水下混凝土缺陷处理材料汇总

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1、水下混凝土缺陷处理的工法研究 -材料部分 包银鸿 程红 陆志华 （国家电力公司华东勘测设计研究院科研所 杭州 310030） 摘 要：本文介绍了有关水下混凝土缺陷处理用的十种材料及其性能指标，其中包括水下不分散混凝土、PBM 和 UW-1 聚合物混凝土、SX 防渗模块、983 水下锚固剂、963 水下涂料、SXM 水下密封材料、双组份灌浆材料和 8505 水下弹性密封膏。 关键词：水下材料 NDC 混凝土 聚合物混凝土 锚固 水下密封 0 引言 0 引言 水工建筑在长期遭受渗流、溶蚀、冲刷、冻融等作用后，安全运行会受到一定的影响。轻则涉及设计功能的发挥，重则可能坝溃厂毁，造成重大灾害。因此必须

2、加强安全检查，及时处理隐患。水下处理方法的研究由于受水下检测方法、水下材料、水下施工机具、水下施工队伍、施工费用高等诸因素限制，相对进行得较少。 国家电力公司华东勘测设计研究院科研所近十年来一直从事水下混凝土缺陷的处理研究，积累了十多种不同用途的水下材料，并在数十个工程中得到应用。 众所周知，在堤坝、水闸、桥梁、码头、石油和海洋工程中常需要进行水下混凝土施工。若直接将普通混凝土拌合物倒入水中，当其穿过水层时，骨料便和水泥分离，并沉入水底。水泥则部分被水带走，部分处于悬浮状态。当水泥再下沉时已呈凝固状态，失去胶结能力。这样浇下去的混凝土拌合料分为一层砂砾石骨料，和一层薄而强度很低的水泥絮凝体或水

3、泥渣，不能满足工程要求。因此，在浇水下混凝土时要尽可能减少和水直接接触， 并尽量使与水接触的混凝土始终为同一部分。 为此， 一方面可以从施工方法上进行改进， 如采用导管法、 泵压法、开底容器法、装袋叠置法等，另一方面则通过在材料上进行改进和创新。本课题研究的水下材料涉及到大体积水下混凝土浇筑材料、 水下工程立面和平面的局部和薄层补强材料、水下伸缩缝止水材料、水下混凝土锚固剂、水下快速密封剂、水下涂料、水下化学灌浆材料、水下弹性密封膏等。这些材料有的可单独使用，1 1有的则需要联合配套使用，以达到取长补短的目的。有的材料强度很高，有的材料弹性很好，有的初凝时间很长，可以很好地自流平、自密实，而有

4、的则固化很快，可以满足夜间修补、清晨发电的要求。因此使用时必须严格按工程需要来挑选合适的材料和工艺。 表 1 列出主要的材料类型和用途。 表 1 水下缺陷处理用的材料系列 表 1 水下缺陷处理用的材料系列 序号 材料类型 材料名称特点及应用范围 1 HK-NDC 适用于深度 30 厘米以上的大体积水下混凝土浇筑。2 HK-NDC 水下不分散混凝土 HK-NDC 快硬型 固化快，终凝在 2 小时内， 深度 30 厘米以上的大方量水下混凝土的快速浇筑 3 PBM 型 系列 固化快，用于补强加固，可以作薄层（以厘米计）处理，但不能用于干湿循环场合 4 聚合物 混凝土 HK-UW-1型 固化时间适中，

5、补强加固用，可用于薄层（以厘米计）处理，并可以用于干湿循环场合 5 水下快速密封剂 SXM 固化快，强度较高，适用于水下孔洞、槽穴、宽缝的刚性填封 6 水下涂料 HK-963 水下金属及混凝土的粘结及防护， 水下 SX 防渗模块及 8505 水下弹性密封膏的界面剂 7 水下防渗模块 水下 SX防渗模块用于上游面水下伸缩缝和裂缝的封闭 8 水下锚固剂 HK-983 安装水下锚杆用 9 水下化学 灌浆材料 双组份LW 水下伸缩缝或裂缝的灌浆材料 10 水下弹性 密封膏 963/8505 水下伸缩缝的弹性嵌缝处理 11 HK- NDC 水下不分散混凝土 HK- NDC 水下不分散混凝土 水泥基类的水

6、下不分散混凝土（Non-dispersible Underwater Concrete, 即NDC）是在普通混凝土拌合物中加入絮凝剂，在水泥颗粒之间形成架桥结构，增大了吸附力，提高了粘性，抑制了骨料的沉降和离析，从而使混凝土获得了在水下硬化前具有一定程度的抗分散性。作为水下不分散混凝土的絮凝剂有多种，如2 2聚丙烯酰胺类、纤维素衍生物类、硅粉剂类等，其价格、强度、凝固时间、使用性能均有差别。我院研制的 HK-NDC 水下混凝土不分散剂是由 A 组分（粉剂）和B 组分（液体）组成，由它和 42.5 级普通硅酸盐水泥组成的水下不分散混凝土具有 30MPa 以上的抗压强度，6MPa 以上的抗折强度，

7、质地致密，抗渗标号超过W15，材料中含有能提高抗冲刷、抗冲磨的组分。NDC 比较多地用在水下大体积混凝土的浇筑和修补处理，而对水下工程的快速和薄层处理则不太适用。 HK-NDC 水下不分散混凝土的特点 优良的抗分散性能，在水中落差为 50cm 时，浇注的水下混凝土不分散、不离析； 能自流平、自密实，坍落度在 180-250mm，扩展度在 350-500mm； 初凝时间：20-25 小时，终凝时间：30-35 小时； 可配制 C20-C30 水下不分散混凝土，而且七天令期的抗压强度可达 20MPa以上，抗折强度可达 5MPa 以上。 可以配制特殊情况下使用的快速固化水下混凝土和水下密封剂。 HK

8、-NDC 水下不分散混凝土可用于大坝、水库、海堤护岸、港口码头、围堰、水下连续墙等水下大体积混凝土的兴建和水下补强加固。 该材料曾在天生桥二级下游导墙、太平湾水下滑道、张家界宝峰湖坝面等工程中得到应用，浇筑数百方HK-NDC 水下不分散混凝土。 22 快硬型 NDC 水下不分散混凝土 快硬型 NDC 水下不分散混凝土 一般 NDC-水下混凝土的初凝和终凝时间较长，初凝要 20 多小时，终凝要 30多小时，而有些水下工程施工要求能快速固化，但要价格便宜，因此采用了快硬低碱硫铝酸盐水泥和 HK-NDC 絮凝剂一起组成的快硬型水下不分散混凝土。 硫铝酸盐水泥是以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分为

9、熟料，加入适量石膏磨细制成的早期强度高的水硬性胶凝材料，具有速凝、快硬、早强、微膨胀、 宽水灰比、 负温性能好、 抗硫酸盐侵蚀等优良性能， 适用于紧急抢修工程。其中的快硬早强性能、对水灰比不敏感性能和有微膨胀性都对水下施工有利。 该快硬低碱硫铝酸盐水泥和 HK-NDC 絮凝剂组成的快硬水下不分散混凝土的3 3主要性能指标如下： 初凝：45min；终凝3h。 强度指标： 表 2 快硬 HK-NDC 的抗压强度和龄期的关系 表 2 快硬 HK-NDC 的抗压强度和龄期的关系 龄期 4h 8h 1d 3d 7d 28d 抗压强度（MPa） 1.8 4.6 16.3 26.7 30.2 32.8 快硬

10、型水下不分散混凝土适用于潮差地段、水流较大或需要紧急投入运行的水下抢修工程。 3.3. PBM 聚合物混凝土 PBM 聚合物混凝土 水下聚合物混凝土是以树脂为粘接剂，将其与水泥、骨料（石子、砂）固结而成的聚合物混凝土， 它具有高分子和无机材料的综合性能。 在水中可快速固化，凝固时间可在十几分钟至数小时内来调节，强度增长远快于 NDC，数小时即可达到 30MPa 以上的抗压强度。由于所采用的树脂不溶解于水，又赋于包裹的骨料具有很高的粘性，因此拌合料在水中不分散，施工时不需导管，可直接经过水层倒入水中。也不需振捣就可形成自流平、自密实的水下快速固化的聚合物混凝土. 水下 PBM 树脂有 PBM-3

11、 和 PBM-7 两种，PBM-3 的强度比 PBM-7 要高，有 A、B两组分。PBM-7 稍有韧性，属单组分。 PBM 聚合物混凝土可在水下快速固化，1 天、3 天、30 天的抗压强度可达 30、40、50MPa 以上。这种在水下固化快、强度高的性能很适合水下混凝土的快速修补和薄层修补。PBM-3 水下混凝土的固化时间由促进剂和引发剂的用量来控制，可在数分钟至数小时内调节。在低温季节，促进剂和引发剂的用量要适当增加。每个工程都要根据当地的气温、浇筑的速度、运行的要求，通过小试来确定合适的用量。 PBM 聚合物混凝土的稠度和流动度可通过树脂用量及砂率等来控制，石子的最大粒径必须小于 1/3

12、的修补层厚度。也可以不用石子，只用砂和 42.5 级水泥来制备 PBM 砂浆。所采用的砂、石子必须干燥，含水量小于 1%，否则会影响强度。 4 4对落差大的水下直接浇注，为避免重力导致的骨料离析，可采用 PBM 砂浆。砂子的粒径和砂率都要根据水深进行试验后才能确定。 PBM-3 水下混凝土或砂浆可以用在 10cm 的薄层修补。 3.1 水下固化的 PBM-3 聚合物混凝土的强度性能 PBM-3 聚合物混凝土在水下可快速固化，1 天的抗压强度可超过 30MPa，抗折强度大于 10MPa，这对快速修补很为有利。 表 3 PBM-3 聚合物混凝土的水下性能 表 3 PBM-3 聚合物混凝土的水下性能

13、 龄期 粘接强度（MPa） 抗拉强度（MPa） 抗折强度（MPa） 抗压强度（MPa） 1 天 2.0 5.2 13.2 38.0 3.2 温度对 PBM 混凝土固化后强度的影响 PBM 混凝土的固化和温度有重要的依赖关系。温度在 25以上时，促进剂和引发剂的用量各为 1%时，固化也比较快，而在 5下，两天后仍未完全固化。而此时若把促进剂和引发剂的用量都提高到 2.4%以上时，1 天内也可固化。施工前一定要结合当时当地的气温和施工速度进行小试，来确定促进剂和引发剂的用量。 表 4 温度对 PBM-3 聚合物混凝土固化的影响 表 4 温度对 PBM-3 聚合物混凝土固化的影响 龄期 温度 促进剂

14、 引发剂抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）3 5 2.4% 3%12.9 28.5 3 13 2.4% 3%15.6 37.5 3.3 PBM-3 聚合物砂浆的抗渗性能 该试验在 SS-15 型砂浆渗透仪上进行。将在水下成型的六个 PBM-3 聚合物砂浆试件进行试验。水压力从 0.1MPa 开始，然后每隔 8 小时增加水压 0.1MPa，到1.5MPa 时结果仍然良好，没有一个试件出现渗漏，说明 PBM-3 砂浆的抗渗标号都大于 W15，具有优良的抗渗性能。 3.4 PBM-3 聚合物砂浆在水下与混凝土的粘接性能 在水下的 100100400mm 的混凝土试件外侧，安装一 50100400m

15、m 的模框，在水中，往模框中浇入 PBM-3 聚合物砂浆，其配合比为粗石英砂水泥（42.5 级）PBM-3 树脂为 601624。 第二天拆模后，可见 PBM-3 聚合物砂浆和老混凝土粘结良好，相互间没有裂缝。继续在水下养护，一年后观察，仍然粘结良好。 5 5PBM 混凝土和老混凝土的粘结体若一直保持在水下，则粘结良好。但它不能经受干湿循环，若有时在水下，有时处于干燥状况，则新老结合面会脱开。对这种要求在干湿变化的情况下应用的修补，应该采用 HK-UW-1 水下聚合物混凝土。为了提高 PBM 混凝土粘结性能，原水下混凝土的基面要尽可能清理干净，水下浇注后，一定要一直在水下养护和使用。 3.5

16、PBM-3 混凝土在水下的长龄期性能 将水下成型的 PBM-3 聚合物砂浆试件继续在水下养护,到一定龄期后测定其抗压强度和抗折强度,发现其性能指标在 1 年内仍然在增高。 表 5 水下成型的 PBM-3 聚合物砂浆的长期水浸泡性能 表 5 水下成型的 PBM-3 聚合物砂浆的长期水浸泡性能 时间（天） 3 7 30 360 抗压强度（MPa） 40.7 47.6 78.3 91.8 抗折强度（MPa） 14.2 15.1 20.2 21.8 3.6 深水下(58 米)长距离的浇注试验 深水（超过 50 米）条件下，潜水员在水下施工时间很短，水下混凝土修补的难度很大。希望能研制一种材料，能在水上拌制，投料，通过塑料管直接浇到深水下需要修补的位置，以降低潜水员的水下工作强度。该试验在龚嘴大坝现场进行。 龚嘴大坝 10冲砂底孔封水面修复工程，在国内水库大坝立面浇注水下聚合物混凝土，不仅是深水作业（最深为58 米） ，同时又属较大范围（修复宽度为 9.9 米，