹層較薄工程可結(jié)合玻璃纖維網(wǎng)格布一同使用。丙乳砂漿凝固后，可再在表面涂刷1～3層凈漿，以形成光滑凝結(jié)膜。起到防滲、美觀、耐久保護(hù)作用。機(jī)械噴涂更佳。
5   丙乳水泥砂漿及丙乳水泥凈漿材料配制
⑴ 配制材料：
NK-101丙烯酸酯共聚乳液水泥添加劑；水泥：425＃以上普通硅酸鹽水泥，不得有受潮和結(jié)塊現(xiàn)象；砂子：過2.5mm篩，含泥量小于2％，干燥硬質(zhì)砂，選石英砂更佳；水：PH值為6～7含泥量低的淡水。
⑵ 配比試驗(yàn)：
配制丙乳水泥砂漿及凈漿目的是聚結(jié)成一種高分子硬化體，以丙乳液為主要固化劑，水泥為聚合劑，砂子為填充材料，水是水泥的硬化原料。應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)要求固化強(qiáng)度指標(biāo)，確定選用相應(yīng)的丙乳、灰、砂、水的比例。為確保工程質(zhì)量，首先在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料配比試驗(yàn)。試驗(yàn)步驟為：①分組取4×4×16cm的丙乳砂漿試件，做抗析、抗壓、收縮變形試驗(yàn)；取2×4厘米啞鈴試件，做抗拉、極限引申率、抗拉彈性模量的試驗(yàn)，計(jì)錄其抗折、抗壓、抗拉強(qiáng)度、收縮變形、彈性模量及試件編號；②將不同配比后的丙乳水泥凈漿用毛刷在水泥砂漿試件及鋼板試件的折斷面將其對粘并用膠布豎向固定，在常溫自然養(yǎng)護(hù)35天后測試其抗折、粘結(jié)強(qiáng)度；③將不同丙乳水泥凈漿及丙乳水泥砂漿試件進(jìn)行快速凍融循環(huán)，碳弧燈快速老化，高濃度CO2碳化及采取硫酸、氯鹽水的腐、滲、磨試驗(yàn)[2]。觀察固化過程，最終測定滿足各項(xiàng)設(shè)計(jì)要求后，即可現(xiàn)場配制，配制時，各種材料必須按配方稱量，計(jì)量準(zhǔn)確，采取分批配制，分批施工，要求配制好的丙乳水泥凈漿及丙乳水泥砂漿，在30～40分種內(nèi)全部使用完，以利保持聚結(jié)前低粘度施工及節(jié)約丙乳液。
⑶ 黃土梁水庫采用的丙乳水泥砂漿及凈漿配比技術(shù)參數(shù)：
① 丙乳水泥凈漿配比參數(shù)：
技術(shù)要求：粘度強(qiáng)度≥6.0MPa，
材料用量重量比：NK-101丙乳：水泥＝1：1～2
即：NK－101丙乳50kg（份）；水泥100kg～200kg（份）。
② 丙乳水泥砂漿配比參數(shù)：
技術(shù)要求：粘結(jié)強(qiáng)度≥6.0MPa
材料用量重量比：NK－101丙乳：水泥：砂子：水＝0.3：1：1：0.3～0.4
即：NK－101丙乳30kg（份）；水泥100kg（份）；砂子100kg（份）；水30～40kg（份）
6   黃土梁水庫溢洪道及放水洞丙乳水泥砂漿護(hù)面效果分析
丙乳水泥砂漿護(hù)面防碳化是一項(xiàng)較新的施工工藝，實(shí)際工程效果的優(yōu)異性有待工程運(yùn)行多年后才能驗(yàn)證，為證實(shí)黃土梁水庫溢洪道及放水洞丙乳砂漿施工質(zhì)量及效果。施工中進(jìn)行了丙乳砂漿與普通砂漿對比的多項(xiàng)取樣送政府質(zhì)量監(jiān)督站檢測，檢測結(jié)果如下表1：

表1   檢測結(jié)果匯總表

序號

性能

35天齡期

試驗(yàn)情況

項(xiàng)目

單位

普通水泥

丙乳砂漿

1

抗壓強(qiáng)度

Kg/cm²

501

445

4×4×16厘米試件

2

抗折強(qiáng)度

Kg/cm²

107

168

3

收縮變形

×10^-6

1217

536

4

抗拉強(qiáng)度

Kg/cm²

55

76

2×4厘米啞鈴試件

5

極限引申率

×10^-6

228

558

6

抗拉彈性模量

×10^-5kg/cm²

2.6

1.65

7

與老砂漿粘結(jié)強(qiáng)度

Kg/cm²

14

80

試件粘結(jié)面掃毛去油

8

與光潔鋼板的粘結(jié)強(qiáng)度

Kg/cm²

0

9.56

10×10厘米的鋼板試件

9

滲水高度

cm

9.0

1.5

15kg/cm²壓力恒壓24小時

10

磨耗百分度

%

5.38

3.97

雙圓柱模圓盤耐磨機(jī)

11

沖磨失重率

%

10.7

8.96

水砂槍噴磨法

12

快速碳化深度

mm

3.6

0.5

用CO₂濃度20％

13

鹽水侵漬后，氯離子滲透深度

mm

720

1.0

用PSEM－500掃描鏡測定

14

老化2160小時抗拉強(qiáng)度損失

%

13

14

WE－2型碳弧燈老化箱

15

吸水率

%

12

0.8

2天吸水率

16

抗凍失重

%

1.7

0

300次快速凍融循環(huán)

通過取樣檢測指標(biāo)分析，黃土梁水庫溢洪道及放水洞丙乳水泥砂漿防碳化處理施工，滿足了設(shè)計(jì)要求，并取得成功。丙乳水泥砂漿防碳化作為一種新的施工技術(shù)，它具有施工簡單、料源充足、節(jié)約投資、縮短工期的明顯效果，具有使用和推廣價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1] 南京理工大學(xué)科技咨詢開發(fā)公司，丙乳產(chǎn)品資料?！?span lang="EN-US">2005〕電話：（025）83023323

[2] 水利電力部水文水利管理司主編。水工建筑養(yǎng)護(hù)修理工作手冊。北京：水利電力出版社〔1979〕

[3] 勒翠紅，黃土梁水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)，河北省水電工程第二勘測研究院〔2003〕

作者簡介：陳煥發(fā)（1952－），男，河北滄州人，高級工程師，主要從事水利水電工程管理，施工，監(jiān)理工作多年，目前從事南水北調(diào)工程河北段J4監(jiān)理部項(xiàng)目副總監(jiān)工作。

基金項(xiàng)目：中央預(yù)算與地方自籌資金項(xiàng)目。