丙乳砂浆在天福庙水库除险加固工程中的应用

摘要： 丙乳砂浆是一种新型混凝土建筑物的水泥基护面修补材料，具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能，和树脂基修补材料相比具有成本低、耐老化、易操作、施工工艺简单及质量容易保证等优点。主题词： 丙乳砂浆 水库加固 混凝土 修补 应用

中图分类号：P343.3 文献标识码：A

一、前言

天福庙水库位于宜昌市远安县，大坝拦截长江一级支流黄柏河东支，水库承雨面积553.6km2，多年平均径流量2.51亿m3，总库容6180万m3，是一座为宜昌市城区近两百万人口及东风渠灌区150万亩农田灌溉提供水源保障的重要水源工程。

工程于1974年12月动工兴建，1978年元月基本建成蓄水。设计洪水标准为50年一遇，校核洪水标准为500年一遇，设计洪水位409.00m，校核洪水位409.51m。

水库枢纽由砌石双曲拱坝、左岸溢流重力坝、坝顶溢洪道、左岸溢洪道、灌溉兼防空底孔、发电引水管和电站厂房组成。坝顶高程410.3m，最大坝高63.3m，坝顶宽4.2m，坝顶全长232m。左岸溢洪道为2孔13×11.5m（宽×高）的泄洪闸，坝顶溢洪道布置在大坝中部，设有4孔8×7.4m（宽×高）的泄洪闸。

天福庙水库水工建筑物经过多年运行，且受到二十世纪七十年代混凝土浇筑技术条件的限制，混凝土表面剥蚀、碳化等老化现象严重。混凝土老化造成的结果是裂缝的存在，严重的裂缝和表面剥蚀及钢筋锈蚀已经危害到水工建筑物的整体性和稳定性，还造成较为严重的渗水，不仅导致水量的损失，影响到水库的经济效益和社会效益。

二、丙乳砂浆的特性

丙乳是丙烯酸脂共聚乳液的简称，是一种高分子聚合物的水分散体，是一种水泥改性剂。丙乳砂浆是丙烯酸脂共聚乳液水泥砂浆的简称，属于高分子聚合物乳液改性水泥砂浆，具有优异的粘结、抗裂、防水、防氯离子渗透、耐磨、耐老化等性能，和树脂基修补材料相比具有成本低、耐老化、易操作、施工工艺简单及质量容易保证等优点，适用于水利、公路、工业及民用建筑等钢筋混凝土结构的防渗、防腐护面和修补工程。

丙乳砂浆与传统环氧树脂砂浆相比，不仅成本低，而且施工与普通水泥砂浆相似，可人工涂抹或喷涂，施工工艺简单，易操作和控制施工质量，并适合潮湿面粘结，与基础混凝土温度适应性好，使用寿命同普通水泥砂浆，克服了环氧树脂砂浆常因其膨胀系数大于基底混凝土而开裂、鼓包与脱落等缺点。

丙乳砂浆与普通砂浆相比，具有极限拉伸率提高1～3倍，抗拉强度提高1.35～1.5倍，抗拉弹模降低，收缩小，抗裂性显著提高，与混凝土面、老砂浆及钢板粘结强度提高4倍以上，2天吸水率降低10倍，抗渗性提高1.5倍，抗氯离子渗透能力提高8倍以上等优异性能，使用寿命基本相同，且具有基本无毒、施工方便、成本低，以及密封作用，能够达到防止老混凝土进一步碳化，延缓钢筋锈蚀速度，抵抗剥蚀破坏的目的。具体性能指标见下表。

丙乳砂浆与普通砂浆性能指标比较表

序号 性 能 普通砂浆 丙乳砂浆 试 验 方 法

1 抗压强度（MPa） 50 44.2

2 抗拉强度（MPa） 5.5 7.6

3 抗折强度（MPa） 10.7 16.9

4 极限引伸率（1╳10-6） 228 558～900

5 抗拉弹性模量（1╳104MPa） 2.6 1.65

6 收缩变形（（1╳10-6） 1271 536

7 与老砂浆粘结强度（MPa） 1.4 8.0

8 与钢板粘结强度（MPa） 0 0.9～1.6

9 渗水高度（mm） 90 35 1.5MPa水压,恒压24h.

10 磨耗百分率（%） 5.38 3.97 双圆柱园盘耐磨机

11 快速碳化深度（mm） 3.6 0.8 20%C02浓度碳化20天

12 盐水浸后氯离子渗透深度(m) >20 1.0

13 碳化强度损失 13 14 碳弧灯全气候老化2160h

14 2天吸水率（%） 12 0.8

15 抗冻性 / >300 快冻循环

备注:实验试件的灰砂比均为1:1，水灰比相同;丙乳砂浆的丙乳掺入量为水泥重量的30%。

三、丙乳砂浆在天福庙水库除险加固中的应用

采用丙乳砂浆进行水工混凝土表面防护修补，国外1964年就已经开始使用这种材料。根据国内有关资料，1985年以来，国内大中型水库除险加固中的水工建筑物混凝土表面防护修补以及公路桥梁裂缝修补等多个工程也被广泛应用，最长使用年限已达20多年，均取得良好的效果。

天福庙水库经过32年的运行，在除险加固工程现场检查发现，水工建筑物混凝土外表面多处存在钢筋、混凝土表面碳化、大部分表面粗骨料出露及施工缝结合不佳等老化病害现象，属于典型的水工建筑物混凝土老化。设计单位对这些混凝土结构表面碳化等缺陷的处理主要采用人工抹压或喷涂丙乳砂浆。具体施工情况如下：

1、丙乳砂浆配制要求：

(1)原材料：丙烯酸共聚乳液；42.5级普通硅酸盐水泥；粒径小于2.5mm的标准石英砂；水要求采用饮用水。

(2)配合比

丙乳净浆和丙乳砂浆的建议配合比见下表。

丙乳净浆和CW-P型砂浆建议配合比

材料名称 42.5级普硅水泥（kg） 石英砂（kg） 丙乳（kg） 水（kg）

丙乳净浆 100 70

丙乳砂浆 100 120 30 5

现场实际使用前进行室内试验，验证参考配方并通过试验选用适合工程实际情况的更优配方。

2、施工工艺要求

丙乳砂浆施工方便，配制拌和简单，可采用人工抹压和机械喷涂两种施工方法，只要掌握关键的施工养护要求，施工质量是能够得到保证的。天福庙水库在除险加固过程中，为了确保混凝土修补处理后的平整度，施工单位对丙乳砂浆采用人工抹压法施工。具体施工工艺如下：

(1)基底处理与喷涂丙乳净浆

利用高压冲毛机清除混凝土表面浮层浮物并打毛基面，在混凝土基底处于饱和面干的情况下，均匀喷涂1mm～2mm厚的丙乳净浆，喷嘴距离受喷面为30cm左右，喷涂压力为0.7MPa～0.8MPa。

(2)丙乳砂浆拌制和涂抹

丙乳砂浆拌制时，先将水泥和砂子拌均匀，再加入经试拌确定的水量及丙乳，充分拌和均匀，材料必须称量正确，尤其是水和丙乳，拌和过程中不能随意扩大水灰比。

待基底喷涂的丙乳基液表面触干后，进行丙乳砂浆人工涂抹。

(3)养护

表层丙乳砂浆终凝（约4h）后，喷雾状水养护1天，再用毛刷在丙乳砂浆面上刷一道丙乳净浆，要求涂匀、密封，待净浆表面触干后继续喷雾养护7天；在阳光直射或风口部位，注意采取合理的遮阳和保湿措施。

3、施工注意事项

(1)丙乳砂浆施工及养护温度以5℃～30℃为宜，遇寒流或雨雪应停止施工；

(2)因丙乳为水溶性物质，为防止丙乳泌出，在雨天应停止施工；

(3)每次拌制的丙乳砂浆，要求能在30min～45min内使用完，不宜一次拌和过多数量，一次拌和量以控制在10kg水泥为宜(人工抹压施工)；

(4)涂抹丙乳砂浆时，要掌握好涂抹速度，力求均匀，使面层平整密实；修复面积较大时，隔块跳开分段施工效果更好；

(5)在施工过程中，应作好环境保护工作，对施工过程中的废弃浆液、废水、废渣等均应按监理工程师指示及时收集、妥善处理。

4、施工质量标准

(1)所有购买的施工材料必须要有合格证,经现场试验符合要求后,方可使用；

(2)基层应牢固，基面应洁净、平整，不得有空鼓、松动、起砂和脱皮现象；

(3)涂层应与基层粘结牢固，表面平整、涂刷均匀，不得有流淌、鼓泡等缺陷；

(4)涂层厚度不易检测，采用保证每平方米的材料用量控制；

(5)整个施工过程要做好记录, 每道工序都要进行自验收,自验收合格并报监理工程师检查合格后,方可进行下一道工序；

(6)对施工中可能发生的影响质量的问题,必须要有应急措施。

四、结语

天福庙水库水工建筑物采用丙乳砂浆进行混凝土结构表面碳化处理及修补加固的面积达5950m2。水库经过两年的洪水考验，通过检查，结果表明，丙乳砂浆表面修补加固后没有脱落、开裂等现象发生，对改变混凝土外观质量起到了良好的作用，同时有效防止了渗水，阻止了因保护层不够导致部位渗水引起的钢筋锈蚀的产生。

实践证明，丙乳砂浆在混凝土缺陷修补中具有良好的应用前景，是目前运用较为成熟、性价比较高的修补材料，建议在水利水电工程中广泛推广使用。