水利工程中聚合物混凝土力学性能试验与实践分析

王文峰

（珠江水利委员会珠江水利科学研究院，广东 广州 510000）

在普通混凝土中添加聚合物，能够得到聚合物混凝土。相较于普通混凝土，聚合物混凝土拥有更高的胶结性能，能够通过掺加不同聚合物改善混凝土力学性能。因此，在水利工程建设中，应合理运用混凝土材料，确保结构质量得到有效控制。应用聚合物混凝土进行工程施工，通过开展力学性能试验确认材料性能是否满足施工要求，能够加强工程施工质量控制。

1 工程概况

某水库大坝位于U形河谷，为混凝土重力坝，顶部长320m、宽7m，底部宽27m，坝高32m，建基面高18m。大坝上游建设1m厚混凝土防渗面板，下游中间建设混凝土坝体，28m以上为1m厚混凝土面板。坝体采用分层浇筑方式，分层高约2m。完工约半年，坝体上下游坝面出现裂缝，上游15条，下游7条，从仓面延伸向下，集中在坝块中间。结合坝面裂缝分布情况和检查结果，计划采用聚合物混凝土修复结构裂缝。为保证修复效果，提前开展材料力学性能试验，保证材料实践应用效果，继而使结构缺陷得到彻底消除。

2 聚合物混凝土力学性能试验

2.1 试验材料

试验选用P.O32.5R普通硅酸盐水泥，要求28d抗压强度达到37MPa以上，抗折强度至少达到8.4MPa。采用的粗骨料粒径在5～40mm，通过堆积密集确定级配关系。细骨料采用本地河沙，细度模数小于等于2.9，属于Ⅱ级。试验采用Ⅱ级粉煤灰，用于填充混凝土孔隙，以此提高混凝土密实度。粉煤灰烧失量为5.5%，氧化钙量为4.3%，需水量为98%，玻璃珠含量为35%，比表面积4200cm2/g。选用聚羟酸高效减水剂作为聚合物外加剂，用于提高混凝土保坍性，抑制水化作用，预防结构裂缝发生。

2.2 试验方案

在力学性能试验中，在保持相同水胶比和坍落度的条件下，确认混合料力学性能变化情况。试验共划分为8组，前5组编号为A、B、C、D、E，分别为普通混凝土、聚羟酸混凝土、WSP混凝土、沥青混凝土、聚丙烯混凝土，分析类型聚合物混凝土力学性能。后3组编号分别为F1、F2、F3，分别掺加1%、2%和3%的沥青，均为聚丙烯混凝土，分析沥青掺加量对材料性能的影响。在开展力学性能试验时，按照规范进行混合料拌制，制作长150mm的立方体标准试件，并按照标准养护。在达到试验龄期后，分别开展抗压强度、抗拉强度等力学性能试验。每组试件为3个，取得试验结果后取平均值。

2.3 试验结果

（1）抗压强度分析。在强度均为C30的条件下，各组试件的抗压强度试验结果存在一定差异。伴随着龄期的延长，差异日渐显著，如表1所示。由表1能够发现，掺加不同聚合物将对混凝土力学性能产生较大影响。比较各种材料28d抗压强度可以发现，聚羟基混凝土抗压强度较普通混凝土提升幅度较小，而WSP混凝土抗压强度提高幅度较大，能够达到17%左右。出现这一情况的原因主要是纤维在混凝土内部发挥了填充孔隙的作用，使结构密实性得到了增强。而采用聚丙烯混凝土，在沥青掺加量增加的情况下，整体强度有所降低，故还应对沥青添加量进行严格控制。从试件结构破坏情况来看，超出强度极限后普通混凝土结构破碎，拥有较大脆性，而WSP混凝土表现出了较好的柔性，破碎程度较轻。

表1 抗压结果试验结果 单位：MPa

（2）轴心强度分析。从轴心强度变化情况来看，对各组进行比较可以发现，28d后聚丙烯混凝土强度最高，可以达到36.5MPa，而普通混凝土强度约33.5MPa。利用扫描电镜观察可以发现，添加聚合物后粉煤灰的接触面得到了改善，但掺加沥青将导致结构强度大幅度下降，测试结果小于29MPa。除聚丙烯混凝土外，轴心抗压强度最高的为聚羟酸混凝土，能够达到36.1MPa，WSP混凝土强度能达到30.1MPa，比普通混凝土强度低10%左右。

（3）抗拉强度分析。从抗拉强度试验结果来看，在28d时，相较于普通混凝土，聚丙烯混凝土强度有所提高，能够达到2.87MPa。但从总体上来看，各组混凝土的强度均不高，普通混凝土强度约2.32MPa，聚羟酸混凝土强度降低至2.1MPa。分析原因可以发现，在材料水化过程中有较多絮状物产生，容易造成结构连接强度变弱。掺加聚丙烯，能够使大量条形物聚集成网，发挥减水作用，使结构抗拉强度和韧性得到增强，但由于添加沥青将造成结构强度下降，因此沥青用量不应超过1%[1]。

3 聚合物混凝土实践应用

3.1 施工方案

在水利工程施工期间，需要利用聚合物混凝土进行结构坝体结构裂缝修复，对材料抗压强度提出了较高的要求。综合比较可以发现，虽然WSP混凝土的抗拉性能无显著变化，但能使结构抗压强度大幅度提高，同时使结构脆性降低，因此可以满足工程应用需求。确认施工采用的聚合物混凝材料后，在结构裂缝修复中要以防止锈蚀、渗漏和恢复构件整体性为目标，以延缓结构老化[2]。针对缝宽不大于0.2mm、长不大于0.5mm的裂缝，可以直接涂刷浓缩剂对表层进行修复。超出规定范围的裂缝需凿除表面析出物，然后利用聚合物混凝土进行修复处理。

3.2 材料控制

为保证修复效果，还需做好技术准备，对施工设备、设施进行检查，保证能够正常运行。针对施工材料，需要提前做好检查，保证集料清洁干燥，并对聚合物黏合剂的储存状况进行确认，避免材料发生变质。为保证修复效果，需要提前开展试验，完成混凝土配比合理设计，保证力学性能达到设计要求。聚合物混凝土结构精细，施工速度相对较慢，需要利用立式研磨机进行搅拌，将骨料导入搅拌器搅拌，之后添加聚合物进行均匀搅拌。搅拌时间约3min，应确认聚合物均匀包裹在骨料中，黏合剂含量控制在6%～8%[3]。完成混凝土搅拌后，在运输期间还应避免因外力作用而出现过度沉淀的问题。

3.3 实践操作

在实践应用过程中，针对缝宽达到0.2mm或长度达到0.5m的裂缝，需要对渗漏情况进行详细检查后，确定灌注位置和间距。结合施工范围，需要将区域清理干净，对表面析出物进行凿除，然后利用磨光机打磨两侧对缝，确保基面干净。完成基面清理后，以斜孔形式钻孔，使孔沿着裂缝两边交错排列，孔的距离根据缝宽确定。通常情况下，缝宽在0.2～0.3mm，孔径为14mm时，可以将孔口与裂缝距离设置为10cm，钻孔角达到60°以上。在保证钻孔穿过裂缝的同时，应使孔深与面板表面保持20cm距离。针对立面竖向裂缝或斜缝，需要按照由下自上的顺序进行灌浆操作；针对近似水平的裂缝，可以从一端向另一端灌入。采用高压灌浆工艺，在确认出浆浓度与进浆浓度接近的情况下结束灌浆。在浆液固化后，利用环氧胶泥对孔口进行修补，并完成封口处理。利用防水涂料，可以对裂缝表面进行涂刷，在涂层已经固化，不会因洒水而流淌的情况下，可以利用雾状净水进行喷洒，养护时间为3～7d[4]。

3.4 应用效果

从工程施工效果来看，结构裂缝修复效果良好，后期并未出现结构渗漏、裂缝等缺陷。由此可见，采用聚合物混凝土进行施工，能够使结构获得较强抗压能力，减少损坏事故的发生，有效减少大坝维修次数，继而使水利工程使用寿命得到延长。在实践应用中，考虑到聚合物混凝土材料价格较高，可以将聚合物混凝土与其他材料混合使用，达到减少施工成本的目的，确保施工需求得到满足[5]。就目前来看，聚合物混凝土在水利工程修复施工中得到了广泛应用，适用于水下、水上等不同环境，有效增强工程稳定性。

4 结论

综上所述，在水利工程中应用聚合物混凝土应加强对材料力学性能的把握，通过合理选择材料保证工程施工效果。在实践应用过程中，还要开展混凝土力学性能试验，根据试验结果和工程施工要求做好材料选择，并通过加强材料控制和施工管理来保证工程施工质量，继而使工程能够长久稳定运行。