水工结构物混凝土表面修复施工技术研究与应用

刘景宝

摘要：上世纪中期，由于石化燃料价格飞涨、温室效应显著，世界各国大力发展可再生能源项目，兴建了大批小水电工程，经过几十年的运行，许多水电站水工结构物已经老化，需要修复改造。本文依托乌兹别克斯坦3座梯级水电站修复改造项目，通过对建于上世纪40年代的3个小水电站既有水工结构物混凝土表面修复施工技术进行研究与应用，对不同结构物混凝土表面修复进行分类处理。在满足结构物的安全、耐久性及外观要求情况下，减少旧结构物的拆除新建，从而达到降低施工成本和缩短工期目的。

关键词：修复  界面剂   聚合物砂浆  细石混凝土

一、工程概况

乌兹别克斯坦3座梯级水电站修复改造项目为中亚“一带一路”建设的标志性项目，合同金额7406.84万美元，合同类型为EPC施工合同，项目内容包括下博兹苏伊14号水电站、塔什干9号水电站与沙赫里汉2号水电站，共3座水电站的修复和改造。

二、结构物表面修复分类及施工工艺原理

2.1普通结构物混凝土轻微碳化表面修复

对于原有普通结构物混凝土轻微碳化的表面，采用膨胀螺栓固定钢丝网，使用聚合物砂浆对结构物表面修复施工工艺，聚合物砂浆具有抗压强度高、固化迅速、粘结性能好等特点，保证了砂浆与混凝土结构物表面粘结紧密，防止脱落。

2.2水下结构物冲刷损伤表面修复

对于原有水下结构物冲刷损伤的表面，采用植筋固定钢筋网片浇筑混凝土施工技术，采用高标号细石混凝土施工，对既有混凝土表面风化剥蚀严重的混凝土结构物进行修复加固，利用清水混凝土施工方法一次成型，不需要二次抹面。

2.3承重结构物油浸损伤表面修复

对原有承重混凝土结构物油浸损伤的表面，凿除油浸混凝土后整平处理，用埋置锚杆连接原有结构主筋，增加钢筋网片浇筑混凝土施工技术，采用高标号细石混凝土施工，对凿除后的混凝土结构物进行修复加固，利用清水混凝土施工方法一次成型，不需要二次抹面。

三、施工工艺流程

3.1.1普通结构物混凝土轻微碳化表面修复处理施工工艺流程。

旧混凝土表面凿毛→基面清洗、风干→涂刷界面剂→铺设钢丝网→钉膨胀螺栓→聚合物砂浆拌制→基层抹灰→挂纤维网→面层抹灰并压光3.1.2原有水下混凝土结构物冲刷损伤表面修复处理施工工艺流程。

旧混凝土表面凿毛→打孔、植筋→基面清洗、风干→涂刷界面剂→钢筋网绑扎、焊接→立模→混凝土拌制→混凝土浇筑→拆模→封堵拉条孔

3.1.3原有承重混凝土结构物油浸损伤表面修复处理施工工艺流程。

油浸混凝土凿除→水钻打孔、埋设锚杆→基面清洗、风干→涂刷界面剂→钢筋网绑扎、焊接→立模→混凝土拌制→混凝土浇筑→拆模→封堵拉条孔

四、施工工艺操作要点

4.1既有混凝土表面凿毛

凿毛时为了不损伤底层结构，要求作业时的工具、设备必须具有高频率低振动的性能并采用高压水枪冲洗方式清洁作业面。凿除后的混凝土表面要求显露出原混凝土内粗骨料石子的1/3～1/2粒径以及新鲜混凝土面，确保碳化层完全被凿除。

1、普通轻微碳化的混凝土表面，凿毛深度平均0.5-1.0cm；

2、冲刷损伤的混凝土表面，凿毛深度平均3.0-5.0cm；

3、油浸损伤的混凝土表面，凿毛深度平均15.0-20.0cm。视实际情况按照要求现场确定。

4.2打孔，植入膨胀螺栓、钢筋或锚杆

4.2.1轻微碳化的混凝土表面

对于轻微碳化的混凝土表面，处理方式采用膨胀螺栓固定钢丝网的施工技术，膨胀螺栓需要在凿毛后的混凝土面上打孔，使用人工手持手枪或电锤施工。膨胀螺栓规格：M4*50mm，钢丝网规格1.0*1.0cm。采用Φ5 mm钻头打孔，孔深6cm，间距20-25cm，螺栓加垫片固定钢丝网。

4.2.2水流冲刷损伤的混凝土表面

对于水流冲刷损伤的混凝土表面，处理方式采用打孔植筋固定钢筋网片的施工技术，需要在凿毛后的混凝土面上打孔，使用人工手持冲击钻或电锤施工。采用Φ18 mm钻头打孔，孔深20cm，间距30cm。植入钢筋Φ14 mm，焊接拉条，钢筋网片Φ12@15 cm，与植筋焊接，形成整体。

4.2.3油浸损伤的混凝土表面

对于油浸损伤的混凝土表面，处理方式采用埋置锚杆的施工技术，需要在凿除油浸混凝土后的作业面上打孔，使用人工手持水钻施工。采用Φ50mm钻头打孔，孔深70cm，间距100cm。植入锚杆Φ28mm，M50高强砂浆压力灌浆，并与主筋进行焊接，钢筋网片Φ25@25 cm，与裸露的主筋焊接，形成共同受力的整体。

4.3基面清洗、风干

凿毛后的作业面，人工清扫废碴、松动碎料后，用高压水枪清洗，空压机送风吹干空隙内积水。植筋孔及预埋锚杆孔，采取同样措施清洗、风干。

4.4涂刷界面剂

混凝土界面剂是由醋酸乙烯-乙烯制成的粘合剂。 它具有超强的粘结性，优异的耐水性，耐老化性。 可提高抹灰砂浆与基层的粘结强度，有效避免抹灰层空鼓、脱落、收缩开裂等问题。 同时用于混凝土表面处理可解决新旧混凝土因吸水特性或表面光滑而在界面处不易粘结的问题，可增强新旧混凝土和混凝土与砂浆面层之间的结合力。施工方法如下：

4.4.1清理基层　　

用钢丝刷清除混凝土表面余灰、疏松物与油污等，再用软刷清扫干净。

4.4.2界面粘结料拌制

1、将普通抗硫酸盐水泥（M400）与建筑中砂按体积比2:1进行混合。

2、将上述干混料加入界面剂液中，界面剂与干混料按重量比1：2搅拌均匀成浆料状备用。

3、界面剂涂刷施工

用刷子或扫帚蘸取界面粘结浆料，均匀涂刷于混凝土表面上，以覆盖基层为准。待涂层初步干燥（达到不沾手、不影响抹灰）即可进行下一步工序作业。搅拌浆料时不得随意加水稀释。

4.5钢丝网及钢筋网片制安

1、钢丝网选取钢丝直径为Φ0.7mm，网眼规格为1.0*1.0cm，镀锌钢丝网。在凿毛整平后的作业面上，用膨胀螺栓加垫片的方式张紧、压平，固定牢固。

2、钢筋网片按设计要求下料、制作，与植筋或埋置锚杆点焊焊接成整体，共同受力。

4.6聚合物修复砂浆施工要点

普通轻微碳化混凝土受损表面，采用聚合物砂浆施工。聚合物砂浆是一种新型的混凝土修补砂浆，它既具有高分子聚合物材料的粘结性能，又具有无机材料的耐久性。 抗压强度高、固化速度快、粘结性能好；具有良好的保水性和抗裂性；施工工艺简单，可在潮湿基层施工，健康环保。

4.6.1砂浆材料主要技术指标如下：

抗压强度（Mpa） R1≥15； R3≥25；R28≥40 ；

拉伸粘结强度（Mpa） ≥0.9；

弹性模量（Mpa） / 2.4﹡104；

原强度 ≥1.0 ；

压剪强度耐水（Mpa） ≥0.7 ；

耐冻融 ≥0.7 。

4.6.2施工方法

1、基层要求及处理：基层表面应平整、粗糙、清洁、无油污，无浮灰，不应有起砂、空鼓、裂缝等现象。施工前应用高压水冲洗并保持潮湿状态，但不得有积水。界面粘结时，预先涂刷界面处理剂。

2、材料配制：粉料：水按质量比100：13称取放置。将实际用量90%的水倒入粉料中搅拌均匀，再将剩余的10%水逐渐倒入并搅拌无结块，配好的浆料应保证在0.5-1.0H内用完。

3、施工：在潮湿的混凝土基层表面先均匀涂刷一遍界面处理剂，聚合物修补砂浆一次施工面积不宜过大，应分条分块错开施工，每块面积不宜大于10m2，错开施工的间隔不应小于24小时。分层施工时，留缝位置应互相错开。

4、聚合物修补砂浆涂刷后应立即压平，切忌反复抹压。当有气泡时，应将其刺破并压实，以达到表面压实。基层和面层需挂网分层施工，每层抹灰厚度应为5-10mm，待上一层手指触摸稍干后方可进行下层施工。

5、施工完毕后应加强保湿养护。

4.7细石混凝土浇筑施工要点

水流冲刷损伤混凝土表面和油浸损伤混凝土表面，需经处理后浇筑细石混凝土。

4.7.1混凝土原材料控制

1、混凝土浇筑用砂选用当地料场天然级配良好的河砂。河砂彻底洗净，砂料中的含泥量小于3%，其它有害物含量符合规范要求。细度模数在2.2～3.0范围内。

2、混凝土采用连续级配的细粒料，骨料颗粒坚硬、耐久、洁净、表面无覆盖物，粒形一般为立方体，避免针片状。其它杂质和有害物含量符合规范要求。

3、为了补偿混凝土的收缩、改善混凝土的性能、提高混凝土的均质性，掺加适量具有防冻、抗渗、早强、减水、增塑等效果的复合型外加剂。闸门槽修复、启闭机基座修复、水轮机机墩等二期混凝土采用微膨胀混凝土，防止产生干缩裂缝，影响混凝土承载力。

4.7.2混凝土配合比

1、根据乌兹别克斯坦安集延市国家试验室设计的配合比进行细石混凝土拌制。

标号 材料	B12.5	B15	B20	B22.5
水泥kg	240	323	380	400
石子Kg	1112	1007	1035	1090
砂  Kg	920	958	850	798
水  L	131	123	136	127

表4.7.2-1细石混凝土配合比

2、混凝土的坍落度为6-8cm。

五、结束语

水工结构物混凝土表面修复施工技术在乌兹别克斯坦3座梯级水电站修复改造项目中的成功应用，得到了乌兹别克水利能源部、当地监理单位的大力认可及高度评价。修复后的水工结构物外观整洁、美观，施工简单、效率高，满足了施工质量和施工进度要求，对类似工程项目具有借鉴意义。

 参考文献：

[1]李珍,冯菁,韩炜,邵晓妹.水工建筑物混凝土新型防护材料研究与应用[J].长江科学院院报,2021,38(10)

[2]丁清杰,王亚飞.水工混凝土缺陷和破坏的成因分析与修复方法[J].水利技术监督,2019(01)

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