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1、环氧砂浆在水电站修补工程中的应用余 腾 洪（四川大渡河龙头石水力发电有限公司，四川 石棉 625400）摘要：本文介绍了环氧砂浆在各水电站混凝土修补中的成功应用。对长期承受高水流、强冲刷的水工建筑物来说，有个强壮的表面抗冲刷是必须的。通过已有的成功案例，建议类似修补工程可采用此方法。关键词：水电站；修补；环氧砂浆；混凝土；抗冲刷一、 简介 19世纪末20世纪初，德国Lindmann用两种有机化合物对苯二酚和环氧氯丙烷反应，生成树脂状产物；俄国化学家Prileschajaw用过氧化苯甲醚和烯烃反应，生成环氧化合物，揭开了环氧树脂发明的序幕。 我国1956年开始研制环氧树脂，1958年开始工业化生
2、产。水利水电行业对环氧树指材料的需求很迫切，水工建筑物裂缝的修补，砼表面抗冲刷、磨损、空蚀作用的防护及处理，砼表面溶蚀、冻融剥蚀破坏的修补，表面缺陷的补强加固等等，往往都是用环氧砂浆进行涂层修复加固。环氧砂浆是以环氧树脂为主剂，配以促进剂等一系列助剂，经混合固化后形成一种高强度、高粘结力的固结体，具有优异的抗冲、抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸防腐蚀性能。环氧砂浆是AB双组份环氧树脂，A组份为白色（膏状），B组份为（稠状液体）黑色。热变化温度48，施工温度：最低5、最高35。它具有可调的胶体稠度，可加入一定量的水泥或粉煤灰石英砂等掺合料，可改善颜色和稠度，有利于顶面或立面的涂抹以及孔洞的填补。它
3、可粘结于潮湿表面，节省为达到完全干燥界面所进行的表面修补处理工作。力学强度高，配比简便。热膨胀系数与混凝土接近，故不易从这些被粘结的基材上脱开，耐久性好。二、新型NE-型环氧砂浆主要特性2.1 常温施工 常温条件下各组分材料、施工器具及混凝土基面均不需要加热，易于施工操作。 2.2 不粘器具、施工方便快捷外观颜色与混凝土基本一致，施工时类似于水泥砂浆不粘工器具，成品包装，使用操作简单，施工方便快捷，施工面平整、光洁，易于保证施工质量。 2.3 无毒、无污染国家建筑材料测试中心的毒性试验检测结果表明：NE-型环氧砂浆的各项主要毒性成份的含量均远低于国家室内装修材料标准。 2.4 柔韧性良好具有良
4、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，提高材料的适应性能。 2.5 与混凝土的匹配性和耐久性能优良具有良好的抗老化和抗碳化性能，其线性热膨胀系数（9.210-6/）较普通环氧砂浆（一般为306010-6/）大大降低，与混凝土（一般为81110-6/）基本一致，涂层能与混凝土在不同温度条件下实现同步变形，避免了因两种材料的胀缩性能差异太大而使界面应力过大，造成涂层脱空、开裂。 2.6 主要力学性能优良主要力学性能优良，抗冲磨强度是C50硅粉混凝土的35倍，与混凝土粘结牢固。适用于建筑物的梁、柱、桩承台等的裂缝、混凝土构筑物表面的蜂窝、漏洞和露筋等的缺陷处理。 2.
5、7 主要性能指标抗压强度80.0MPa，抗拉强度12.0MPa，抗冲磨强度7.0 h/kg/ m2，抗冲击性2.1KJ/m2，抗压弹性模量 2150MPa，线性热膨胀系数1510-6/0C，与砼粘结抗拉强度 4.0MPa ,“ ”表示破坏在C50砼本体。无毒无污染、符合环保要求。三、施工研究与技术要求3.1工艺流程 结合水电站工程特点，为保证施工质量和进度要求，在正式施工之前首先对施工的程序进行着重研究，并制定严格的工艺流程。基面处理固定厚度标尺涂刷 基 液配制基液间隔2060min间隔1050min抹环氧砂浆配制砂浆压实找平厚度检测 不合格合格环氧砂浆光面清理工器具施工流程图3.2基面处理与
6、技术要求 为了获得良好的施工效果，首先需要把混凝土面处理好，并满足技术要求：渗水、漏水部位，用化学灌浆止水堵漏或引排水。对冲蚀坑槽，用环氧混凝土回填补强。用电动磨轮磨除混凝土表面乳皮和粘附在表面的污染物、薄弱层及松散颗粒，气泡孔内的泥浆清除干净，基面需外露新鲜骨料。用电动钢丝刷和高压风清除干净混凝土表面上的砂粒、粉尘和其它污染物。根据混凝土基础面的干湿状态选用不同型号的环氧砂浆材料。3.3材料的拌制与施工 施工用的主要材料包括底层基液和环氧砂浆，如果在材料的拌制和施工过程中出现差错或控制不严，就会严重影响施工质量。为减少称量误差、简化施工中的操作程序和提高施工效率，通过室内试验研究和现场工艺性
7、研究，决定对材料采用双组份半成品包装，把各组份材料的称量、拌制与加工等繁杂环节提前在生产车间内进行，施工现场把两个组份按一定比例混合搅拌均匀即可施工使用。施工中每个环节的操作都对整体的施工质量都起着致关重要的作用。就如看似简单的材料混合搅拌操作，如果搅拌时间较短，可能就会搅拌不匀，出现“夹生”现象，降低粘结性能；如果搅拌时间偏长，就会导致基液发热，甚至出现暴聚现象，影响基液的施工性能和粘结效果。因此，这些操作程序及技术要求，在正式施工之前就必须结合现场的气温、环境等具体条件进行专项试验研究和论证，并详细、明确的制订出施工中的各项技术要求与操作程序：.材料拌制时，按给定的组份比例进行称量，底层基
8、液用专用拌和器搅拌35 min，环氧砂浆用专用拌和机先拌12min后再加入B组分拌35min，混合搅拌均匀（颜色均匀一致）后即可供施工应用；.底层基液涂刷前，应再次用高压风清除砼基面的微量粉尘，以确保粘结质量；.将拌制好的基液，用毛刷均匀地涂刷在基面上，基液涂刷要求尽可能薄而均匀、不流淌、不漏刷；.材料拌制应现拌现用，以免因时间过长而影响施工质量和造成材料浪费；.底层基液的理论用量为0.50.7kg/m2，环氧砂浆的理论用量为20kg/m2（10mm层厚）；.基液涂刷后静停2060min，手触拉丝现象，方可施工环氧砂浆；.环氧砂浆施工时，将拌制好的环氧砂浆用抹刀按设计要求的厚度涂抹到已刷好基液
9、的基面上，涂抹时尽可能同方向连续摊料,并注意衔接处压实排气；边涂抹、边压实找平，表面提浆。涂层压实提浆后，间隔2小时左右，再次抹光，表面不得有连接缝或下坠、下滑等现象；用于砼表层修补时，要先将砂浆用力摊铺压实，然后用抹刀拍打出浆，对边角接缝处要反复找平；必要时，用拍打出来的浆液填充细微接缝，并反复压实，消除缝茬；.施工期间出现的施工冷缝，涂层边缘应做成1：2的缓坡，再次施工时，应先将坡面清理干净，涂刷基液并静停后再涂抹环氧砂浆；对接缝处应仔细压实，消除缝茬，保证连接的平滑性。四、环氧砂浆在水电站应用的成功范例4.1 我国环氧砂浆首次在新安江水电站起用1963年，水科院与新安江电厂率先将环氧树脂
10、砂浆应用于电站溢流坝面的抗冲磨、抗气蚀保护层，面积达3860m2。经过了近50年，现在该环氧涂层仍在继续使用，当然，其间进行了多次修补和维护。1983年，对新安江电站老化涂层进行了修补，采用当时新研究出的弹性环氧砂浆，至今该涂层仍然没有开裂、脱空、起砂，而且与基层砼粘结良好，20多年的现场应用证明了弹性环氧砂浆的优势。4.2 环氧砂浆在辽宁太平湾水电站的应用1985年，太平湾电站22孔泄洪道在浇筑二期砼后，发现几乎每孔泄洪道中部垂直水流方向都出现贯穿性裂缝，工期紧迫，水库要按计划蓄水发电。当时决定采用弹性环氧砂浆修补，具体做法是沿裂缝凿出宽20cm、深2.5 cm的梯形槽，用潮湿水下环氧砂浆找
11、平，填平开凿面的凹凸不平处，上面铺1mm厚的橡胶板，再浇筑弹性环氧砂浆，砂浆面与两侧砼面之间压实、抹平。全部22孔泄洪道均采用这种方法处理。施工后水库按期蓄水，运行至今末发现任何问题。2、环氧砂浆近代在水电站中的应用2002年，弹性环氧砂浆在我国陕西安康水电站水工砼裂缝处理中使用，处理裂缝长度100m；之后又在消力池底板进行试验性施工，使用面积150m2。4.3 环氧砂浆在二滩水电站的应用二滩水电站1#泄洪洞为C50硅粉混凝土衬砌，设计最大流量为3700m3/s，最高流速为45m/s。1#泄洪洞作为主要泄水建筑物，自1998年运行以来，在高速水流及其推移质的不断冲刷作用下，洞身混凝土衬砌磨损比
12、较严重。2001年汛后检查发现，1#泄洪洞2#掺气坎下游直至出口段底板、边墙遭遇大面积损坏，其中底板混凝土衬砌大面积损坏，局部完全损毁，外露基岩；边墙4m以下区域磨损严重，大多外露粗骨料，高速水流挟带推移质冲刷后形成的线形凹槽分布广泛；边墙4m以上区域受磨损程度较轻，大多外露细骨料、无混凝土乳皮、手感粗糙。为保证二滩水电站的安全运行，需要对1#泄洪洞损坏部位进行修复，但选择何种材料来抵抗高速水流的冲刷和磨损，却成为摆在设计者面前的一道难题，为此2002年设计和业主派代表在全国各大中型水电站进行考察，初选了HF抗冲磨混凝土、NE环氧砂浆、高强喷涂树脂三种材料，经过对材料性能、施工方法、应用效果的
13、比对，最终设计确定1#泄洪洞底板修复采用C60硅粉混凝土衬砌；边墙4m以下部位的表面修复采用环氧砂浆保护层，性能要求为28天抗压强度大于90Mpa，与混凝土粘结强度大于5Mpa；边墙47m部位的表面修复采用环氧胶泥保护层，性能要求为28天抗压强度大于60Mpa，与混凝土粘结强度大于3Mpa。2003年1月，在1#泄洪洞下游直坡段边墙进行了环氧砂浆抗磨层工艺性试验，以考察材料各方面性能，试验块高4m，长8m，由四个熟练工人12个小时完成，施工过程中现场抽取抗压试件，施工环境温度20度，施工完毕后7天，进行现场粘结拉拔试验和室内抗压强度试验，试验结果均满足设计要求。二滩1#泄洪洞边墙表面修复工程环
14、氧砂浆保护层的设计工程量为5100m2，平均层厚7mm；环氧胶泥保护层的设计工程量为4500m2，平均层厚约1mm。工程施工于2003年2月17日开工，2003年6月20日通过竣工验收，施工质量满足设计和有关文件的要求。1#泄洪洞于2003年6月修复完毕后,7月中旬即投入汛期使用，至今已历经四个汛期近2000小时的泄水运行，业主在每年汛后都组织人员进洞详细检查过流面情况，发现底板及边墙上部混凝土表面局部有推移质冲击后造成的线性凹槽，而边墙环氧砂浆保护层未发现有此类情况，也无损坏脱落现象。二滩水电站在2003年汛后检查中发现2#泄洪洞两侧边墙及底板表面因高速水流及其推移质的磨损，局部出现了砼表层
15、原聚合物砂浆修补块脱落、砼表层磨损、边角冲蚀造成的小坑小槽等缺陷；1#泄洪洞龙抬头段及修复段底板局部发现混凝土表面有推移质冲击后造成的线性凹槽和小冲坑。为保证1#、2#泄洪洞今后的安全运行，设计采用环氧砂浆对磨损、冲蚀等缺陷部位进行修补。二滩水电站1#、2#泄洪洞缺陷修补工程环氧砂浆修补设计工程量800m2，平均厚度20mm。工程施工于2004年3月15日开工，2004年4月25日通过竣工验收，施工质量满足设计和有关文件的要求。4.4 环氧砂浆在紫坪铺水利枢纽工程的应用NE型环氧砂浆在紫坪铺水利枢纽工程中主要应用在冲砂放空洞挑流鼻坎段边墙，1#、2#泄洪排砂洞进水塔闸室段、导泄结合段及挑流鼻坎段边墙和溢洪道挑流鼻坎底板及边墙等部位，总面积约25000余m2。其中泄洪排砂洞导泄结合段环氧砂浆抹面工程量最大，已完成的施工部位有冲砂放空洞和1#泄洪排砂洞，从施工工序、质量控制及试验检测情况的等方面来看，环氧砂浆施工质量满足设计和技术规程（DL/T5193-2004）要求。4.5 环氧砂浆在大渡河龙头石水电站的应用龙头石水电站2#泄洪洞(深孔兼排砂孔)于2008年开始过水运行,当时洞身混凝土末完全达强度,经08、09两年汛期高速水流的冲刷，部份底
