环氧砂浆在石门水电站工程中的应用

党少明

（中国水电建设集团十五工程局有限公司第一工程公司 陕西 咸阳 712000）

1 概述

石门水电站位于新疆维吾尔自治区呼图壁县呼图壁河上，枢纽建筑物由沥青心墙堆石坝、泄洪洞、溢洪洞和左岸引水系统及地面厂房组成。泄洪排沙洞（兼导流洞）由引渠段、岸塔式进水口、有压洞段、闸门井段、无压洞段、出口消能工组成。洞长635.82m，坡度4.48%，断面为城门洞型。成洞尺寸为9.0m×8.5m（宽×高），混凝土衬砌厚度0.8m。设计混凝土强度等级：底板为C40，侧墙和顶拱为C25。

石门水电站泄洪排沙洞（兼导流洞）洞内混凝土衬砌受施工条件约束采用泵送混凝土，坍落度较大，在衬砌混凝土待强过程中，由于受混合料早期过快失水干缩，另外受新疆地区昼夜温度变化的影响，发现混凝土局部出现了不同程度的裂缝和渗水，以及混凝土施工中出现的蜂窝麻面。为抵抗高速水流冲刷，按照设计要求，需对混凝土缺陷处进行修补和加固处理。经项目部多次方案论证比较，由于环氧砂浆化学性能稳定，耐腐蚀性好，固结体具有高粘结力，高抗压强度，且不受结构形状限制，具有抗渗、抗冻、耐盐、耐碱、耐弱酸腐蚀的性能；并与多种材料的粘结力很强，热膨胀系数与混凝土接近，不易从被粘结的基材上脱开，耐久性好。因此，修补材料选用环氧砂浆，设计要求28d抗压强度＞60MPa，与混凝土粘结强度＞2.5MPa。

2 环氧砂浆的选择与试验

2.1 环氧砂浆选型

环氧砂浆是以环氧树脂为主剂，配以促进剂等一系列助剂，经混合固化后形成的一种高强度、高粘结力的固结体。环氧树脂是一种线性结构的环氧基因高分子聚合物，其本身不会固化，只有加入固化剂后才能使树脂的环氧开环，由线性分子交联成体型结构分子而固化。固化后的环氧树脂强度很高，质脆，抗冲击能力差，因此，普通的环氧树脂类材料为满足其力学、化学、耐久性指标，是由环氧树脂加上适当固化剂、增韧劲、稀释剂及填料组成的一种复合材料。其具有良好的力学性能、化学稳定性能和耐磨性能，但其粘度太高，普通的固化剂在常温下不能与环氧树脂反应，由此配置的环氧砂浆施工过程中需不断用高温加热，固化剂固化过程中放热强烈，毒性大，且施工过程中可操作时间短，施工过程中环氧砂浆易粘附在工具上，引起施工面平整度差，砂浆成型后收缩率大，特别是普通环氧砂浆的线膨胀系数与混凝土的线膨胀系数相差太大，受温度影响，环氧砂浆易脱落。因此，在大面积和高速流水区使用普通环氧砂浆是不适宜的。

由新工艺合成的改性环氧树脂，新型固化剂及填料等为基料配制的环氧材料，改善和提高了普通环氧材料的某些性能。在施工工艺和力学性能等方面更适用于实际操作和技术要求。用其配制的环氧砂浆具有材料本体粘度明显下降，在常温下可固化，无需热施工，韧性好，易操作，施工面平整、光洁。其抗压、抗冲磨，粘结等力学性能高，线膨胀系数小，与混凝土匹配较好，受温度影响小，不易脱落，施工方便，易操作，低毒，固化后无污染，常温下无需养护，适用于大用量环氧砂浆施工。

经过多方考察了解，国内几家化工厂生产的抗磨环氧砂浆以及结合黑河金盆水利枢纽工地等环氧砂浆的施工情况，最终选择了两家科研机构研制的环氧砂浆进行现场对比试验。一家是NE-IV型环氧砂浆，另一家是某化工工厂生产的环氧砂浆，两种环氧砂浆均能在潮湿面上施工。

2.2 对比试验

试验的目的想解决以下5个问题：①人工处理混凝土基面的可行性；②两种环氧砂浆施工的可操作性；③检验环氧砂浆与潮湿混凝土面的粘结性能；④确定适宜的施工工艺；⑤验证施工面的平整度。

经在导流洞0+150m～0+162m段现场试验，两种环氧砂浆均达到了预期目的。14d龄期进行拉拔粘结试验，检测结果NE-IV型环氧砂浆最大拉拔强度为3.34MPa，最小为 0.7MPa，平均拉拔强度2.4MPa，且均断裂在混凝土本体内，环氧砂浆与混凝土面粘结牢固。另一品种环氧砂浆有一半监测点在粘结面上断裂。两种环氧砂浆28d强度均大于60MPa，最大值98MPa。最终施工确定采用NE-IV型环氧砂浆。

3 施工方法

3.1 环氧砂浆施工工艺流程（图1）

3.2 具体施工方法

（1）基面排水。基面排水采用联合排水方式，搭雨篷遮挡洞顶拱排水管流水，围堰引排底板流水，膨胀螺栓固定角钢引排洞壁流水，确保基面无明水流淌，排水按施工区域分段进行。

（2）基面清洁。首先用钢丝刷清除混凝土表面；再用高压水枪冲洗基面数遍，彻底清除基面上粘结的粉状颗粒及松动颗粒；最后人工高压风清除表面积水，用吹风机吹干基面。

（3）基液配制及涂刷。底层基液按产品说明比例将A、B组分用搅棍搅拌均匀，人工毛刷将基液均匀的涂刷到处理好的基面上，要求不漏刷不流淌。基液涂刷完成后停置20min～40min（视环境温度而定）手触有拉丝现象，即可涂抹环氧砂浆。

（4）环氧砂浆配制。将A、B组分按比例混合后，搅拌均匀，搅拌时间5min～8min。投料顺序为先A组分，后B组分，B组分边搅拌边加入。

（5）环氧砂浆涂抹。人工用抹刀涂抹环氧砂浆，涂抹时压实压光，提浆收面一次成型。配制好的环氧砂浆在18℃～20℃时，使用寿命为1h～1.5h，环氧砂浆工作面间搭接采用45°斜坡搭接，施工顺序从下游向上游进展。

（6）养护。环氧砂浆的养护与普通砂浆的养护不同，最重要的是温度控制，20℃±5℃为宜，夏天太阳直晒的地方要搭设凉棚，冬天温度太低，应加温保暖，养护7天以上，前3天不能让水浸泡或有其他冲击。本工程环氧砂浆修补时段选在9月中旬，天气晴朗温和，且在洞内施工，因此不用专门养护。

（7）工作面清理。施工完毕，拆除排水设施，清理干净工作面，对预留的孔洞用环氧砂浆封闭处理。

（8）施工要点。大面积环氧砂浆修补区域，其修补厚度不小于5mm。对于深度不够5mm的部位应凿毛至5mm以保证修补的砂浆厚度；局部缺陷修补其修补厚度不小于10mm。修补区域边缘不得形成又浅又薄的边口，应凿成齿槽状，同时边缘应大致规整。

4 质量控制

（1）原材料检测。环氧砂浆进场后，需查看是否具备该材料的出厂检测资料，并在现场进行抗压和粘结力试验检测，合格后方可使用。

表1 质量检验成果统计表

（2）施工工序控制。混凝土面凿毛处理到位，基面清理干净，达到干燥状态，基液涂刷均匀，环氧砂浆涂抹密实，表面平整，每道工序均经过检查签证。

（3）环氧砂浆平整度控制。每一块施工面必须和周围的混凝土面齐平，压实压光后用直尺检查平整度，对不符合区域进行整平处理。

（4）现场检测。每30个处理面上随机选取3个点进行强度试验，平均强度大于1.5MPa，且不允许在粘结面断裂，否则应进行返工。

5 质量评定

对进场原材料，各施工工序以及检测结果进行统计分析，各项结果表明环氧砂浆选材得当，施工工艺合理，总体质量优良。质量检验成果见表1。

6 其他注意事项

（1）环氧砂浆应随配随用，一般每次配置应小于1kg。

（2）拌好的环氧砂浆，必须分散堆放，切勿成桶成堆放置，以免提前硬化。配料时宜用广口浅底器皿，易于散热，并需不断搅拌。

（3）施工工具要清洁干净，未硬化的环氧材料，可用丙酮、甲苯等溶剂清洗。若环氧材料硬化在工具上，可加热刮掉，切勿燃烧，以免产生有毒烟气，危害人体健康。

（4）施工中，不允许将用过的器具以及残液随便抛弃或投入河中，以防水质污染或发生中毒事故。

（5）施工时，操作人员必须做好劳动保护。因环氧材料大都易挥发、有毒，所以施工现场必须通风。若环氧类材料不慎沾到皮肤上，先擦去，然后用丙酮或酒精擦拭干净。若不慎将环氧材料溅入眼睛，应小心擦拭，严重者送医院治疗。

7 结语

新疆石门水电站工程泄洪排沙洞局部采用NV-IV型环氧砂浆进行补缺处理后，现场对补缺处理进行检查，全部合格。事实证明环氧砂浆的选型是合理的，施工工艺及方法是成功的，施工质量是可靠的，为同类型工程的混凝土缺陷处理积累了经验。陕西水利