大坝混凝土面板缺陷修复与防护
朱永斌1 曹登云2 任银霞2
（1.新疆农业大学；2.新疆科能防水防护技术股份有限公司）
摘 要：针对北方地区大坝混凝土面板冻害破坏问题和南方地区大坝混凝土面板碳化、侵蚀、霉变问题，需要采用能够适应基层变形的弹性修补防护材料进行修复防护处理。为保障施工质量，修补防护材料所有组分利用工厂标准化生产。根据混凝土面板的不同损坏情况，采用不同的修补防护材料与合理的施工工艺，对混凝土缺陷做到有效修复与防护。
关键词：面板坝；混凝土缺陷；修补防护材料；修复与防护
1 背景
北方地区大坝混凝土面板受到冻胀、冰推、冰拔与侵蚀破坏，南方地区大坝混凝土面板土面临碳化、侵蚀、霉变等问题，大多存在不同程度的损坏，面临修复与防护的问题。若不对破损部位加以处理，破损范围和深度将进一步加大，危及钢筋等结构受力物时，致使结构不稳定[1]，同时影响混凝土结构防水抗渗性。根据混凝土面板的不同损坏情况，采用不同的修补防护材料与合理的施工工艺，对混凝土缺陷做到有效修复与防护。
2 处理要求
2.1 处理原则
以弹性防水、抗侵蚀、耐老化的防护材料作为面层修复，根据破坏情况的不同和修复防护要求，选择一种或多种弹性修补防护材料。
2.2 基面处理
为保证修补防护材料与老混凝土的黏结性能，一般要求干燥基面进行施工，潮湿基面施工时，使用水性修补材料或者利用具有封闭作用的专用黏结剂。
2.3 工厂标准化生产
修补防护材料所有组分的工厂标准化生产，为施工质量提供了保障，同时提高了施工便捷性。出厂前防护涂料、聚合物、固化剂、特种级配砂子与改性混合粉料等分别成组包装，无需现场计量，避免计量不精确，选材不当造成施工质量问题。现场施工时，仅需按照包装成组调配均匀即可投入使用。
3 材料性能
根据混凝土面板破坏程度和修复防护的要求，利用不同的修补材料和施工工艺进行修复，再利用表层防护材料进行防护处理，有效解决混凝土面板破坏问题。
3.1 防护材料性能
3.1.1 单组分（脂肪族）聚脲防水涂料
单组分（脂肪族）聚脲防水涂料（以下简称SPUA）以功能性聚醚多元醇、脂肪族异氰酸酯及特种固化剂为主要反应原料，与多种助剂和填料配制而成，接触空气中的湿气后特种固化剂迅速分解为多元胺与体系中的-NCO反应固化。该材料综合力学性能、耐老化、耐冲蚀，耐酸、碱、盐腐蚀、耐高低温等方面远优于单、双组分聚氨酯防水涂料，其质量指标见表1。
表1 单组分（脂肪族）聚脲防水涂料的质量指标表
SPUA不仅具有优异力学性能和断裂伸长率，还具有较高的耐磨性、耐酸碱、耐老化等性能，同时耐高低温（-40～160℃）、绿色环保，施工便捷（无需计量、可喷涂可手刷）。该材料既可用于混凝土面板的防水防护，也可用于冲蚀破坏严重的特殊水利工程，有效解决侵蚀、冻害、冲蚀的破坏问题。
3.1.2 渗透型纳米氟硅涂料
渗透型纳米氟硅涂料（以下简称SPSA）为水性、无溶剂、触变型膏体防水材料。作为一种性能优异的渗透型成膜涂料，不会因结构表面磨损而失去整体防水能力，而普通硅烷浸渍材料仅有渗透型具有一定的憎水性，但成膜效果差，防水效果差。赋予混凝土表面的微观结构长期的憎水性，并保持“呼吸透气”功能，能够显著降低水和有害氯离子等的侵入，并保持呼吸透气功能，混凝土内部的水分子很容易向外散逸，使涂膜下的混凝土保持自然的干湿平衡，不会造成像全封闭涂膜那样湿气无法散出而引起鼓泡或表层脱皮，从而提高混凝土耐久性。其质量指标见表2。
SPSA不仅具有优异的渗透能力和防水性能（混凝土的吸水率下降90%以上），还具有优异的耐酸碱盐和耐老化性能，能有效抑制混凝土碳化、侵蚀和霉变等破坏，提高混凝土耐久性。同时该材料绿色环保、施工便捷（喷涂、刷涂、滚涂均可）。特别适用解决南方地区大坝混凝土面板土面临碳化、侵蚀、霉变等问题。
表2 渗透型纳米氟硅涂料的质量指标表
3.2 修复材料性能
3.2.1 GMT高性能改性聚合物修补砂浆
GMT高性能改性聚合物修补砂浆（以下简称GMTⅠ）由高性能水性聚合物、外加剂、水泥（P·O42.5）、粉煤灰、石英砂等组成。作为一种水性高分子聚合物改性砂浆，与油性聚合物砂浆相比，更环保更适用于潮湿基面施工。同时外加剂的添加明显改善和易性，提高施工效率。其主要力学质量指标见表3。
表3 GMTⅠ质量指标表
注 老混凝土面：C30，不少于1年，打磨至露出新鲜面层。
GMTⅠ与普通丙乳砂浆相比：抗压强度、抗折强度和黏结性均有明显提高。同时具有优异的黏结、耐磨、抗裂、防氯离子渗透、耐老化等性能。该材料绿色环保，施工便捷（人工抹涂作业也可机械喷涂施工），主要应用于面板坝混凝土破坏厚度大于1cm的修复，也可用于其他水工建筑的修复，特别是潮湿基面修复的首选材料。
3.2.2 GMT特种高聚物修复材料
GMT特种高聚物修复材料（以下简称GMTⅡ）是以双组分天冬聚脲代替水泥作为胶结材料，与特种级配砂料、改性混合粉料制成一种高弹性、高强度的混凝土修复加固材料，也是目前国内耐老化性最好的外露型抗冲磨修复材料。其主要质量指标见表4。
GMTⅡ除具有优异力学性能和形变量，还具有高抗冲磨强度、抗冲击性、抗渗、抗冻、耐老化，良好的高低温性能，其中抗冲磨强度是弹性环氧砂浆的两倍以上。该材料主要应用于面板坝混凝土破坏厚度在0.5～1cm的修复和破坏严重的上层修复，也可用于抗冲蚀要求较高或外露型其他水工建筑的修复。
表4 GMTⅡ质量指标表
3.2.3 GMT弹性环氧腻子
GMT弹性环氧腻子（以下简称GMTⅢ）以一种改性的环氧树脂、固化剂为主剂，配以相应改性混合粉料，混合固化后形成一种高强度、高韧性、高黏结力固结体的快速修复材料，其主要质量指标见表5。
表5 GMTⅢ质量指标表
GMTⅢ具有高强度和强黏结性，同时通过对环氧树脂和固化剂进行改性，赋予材料良好的柔韧性和抗冲击性能，能够抵抗外力引起的变形，降低体系产生的内应力。该材料主要应用于面板坝混凝土破坏厚度小于0.5cm的修复。
4 处理方案
4.1 修复处理
4.1.1 基层混凝土处理
用切割机对修补区域的边缘进行切割齿槽处理，凿除修补区域老混凝土污染物、薄弱部分，直至露出新鲜、密实的基面。用压缩空气或大功率吹风机将表面砂粒、灰尘吹去，使基面干净无灰尘。
4.1.2 修补处理
（1）破坏厚度δ＜0.5cm区域。涂刷专用黏结剂，待黏结剂表干后即可涂抹GMTⅢ，凹凸不平难于涂抹的地方，应反复多涂抹几次，涂抹至标准厚度，要求表面平整。
（2）破坏厚度0.5cm≤δ≤1cm区域。涂刷专用黏结剂，待黏结剂表干后即可涂抹GMTⅡ，涂抹至标准厚度，要求涂抹密实、表面平整。
（3）破坏厚度δ＞1cm区域。涂刷专用黏结剂，待黏结剂表干后即可涂抹GMTⅠ，破坏较深部位应反复多涂抹几次，涂抹至标准厚度，要求涂抹密实、表面平整。抗冲蚀要求较高部位的上层可用GMTⅡ修复。
4.2 防护处理
4.2.1 水位变动区及以下区域
混凝土面板坝的水位变动区及以下区域对抗渗、抗侵蚀、抗冻害破坏要求比较高，防护材料采用具有优异力学性能、耐侵蚀、耐高低温、耐老化的SPUA，有效解决侵蚀、冻害、冲蚀、霉变等的破坏问题。
在新鲜混凝土或修复处理后的混凝土上，涂刷专用黏结剂，待黏结剂表干后即可涂刷SPUA，一般要求涂刷2～3遍，每遍涂刷方向垂直交叉、间隔不超过24h，涂刷至要求厚度。
4.2.2 水位变动区以上区域
混凝土面板坝的水位变动区以上区域对防水、防碳化、防霉变、抗侵蚀要求比较高，防护材料采用具有优异的渗透能力和防水性能、耐酸碱盐和耐老化性能的SPSA，有效解决侵蚀、碳化、霉变等的破坏问题。
在新鲜混凝土或修复处理后的混凝土上，直接涂刷或喷涂SPSA，一般要求涂刷1～2遍，一般对第2遍涂刷没有时间限制，用量约为200g/m2。
5 工程应用
修补防护材料均具有综合力学性能高，施工便捷，尤其黏结性、抗冲磨性和耐久性优异，已应用到多个混凝土面板坝和其他水利工程的缺陷修复防护工程。
5.1 SPUA、GMTⅢ的工程应用
案例一：新疆阿克苏地区柯坪县苏巴什水库集灌溉、防洪、生态、水产、旅游于一身的综合水利建设项目。利用GMTⅢ和SPUA进行混凝土修复与防护处理，效果良好（见图1）。
案例二：昌吉头屯河水库混凝土坝面利用SPUA进行混凝土防护处理，应用效果良好（见图2）。
图1 苏巴什水库混凝土坝面修复防护处理
5.2 SPSA、GMTⅢ的工程应用
案例三：克拉玛依风克隧洞修复工程，应用效果良好（见图3）。
图2 昌吉头屯河水库混凝土坝面防护处理
图3 克拉玛依风克隧洞修复
5.3 GMTⅠ的工程应用
案例四：大西海子水库泄洪闸井室修补加固处理工程，应用效果良好（见图4）。
案例五：农八师大泉沟水库放水涵洞混凝土缺陷修补加固工程，应用效果良好（见图5）。
图4 大西海子水库泄洪闸井室修补加固处理
图5 农八师大泉沟水库放水涵洞混凝土缺陷修补加固
案例六：河南陆浑灌区东方红一号渡槽修复工程，应用效果良好（见图6）。
5.4 GMTⅡ的工程应用
案例七：水进城大寨闸先导修复工程，应用效果良好（见图7）。
图6 河南陆浑灌区东方红一号渡槽修复
图7 水进城大寨闸先导修复
6 结语
根据大坝混凝土面板的不同损坏情况，采用不同的修补防护材料与合理的施工工艺，可有效解决混凝土面板冻害、侵蚀、碳化、霉变等破坏问题，达到修复与防护要求。同时工厂标准化生产模式，不仅可以节约工期，更能保证修补防护质量，也可应用与抢险工程。
参考文献
[1] 施孟凯，徐晓东.毛里塔尼亚友谊港老码头混凝土修复工艺探讨.中国水运（下半月），2018，18（04）：141-143.
[2] 肖风成.杜伯华水电站混凝土修复施工技术.水利水电施工，2017，（03）：46-48.
[3] 何继川.水坝混凝土修复施工研究科技研究.2013，（10）：40-41.