H123水性环氧砂浆在水工混凝土结构修补中的应用
                                             马树齐
                   （江苏省灌溉总渠管理处，江苏 淮安 223200）
    摘要：环氧砂浆作为一种混凝土结构修补加固材料，具有粘结强度高、干缩变形小、抗压模量低和抗侵蚀能力强的特点，在水利工程中得到广泛应用。通过H123 水性环氧砂浆在白马湖穿运洞闸墩修补中的应用，分析闸墩病害产生的原因，介绍H123 水性环氧砂浆的特性及在修补过程中的施工工艺。
    关键词：白马湖穿运洞；闸墩；环氧砂浆；修补；应用
    中图分类号：TV46 文献标识码：B 文章编号：1007-7839（2014）02-0024-02
    0 ·引言
    水工混凝土结构除要求具有设计的强度，以满足安全承受荷载外，还应在周围的自然环境和使用条件下具有耐久性。水工混凝土结构经长期使用，会因外部环境影响和材料内部缺陷出现碳化、剥落、裂缝等侵蚀和破坏现象，为保证结构强度和耐久性，经常需要对水工混凝土结构进行修补，以消除工程运行的安全隐患。环氧砂浆作为一种混凝土结构修补加固材料，具有粘结强度高、干缩变形小、抗压模量低和抗侵蚀能力强的特点，在水利工程中得到广泛应用。笔者结合白马湖穿运洞工程维修实例，分析混凝土结构破坏的原因，阐述H123 水性环氧砂浆如何应用于水工混凝土结构修补。
    1· 工程概况
    白马湖穿运洞位于江苏省淮安市淮安区平桥镇，上游为白马湖，下游为里下河，工程主要功能是在不影响里下河地区排涝的情况下，排除新河以东灌溉总渠以南白马湖以北地区的雨涝。工程建成于1960 年，设计流量50 m3 / s，共2 孔，每孔净宽3.0m，净高3.3 m，洞身总长355 m。洞身、工作桥、消力池为钢筋混凝土结构，上下游翼墙为浆砌块石结构。白马湖穿运洞常年开闸排除上游雨涝，近年来年均排涝2.6 亿m3。工程经过半个多世纪的运行，下洞首闸墩、胸墙混凝土出现碳化、剥蚀等病害现象。
    2 ·病害情况及原因分析
    2.1 病害情况
    白马湖穿运洞下洞首闸墩、胸墙常年处于水位变动区运行，闸墩及胸墙表面出现碳化、剥蚀现象。经检测，测点最小碳化深度为9.5 mm，最大为58 mm，碳化深度检测结果详见表1。

     下洞首闸墩、胸墙水位变动区混凝土剥蚀露子严重，经现场量测，剥蚀深度最大达16 mm，剥蚀范围近40 m2。
    2.2 原因分析
    2.2.1 碳化原因
    混凝土的碳化是因大气中的CO2渗透进混凝土内部的孔隙，并溶解于毛细孔的水分中，与水泥发生十分复杂的多相物理化学连续反应过程。混凝土产生碳化的原因包括内在因素和外在因素。内在因素有：不同的水泥其矿物组成、混合材料等不同，直接影响着水泥的活性和混凝土的碱度，因而对碳化有着重要影响；不同的集料品种和级配其内部孔隙结构差别较大，直接影响着混凝土的密实度。酸性气体（如CO2）、水分等是混凝土碳化的外在因素。白马湖穿运洞下洞首位于平桥镇大运河东堤外坡脚，穿运洞常年排水，下洞首处空气潮湿，而运河堤上茂密树林因光合作用夜间释放CO2，对混凝土碳化形成有利的外在因素。随着工程运行年久和有利的外在因素，其混凝土碳化速度较快，由检测数据可见一斑。
    2.2.2 剥蚀原因
    白马湖穿运洞下洞首混凝土表面剥蚀，主要集中于闸墩、胸墙浸水饱和区和水位变动区。由于汛期和枯水期水位变化，以及夏、冬季温度变化，混凝土内部孔隙水冻结膨胀和融解松弛交替，造成了较大面积的混凝土表面剥落。又因混凝土碳化钢筋保护层厚度不足导致钢筋产生锈胀，进一步加剧了混凝土的开裂和剥落。
    3· H123 水性环氧砂浆的应用
    白马湖穿运洞工程尚未加固改造前，为改善水工混凝土结构性能，保证工程安全运行，管理单位采用了H123 水性环氧砂浆对其混凝土结构进行修补。
    3.1 材料比选
    环氧砂浆是目前最多用于混凝土结构修补的材料之一，由环氧树脂、固化剂、促进剂及填料按一定比例配制而成。环氧砂浆有厂家配制的成品，也有使用单位购得环氧树脂和固化剂后自行制备。环氧树脂有水性环氧树脂和油性环氧树脂之分，前者以水为介质，后者以溶剂（促进剂）为介质；前者对潮湿环境下混凝土有较好的覆盖性，后者则要求修补的混凝土处于非常干燥状态；前者环保，后者使用会产生甲醛，危害人体健康和污染环境。白马湖穿运洞水工混凝土修补选用H123 水性环氧砂浆，主要是综合考虑了施工方便、环保、价格等因素。材料比选对比详见表2。

    3.2 材料特性
    H123 水性环氧砂浆是由水性环氧树脂H123A、水性环氧固化剂H123B、水泥、砂等按一定比例配置而成。通过水性环氧的交联固化及水泥的水化作用，形成具有空间网状结构的高性能的有机—无机复合材料体系，能起到增强、抗渗和抗化学品腐蚀的作用，且可在潮湿界面和环境下快速固化，不会产生龟裂，适用于水利等建筑物的缺陷修补粘结。主要有以下特点：以水作为分散介质，环保；热膨胀系数与混凝土接近，具有良好的粘结性；可在干燥、低温、潮湿等环境中固化，潮湿面粘结性能优；和易性好，操作施工简便。其技术指标详见表3。

    3.3 施工工艺
    在白马湖穿运洞闸墩混凝土结构修补中，对H123 水性环氧砂浆按照产品使用说明规定的比例进行配制，且经过现场试配，并保证了足够的搅拌时间和适用时间。修补施工工序：基面处理—表面清理—涂刷基液—环氧砂浆涂抹—养护。
    （1）基面处理：用电动风镐凿除闸墩表面约1.5 cm 厚的碳化层，清除混凝土表面剥蚀层等松散物质，以暴露出新鲜的混凝土层面。
    （2）表面清理：对处理过的混凝土面用电动钢丝刷进行清理，清理表面的沙粒粉尘。
    （3）涂刷基液：在处理好的混凝土基面上用毛刷均匀地涂刷一薄层底层基液，做到薄而均匀、不流淌、不漏刷。
    （4）环氧砂浆涂抹：待基液初凝（表面不流动，连续3 次指触丝至1cm 断开）时，开始涂抹环氧砂浆。用抹刀涂抹环氧砂浆，涂抹时要边压实边抹光，应同方向连续摊料并注意对衔接处要压实排气。环氧砂浆可以一次抹够1.0 cm（超过1.0 cm 需分层涂抹），但要求进行多次拍打、压实，使其与混凝土基面粘结牢固。压实提浆后，视现场温度间隔30～60 min 再次抹光，并保证表面不得有连续接缝和下滑现象。
    （5）养护：工程水性环氧砂浆修补后选择自然养护，在固化期内避免闸门启闭振动、硬物撞击、刮擦，涵洞上下游填筑围堰断流无明水冲刷，养护达48 h 以上。
    4· 结语
    白马湖穿运洞闸墩混凝土结构经H123 水性环氧砂浆修补处理后，外观质量得到较大改善，更重要的是增强了建筑物的安全性，提高了混凝土抗老化和防碳化能力，为建筑物结构安全和耐久性提供了保证。H123水性环氧砂浆在工程修补中的应用，能起到防治混凝土病害、延长建筑物使用寿命的作用，值得在类似工程中推广使用。