摘要針對水工混凝土的老化病害，介紹了不同類型修補材料的特點、性能、適用范圍，以及修補技術(shù)應(yīng)用中的一些實例和經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞混凝土老化病害修補材料TK KJ JH 修補技術(shù)
中圖分類號TV431 文獻標識碼A 文章編號1007-6980（2006）02-0046-03
隨著水工建筑物運行時間的增長，混凝土的各項力學性能、耐久性能逐漸退化，或者在外界荷載及環(huán)境條件等因素下產(chǎn)生老化病害，主要現(xiàn)象為裂縫、滲漏、凍融、磨蝕、剝蝕、化學侵蝕等。針對這些老化病害，采用適宜的修補材料及修補技術(shù)，達到防滲、堵漏、修補加固之目的，以改善建筑物的使用性能及延長其使用壽命。
中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司工程技術(shù)研究院經(jīng)過多年來的試驗研究，成功研制不同類型的修補材料、防滲材料，并且成功應(yīng)用于多個水利工程項目中，積累了許多水工混凝土老化病害防治方面的技術(shù)經(jīng)驗。
1 性能與特點
根據(jù)水工混凝土建筑物老化病害的不同，我們研制了TK、KJ、JH 三個系列的產(chǎn)品，分別用于混凝土修補加固、止水堵漏、防滲和防碳化涂層、化學灌漿等方面。
1.1 修補加固材料
1.1.1 TK 聚合物砂漿
TK 聚合物砂漿是將TK 聚合物摻入新拌水泥砂漿中，使砂漿的性能得到明顯改善而制成的一種有機- 無機復合材料，具有強度高、粘結(jié)好、收縮較小、耐久性好的特點，同時因改性之后的砂漿呈堿性狀態(tài)，還具有保護鋼筋的作用。適用于水工、港工等混凝土建筑物因碳化、空蝕、凍融或化學侵蝕等原因引起的混凝土表面開裂、起鼓、剝落等破壞形式的修補，其主要性能指標列于表1。
1.1.2 TK 錨固劑
TK 錨固劑用于混凝土或巖基中插筋、植筋的錨固，能在幾小時內(nèi)產(chǎn)生一定的錨固力，具有早強、無收縮、握裹力大等特點，將其灌注成錨桿，可以解決建筑物頂部垂直與水平施工的技術(shù)難題。該種錨固劑可以在水下進行施工，能夠大大簡化施工程序，加快施工進度。TK 錨固劑根據(jù)凝結(jié)時間和拉拔力的不同，分為普通型、早強型和水下型，可以滿足工程的不同需要。該錨固劑具有微膨脹效應(yīng)，對鋼筋無銹蝕，對人體無毒害，主要性能指標列于表2。
1.1.3 TK 建筑結(jié)構(gòu)膠
TK 建筑結(jié)構(gòu)膠是雙組分、高性能、反應(yīng)型的粘結(jié)材料，具有強度高、粘結(jié)力強、抗剪性能好、彈性模量高、線膨脹系數(shù)小、耐久性能好、施工簡便等特點，可用于混凝土建筑物結(jié)構(gòu)加固與改造工程的粘貼鋼板或錨固鋼筋，其主要性能指標列于表3。
1.2 止水堵漏材料
TK 堵漏劑是申請水利部水利科技開發(fā)基金項目研制的產(chǎn)品，分為普通型和快凝型兩種，均為單組分灰色粉狀材料，普通型主要用于防潮防滲，快凝型主要用于止水堵漏，尤其可用于水下堵漏。TK 堵漏劑的主要特點是：無毒、無味、無污染，粘結(jié)力強，抗壓強度高，凝結(jié)時間可調(diào)，可帶水快速堵漏，迎背水面均能使用，施工簡單方便，其主要性能指標列于表4。
1.3 防滲和防碳化涂層材料
1.3.1 KJ 防水涂料
KJ 防水涂料是聚氨酯類防水材料，具有抗拉強度、粘
結(jié)強度、撕裂強度和剝離強度優(yōu)良，粘度較小，浸潤性能好等特點，能夠充分滲透到界面的空隙和凹坑內(nèi)，并且被界面充分接觸，產(chǎn)生吸附、擴散。作為優(yōu)良的防滲涂層材料，可以人工刷涂，也可以機械噴涂。尤其適用于防止內(nèi)水外滲的混凝土輸水建筑物中做防滲涂層，既可降低滲水引起的安全隱患，又可減少滲水帶來的經(jīng)濟損失，還可起到減糙作用，提高輸水效率。主要性能指標列于表5。
1.3.2 TK 防水涂料和TK 防碳化涂料
TK 防水涂料和TK 防碳化涂料均是雙組分復合材料，是在水泥基材料中摻加TK 高分子聚合物，使水泥基材料的性能得到改善，具有粘結(jié)強度高，抗裂、抗?jié)B性能好，并有一定的延展性等特點，是良好的混凝土防滲、防碳化、耐侵蝕的涂層材料，其主要性能指標列于表6。
1.4 化學灌漿材料
JH 化學灌漿材料是環(huán)氧樹脂類的灌漿材料，由環(huán)氧樹脂和改性固化劑加增韌劑、促進劑等聚合組成。該材料粘度小、穩(wěn)定性好；流動性、可灌性好；固化時間可調(diào)；凝膠或固化時收縮率小或不收縮；固結(jié)體有良好的力學性能，抗壓、抗拉強度高，與被灌體有良好的粘結(jié)強度；凝膠體或固結(jié)體的耐久性好；柔韌性好， 具有一定的變形能力。
在灌漿處理中，它能充分滲透到縫隙深層，與界面充分接觸，產(chǎn)生吸附、擴散，從而達到補強加固的目的。JH 化學灌漿材料的主要性能指標列于表7。
2 修補技術(shù)應(yīng)用
根據(jù)水工混凝土建筑物不同的老化病害類型，對其進行調(diào)查、檢測及成因分析后，選擇適宜的修補材料，使用不同的處理方法進行修補、防滲、止水、堵漏、化學灌漿、結(jié)構(gòu)補強加固等技術(shù)應(yīng)用。
2.1 補強加固技術(shù)應(yīng)用
2.1.1 TK 聚合物砂漿修補
TK 聚合物砂漿最早在20 世紀80 年代末應(yīng)用于河北省岳城水庫溢流壩面的修補中，在20 世紀90 年代中后期開始較多應(yīng)用，主要應(yīng)用于天津薊運河防潮閘、海河二道閘、寧車沽防潮閘、秦皇島大湯河閘、北京延慶白河堡水庫溢洪道、潘家口水庫溢流壩面、海河三岔口堤岸板樁改造等修補或除險加固工程。
T K 聚合物砂漿修補的基本工藝流程為：鑿毛→清理基面→濕潤基面→配料拌和→抹面→養(yǎng)護→涂刷防碳化劑。修補施工是比較細致的工作，需要技術(shù)人員將每道施工工序都做到位，銜接配合要好，這樣才能保證施工質(zhì)量。比如：鑿毛和清理基面必須徹底；濕潤基面必須充分；拌和砂漿應(yīng)采用機械方法，盡量不使用人工拌和；抹面操作應(yīng)盡量朝一個方向使用抹刀，避免反復抹面，保證砂漿密實，減少氣泡；養(yǎng)護必須達到齡期等。另外在立面施工時，最好增加鋼絲網(wǎng)，對砂漿起到加筋、防裂的作用；對于大面積修補時，宜切割分塊預(yù)留收縮縫；當修補厚度較大時，宜配制成聚合物豆石混凝土使用等等。
2.1.2 TK 錨固劑施工
TK 錨固劑在四川省大邑縣虎跳河水電站壓力引水隧洞、天津海河改造工程護坡加固、岳城水庫海漫和溢流堰、永定新河護坡、山東四女寺閘、福建官蟹水電站前池護坡和廠房邊坡、江蘇宿遷閘改造等加固工程中應(yīng)用，并且在四川映秀灣水電站閘底板、富春江水電站、薊運河防潮閘（碼頭）、海上石油平臺等水下錨固工程中應(yīng)用。
TK 錨固劑的施工方法簡便，其工藝流程為：先將錨桿浸水30 ～ 40 s，達到浸水時間后， 盡快插入錨筋孔中，然后再將鋼筋插入孔內(nèi)，達到拉拔力設(shè)計要求后，進行下一道工序的施工。施工中需要注意的是：如果環(huán)境氣溫低于4 ℃，必須使用40 ～ 60 ℃的溫水浸泡錨固劑。
2.1.3 TK 建筑結(jié)構(gòu)膠施工
TK 建筑結(jié)構(gòu)膠在山西引黃入晉工程西坪溝渡槽、天津海河二道閘閘墩等粘貼鋼板工程中應(yīng)用。粘貼鋼板法是將鋼板粘貼在混凝土受拉部位的表面，使構(gòu)件與鋼板結(jié)為一體，將鋼板作為承受構(gòu)件一部分拉力的結(jié)構(gòu)補強加固方法，其工藝流程為：表面處理→卸荷→配膠→粘貼→固定→固化→防腐處理。
粘貼鋼板法中的卸荷是必需的，以減輕后粘鋼板的應(yīng)力、應(yīng)變滯后現(xiàn)象。如在西坪溝渡槽補強加固施工中，鋼板要粘貼在有裂縫段的渡槽底部，選擇渡槽不過水的時候進行施工，此時，渡槽底部混凝土荷載最小，裂縫寬度最小，此種工況下施工，對封閉裂縫和結(jié)構(gòu)補強效果最好。
粘貼鋼板法中對混凝土和鋼板的表面處理要干燥、平整，且使鋼板具有一定的粗糙度，以利于發(fā)揮TK 結(jié)構(gòu)膠的粘結(jié)性能。膠液涂抹不宜太厚，以粘貼鋼板加壓使膠液從邊緣均勻擠出為度，并防止粘貼面有漏膠、敲擊出現(xiàn)空洞聲的現(xiàn)象發(fā)生。施工中使用膨脹螺栓作為永久錨固措施，但鉆孔、焊接時需注意不能破壞TK 結(jié)構(gòu)膠的膠層。
2.2 止水堵漏技術(shù)應(yīng)用
2000 年9 月，TK 堵漏劑在萬家寨引黃入晉工程南干線2 # 、3 # 洞現(xiàn)場試驗成功后，在南干線1 # ～ 3 # 洞大面積推廣，解決了現(xiàn)澆混凝土襯砌滲水點和有壓地下水滲冒問題。
之后，在南干線一出水洞及國際Ⅱ、Ⅲ標段，岳城水庫，汾河水庫大量應(yīng)用，進行滲漏水封堵，均取得了較好效果。另外，天津海王星海上工程有限公司進行檢修海面下8 m深的一條天然氣管道時，在水下采用TK 堵漏劑對工作倉排氣孔實施封堵，也取得圓滿成功。
TK 堵漏劑的施工工藝流程為：基面處理→配料→封堵→保濕養(yǎng)護。無滲水面宜選用普通型，滲水面、漏水口須選用快凝型。TK 堵漏劑的施工，基面處理干凈、牢固、充分濕潤，以及掌握配料料團封堵的時機是保證其防滲堵漏效果的關(guān)鍵，封堵成功后，再選用防水材料做防護層。
2.3 防滲和防碳化涂層技術(shù)應(yīng)用
2.3.1 KJ 防水涂料施工
KJ 防水涂料適用于混凝土基面干燥的防滲涂層施工，在引黃入晉工程總干線一、二級泵站出水岔管，南干線一、二級泵站出水壓力平洞、出水消力池，偏關(guān)河渡槽等防滲工程中得到應(yīng)用。KJ 防水涂料施工的工藝流程為：噴砂（或打磨）處理→基面清洗→配料→噴涂。該涂料在施工中，應(yīng)優(yōu)先選擇噴砂處理，使基面有均勻的粗糙度，增加涂料的粘結(jié)強度；應(yīng)優(yōu)先選擇機械攪拌和機械噴涂，充分保證施工質(zhì)量。涂料需要多次噴涂才能達到要求的厚度，每次噴涂需要等上一遍的涂層實干后再進行。另外，涂料在施工過程中氣味較大，需要協(xié)調(diào)安排好施工時間和做好施工人員的勞動保護措施。
2.3.2 TK 防水涂料和TK 防碳化涂料施工
TK 防水涂料適用于混凝土基材面無明流的防滲涂層施工，在引黃入晉南干線國際Ⅱ、Ⅲ標段的4 # ～ 7 # 洞缺陷處理工程中應(yīng)用，達14 000 余m2。TK 防碳化涂料在天津薊運河防潮閘、海河二道閘、阿富汗帕爾旺水利工程修復項目等防碳化工程中應(yīng)用10 000 多m2。這兩種涂料的工藝流程相近：基面處理→清洗濕潤基面→配料拌和→涂刷→養(yǎng)護。與KJ 防水涂料相比，TK 防水涂料對水潮濕條件下的混凝土防滲是更好的解決方案。KJ 防水涂料要求基面必須干燥，TK 防水涂料則要求基面必須充分濕潤。從施工中得到的經(jīng)驗，TK 防水涂料的基面處理至關(guān)重要，否則會大大降低涂層的粘結(jié)強度，涂層如若起皮或脫落也是因為粘掉基面未處理干凈的東西所致。另外，TK 防水涂層的厚度在1.0 ～ 1.2 mm 就可達到滿意的防滲效果，超過此厚度，不僅會增加施工的勞動作業(yè)強度，更不利的結(jié)果是，涂層的粘結(jié)作用反而降低，容易出現(xiàn)翹起、脫落現(xiàn)象。
2.4 化學灌漿技術(shù)應(yīng)用
JH 系列化學灌漿材料先后在岳城水庫（泄洪洞廊道），引黃入晉工程南干線一級泵站（出水壓力平洞），北京滯洪水庫退水閘和連通閘（鋪蓋、消力池、護坦、閘墩、翼墻），海河二道閘（閘墩和翼墻），西河閘（上游鋪蓋）等混凝土裂縫補強加固工程中應(yīng)用，其基本工藝流程為：灌漿孔布設(shè)→開槽→鉆孔→封縫→埋設(shè)灌漿嘴→灌漿→檢查驗收?；瘜W灌漿施工中的技術(shù)經(jīng)驗與責任心非常關(guān)鍵，每個工程都是個案，需要技術(shù)經(jīng)驗判斷；化學灌漿是隱蔽性工程，責任心要強，確保施工質(zhì)量。針對工程具體情況，化學灌漿材料品種的選擇、單一灌漿還是復合灌漿、灌漿孔的布設(shè)方式、灌漿的遞進次序、灌漿效果的檢查都是施工中重要的環(huán)節(jié)。另外，現(xiàn)在的工程越來越對其外觀有要求，在滯洪水庫兩個閘和西河閘的化學灌漿施工中，使用改進配方的TK 聚合物砂漿進行封槽，兼顧了性能與外觀，獲得了業(yè)主認可。
化學灌漿是化學材料與工程的結(jié)合，是現(xiàn)代工程不可或缺的一項加固基礎(chǔ)、防水堵漏、修復混凝土缺陷的先進技術(shù)?；瘜W灌漿施工走過了一段從無到有、從單一到多樣的發(fā)展之路。這期間，化學灌漿材料種類增加，性能提高；化學灌漿工藝逐漸完善；化學灌漿機具由最初的手壓泵更新為便攜式電動機械泵；培養(yǎng)和培訓了一些專業(yè)技術(shù)人員。目前，化學灌漿在國內(nèi)很有活力地發(fā)展，化學灌漿材料更注重環(huán)保，向高彈性、高滲透性、互穿網(wǎng)絡(luò)性等方向開發(fā)。
3 結(jié)語
中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司工程技術(shù)研究院研制的TK、KJ、JH 三大系列的水工混凝土修補材料，幾乎涉及到了混凝土老化病害防治的各個方面。經(jīng)過多年的試驗研究與開發(fā)應(yīng)用，已經(jīng)在眾多工程實踐中取得成功，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。如將這三大系列的修補材料結(jié)合使用，充分發(fā)揮各自的材料特性，更能起到事半功倍的效果。水工混凝土建筑物的老化病害是一個需要長期研究的課題，已經(jīng)越來越得到主管部門和業(yè)內(nèi)人士的重視。對老化病害防治的修補材料和修補技術(shù)將進一步進行研發(fā)和應(yīng)用，致力于此，服務(wù)于此，也必將有一個更為廣闊的發(fā)展空間。
作者簡介
郭宏盛男工程師中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司天津300222
楊天生男教授級高工中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司天津300222
王大實女高工中水北方勘測設(shè)計研究有限責任公司天津300222
