摘要：由于某引水工程渠首拦河闸工程混凝土原设计强度不满足现行规范要求，经二十年的运行，存在挡水堰、溢流堰、泄洪闸、进水闸、交通桥等主体结构老化，混凝土表面受损严重，砂浆剥落、石子裸露等问题，需进行加固处理。本文通过介绍多种新型混凝土修补材料在渠首拦河闸除险加固中的使用情况和效果，为以后其他水利工程解决类似问题提供参考。
关键词：混凝土 修补 新型材料
一．工程概况
本工程位于浙江省中西部，是浙江省实施“西水东调”的大型农田水利工程，解决衢州、金华两市的农田灌溉以及发电、农业养殖、工业、生活和生态用水。渠首拦河闸工程是大2型水闸工程，于1989年动工兴建，1993年蓄水投入运行。二十多年来，工程发挥了巨大的经济效益和社会效益。
渠首拦河闸工程主要由挡水堰、7孔溢流堰、11孔泄洪闸和2孔进水闸等组成。最大下泄流量（包括溢流堰）为4420m3/s。正常蓄水位时，引水流量100m3/s。由于当时经济条件的限制，原设计等级及标准偏低。工程自1993年建成运行至今，存在挡水堰、溢流堰、泄洪闸、进水闸、交通桥等主体结构老化（如混凝土剥落、石子裸露、钢筋裸露并严重锈蚀）；泄洪闸下游消能防冲不足，且设施损毁严重；闸门结构部分不满足现行规范，启闭机及电气设备设施老化；无变形、沉降等必要观测设施，不能满足现代化的管理要求等诸多安全隐患，经安全鉴定为三类闸，急需进行除险加固。
二、新型混凝土修补材料性能介绍
渠首拦河闸除险加固工程混凝土加固包括挡水堰、溢流堰、泄洪闸、进水闸、交通桥等部位，主要采用新型混凝土修补材料，根据不同的加固环境及技术要求，确定设计方案，下面简要介绍几种材料的性能：
（一）聚合物水泥基复合砂浆
聚合物水泥基复合砂浆包括强力改性水泥粉剂和丙烯酸脂共聚乳液，有很强的粘结力、耐久性和优良的防水性，且弹模较低、抗拉强度较高、干缩变形小、抗裂性高、抗冲击韧性好，使用寿命达20年以上。
聚合物水泥基复合砂浆的材料性能指标要求为：①抗压强度35～45MPa，抗折强度10～16MPa，抗拉强度6.5～7.5MPa；②抗水渗透能力较普通水泥砂浆提高3～4倍，抗渗等级≥S20，抗冻等级≥D350；③较普通水泥砂浆抗冲磨能力提高2～3倍，抗空蚀能力提高3～4倍。
（二）抗冲磨型改性环氧砂浆
抗冲磨型改性环氧砂浆主要由热固性混合树脂、活性耐磨骨料辅以柔性增韧剂、偶联剂、抗氧化剂等多种助剂为一组分，以改性胺固化剂为另一组分的结构修补材料。技术特点为：①自身强度高，与混凝土粘结强度高，耐磨性能优良；②有一定的弹性和韧性，抗冲性能好，能有效抵御高速水流对材料的剥蚀和对建筑物表面的冲击；③修复层能与混凝土基本协同工作，避免因两种材料的胀缩性能差异太大而使修复界面层脱落。
（三）CPC混凝土防碳化涂料
CPC混凝土防碳化涂料是一种高性能防碳化乳液改性的水泥基聚合物复合材料，乳液在水泥中引起交叉反应链，产生化学与机械结合的内聚力与附着力，涂覆在混凝土表面并与之牢固粘结形成保护层，可有效阻止环境中二氧化碳、氯化物、氧气和酸雨等腐蚀介质对结构材料的侵蚀，防止混凝土进一步碳化，是一种既有高分子材料的柔性，又有无机材料的耐久性等优点的新型保护封闭材料，使用寿命达20年以上。
CPC混凝土防碳化涂料的特点有：（1）良好的粘结强度与粘结能力；（2）抵抗大气侵蚀，抗紫外线照射、耐磨损；（3）优良的柔韧性，既可封闭微细裂缝的进一步扩展，又可抵抗由于混凝土膨胀、收缩而引起的新的开裂的产生，阻止水份进入混凝土内部；（4）具有良好的防水和密封性能，防止外界雨水对结构的侵蚀；（5）良好的抗有害气体，如二氧化碳、氧气、盐雾等的渗透性能，防止混凝土中性化，又耐轻度化学腐蚀，阻止氯离子及酸、碱、盐物质渗入混凝土内部，防止钢筋锈蚀；（6）为水性涂料，无毒、无味、无污染。
（四）水泥基渗透结晶型防水材料
水泥基渗透结晶型防水材料是由波特兰水泥、硅砂和多种特殊的活性化学物质组成的灰色粉末状无机材料。其工作原理是水泥基内特有的活性化学物质利用混凝土本身固有的化学特性及多孔性，以水做载体，借助渗透作用，在混凝土微孔及毛细管中传输、充盈，再次发生水化作用，而形成不溶性的枝蔓状结晶并与混凝土结合成为整体，从而使任何方向的水及其它液体被堵塞，达到永久性的防水、防潮和保护钢筋、增强混凝土结构强度的效果。
（五）高强玻璃纤维布
相对于传统的碳纤维，高强玻璃纤维布是双向受力，与钢筋更能变形协调，能承受更大的拉应力且持续时间更长，性能更加优越。
高强玻璃纤维布作为介于钢板和碳纤维复合材料之间的半刚半柔加固材料，在混凝土修补方面已经有了非常广泛的应用，高强玻璃纤维布是用玻璃纤维和聚酰氨纤维垂直交叉编制而成的，重量920g/m2，复合后厚度为1.3mm，玻璃纤维方向就是强度不足的方向。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
三、使用部位及施工工序
（一）聚合物水泥基复合砂浆
聚合物水泥基复合砂浆主要用于挡水堰、交通桥桥板及桥墩等水上部分混凝土开裂、破损及石子裸露等部位的修补工作。
主要施工工序为：①原砼基面处理，凿除松动破损砼，用钢丝刷彻底凿毛，做到表面粗糙、清洁、无空鼓裂缝。如有钢筋外露应先除锈。②配制聚合物水泥净浆，其按丙烯酸脂共聚乳液：42.5普通硅酸盐水泥配比为1：1（重量比）配制而成。③涂刷聚合物水泥净浆，在涂刷前对凿毛的砼表面采用高压水枪冲洗干净。④配制复合砂浆，改性水泥添加粉剂：砂：丙烯酸脂共聚乳液：水配比为100：150：30：30。⑤涂抹复合砂浆，分条或分块错开施工，每块面积不大于10平方。⑥涂刷聚合物水泥净浆。⑦养护，养护表面不见明水，先潮湿养护7天，再自然干燥养护21d。
（二）抗冲磨型改性环氧砂浆
抗冲磨型改性环氧砂浆主要用于溢流堰、泄洪闸、进水闸等水下部分混凝土开裂、破损、冲刷及石子裸露等部位的修补工作。
主要施工工序为：①原砼基面处理，清除乳皮、水泥净浆表层和松动颗粒，使表面外露新鲜骨料。②表面清理，用高压水清除表面沙粒。③涂刷基液，做到薄而均匀、不流淌、不漏刷。④配制环氧砂浆，A组分：B组分配比为3：1。⑤涂抹环氧砂浆，待基液初凝时，用抹刀涂刷，边压实边抹光。⑥养护3～14d。
（三）CPC混凝土防碳化涂料
CPC混凝土防碳化涂料主要用于挡水堰上游面81.0m高程以上及整个下游面，进水闸排架柱等上部结构混凝土表面防碳化处理及保护工作。
主要施工工序为：①基面处理，使基面达到坚硬、平整、粗糙、干净、润湿。②涂料拌制，A组分：B组分：水配比为1：1.5：0.1。搅拌5min左右，拌制好的涂料色泽均匀。③涂料涂刷，分层多遍涂刷，至少4层，间隔时间不低于1.5h，避免阳光暴晒和大风。④涂料养护，面层充分干硬后，先用雾化水养护2d，再自然干燥养护14d以上。
（四）水泥基渗透结晶型防水材料
水泥基渗透结晶型防水材料主要用于溢流堰上游面81.0m高程以上、整个溢流面、闸墩及下游护坦，泄洪闸底板、闸墩，进水闸闸墩、胸墙，交通桥桥墩等潮湿环境中混凝土表面保护工作。
主要施工工序为：①基面处理，用电动钢丝刷将砼表面清理，去除油污、杂物、灰尘及松动砼层。②表面清理，用高压水清除表面沙粒。对于宽度大于0.2mm的裂缝，开槽并用环氧砂浆修补。③配制水泥基渗透结晶型防水材料，材料：水配比为1：0.4。④涂料涂刷，将基底充分喷雾湿润后涂一遍浓缩剂，厚约0.5mm，1小时后再涂一遍增强剂，厚0.5mm。⑤涂料养护，涂刷完成后超过6小时开始雾化水养护，湿养护三天。
（五）高强玻璃纤维布
高强玻璃纤维主要对泄洪闸闸墩弧形闸门支座附近局部扇形受拉区，即将高强玻璃纤维布用环氧树脂和粘结剂贴到闸墩表面，使其共同受力，以补充不足的承载能力。根据闸墩的受力特点，受拉区混凝土的拉应力主要分布在牛腿前（靠闸门一边）约2倍牛腿宽、1.5-2.5倍牛腿高的范围内，在此范围内配置缺筋所需的高强玻璃纤维布，高强纤维布粘贴方向沿着牛腿方向呈射线状布置。
主要施工工序为：1）环氧砂浆修补：对混凝土保护层残缺处，凿去疏松的混凝土，对露出的钢筋进行除锈，除锈后用环氧砂浆修补。
混凝土基底处理：对需要修补的混凝土不平整处进行打磨处理，打磨平整后，用压缩空气清除表面浮灰、油脂，保持混凝土表面光洁、平整。
3）粘贴高强度玻璃纤维片：将处理好的混凝土进行干燥处理后，在其表面均匀抹一层粘结剂，将按计算结果裁剪好的玻璃纤维布粘贴上，并顺纤维受力方向按压挤出气泡。纤维布之间径向（主纤维方向）搭接长度不得少于15cm。4）养护：粘贴后要及时盖上草袋或塑料薄膜，防止暴晒，在成型后第二天开始洒水养护，确保混凝土表面湿润，养护7天。闸墩加固后，再在表面涂刷一层CPC混凝土防碳化涂料，对混凝土表面进行保护，防止混凝土进一步碳化，也有利于整体美观。
四、使用效果
本项目通过使用新型混凝土修补材料，根据不同材料特性，因地制宜，设计出高效合理的处理方案，解决了挡水堰、溢流堰、泄洪闸、进水闸、交通桥等部位混凝土开裂，剥落、石子裸露，冲刷等一些列问题，同时对混凝土表面进行保护，防止混凝土进一步碳化，延长建筑物使用寿命，增强工程整体美观。新型混凝土修补材料不仅不会破坏原混凝土结构强度，而且施工更加简便，工期更短，强度更高，工程总投资也较小。考虑到乌引水工程渠首拦河闸重要性、紧迫性、耐久性，选择新型混凝土修补材料是可靠、快速、经济的加固处理方法。通过除险加固基本消除乌引工程渠首拦河闸安全隐患，避免工程失事，确保工程运行与灌区供水及灌溉安全。
五、结语
目前水利工程混凝土加固处理大多使用旧工艺，旧办法，市场对新型材料的认同度不高，使用不广泛。本文通过介绍部分新型混凝土修补材料的性能、施工工艺及在乌引工程渠首拦河闸除险加固中的使用情况。让大家对这类材料有所了解，为以后水利工程混凝土加固提供一个便捷、快速、经济的处理方式。
论文作者:刘风华1,王波2
论文发表刊物:《基层建设》2019年第16期
论文发表时间:2019/8/27
标签：混凝土论文; 砂浆论文; 拦河闸论文; 水泥论文; 表面论文; 材料论文; 进水闸论文; 《基层建设》2019年第16期论文;