浅谈JME 改性环氧树脂砂浆修补水利低坝坝面施工方法

何 璠，刘 鑫，王玉龙

（西安市引湑济黑调水工程管理中心，陕西 西安 710000）

西安市引湑济黑调水工程通过无调节WES 低坝壅高水位，通过输水隧洞将湑水河之水自流调入黄河流域的黑河上游，水自流流入黑河金盆水库，工程运行十年，累计为西安市调水4.8 亿m3，为改善西安市水资源短缺发挥着重要作用。无调节低坝为WES 型堰，主要作用为确保湑水河下游河流生态及灌溉用水、调节汛期水量。低坝设计流量为460 m3／s，校核流量为640 m3／s，运行8 年，抵御洪水最大流量956 m3／s，运行时长约11520 h。由于长期受到高速水流冲刷、洪水期大量砂石撞击以及冰冻等影响，在低坝的直线段与反弧段相接处，混凝土面层冲蚀面积50 m2，冲蚀厚度为2 cm，钢筋裸露面积约8 m2，混凝土掏空平均深度约13 cm 。需要砂浆对其表面进行修补。

1 施工修补材料的对比选择

1.1 预缩砂浆

预缩砂浆是经拌合好之后，再归堆放置30 min～90 min，再进行使用的干硬性砂浆，水胶比较小，一般为0.3～0.4。采用预缩砂浆修补处于高速区混凝土的表层缺陷，可以获得较好的修补表面平整效果，成本较低，施工简便，是一种传统的施工工艺。

1.2 JME 环氧砂浆

JME 改性环氧砂浆主要是由热固性混合树脂、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份，以改性胺固化剂为另一组份的结构修补材料。JME 修补型改性环氧砂浆为双组份包装，A∶B=3∶1（质量比）。经过对传统环氧砂浆的改善，使其具有一定的弹性和韧性，抗冲击性能好，能有效地抵御高速水流对材料的剥蚀和高速水流推移质对泄水设施的冲击；线胀性能与混凝土的胀缩性能基本匹配，与混凝土结合修补效果稳定，避免了因两种材料的胀缩性能差异太大而使修复界面层脱离，同时，JME 环氧砂浆无有害气体的释放，对人身体及环境均无破坏。

1.3 相关力学性能对比

由表1 可知，预缩砂浆在热膨胀系数、施工工艺、材料价位等方面有优势，但是修补的力学性能在抗拉强度、抗压、与混凝土粘结力等方面优势均不如JME 环氧砂浆。普通环氧砂浆的抗拉、抗压强度虽略高于JME 环氧砂浆，但是JME 环氧砂浆选用了新工艺合成的低粘度的柔韧性改性环氧树脂，使固化物具有良好的粘结性、具有高韧性和高延伸性，工艺好，不粘抹刀，立面，仰面施工不流淌等多方面施工优势，在与混凝土的粘结力、线性膨胀系数等方面充分弥补了普通环氧砂浆在温度变化情况下容易从界面脱离的缺点。由于引湑济黑调水工程修补工程量小，工程修补总费用不高，从使用的耐久性等方面考虑选择JME 改性环氧砂浆。

表1 预缩砂浆、JME 环氧砂浆、普通环氧砂浆力学性能对比表

2 施工过程

2.1 施工流程

由于低坝表面有8 m2钢筋裸露区，该部位平均冲刷厚度在13 cm，本次拟采取先用混凝土修补原钢筋裸露区，待该部位达到一定强度后再用JME 改性环氧砂浆对WES 冲蚀表面进行表层修补。

施工流程为：

步骤一：钢筋裸露处混凝土修补：混凝土基层处理 →钢筋裸露处植筋→钢筋裸露处混凝土修补→ 混凝土养护

步骤二：混凝土基层处理→固定厚度标尺→拌制底涂料→涂刷底涂料→拌制环氧砂浆→涂抹环氧砂浆→压实抹平→清理工器具

2.2 施工方法

2.2.1 基层混凝土修补基面处理

做环氧砂浆面层施工时，首先确保基层的强度等级，应不低于C25。清除混凝土表面的灰尘、松动颗粒，将外露的混凝土残渣和钢筋网铁锈清理干净，用铣刨机等打毛机混凝土，并用压力水枪将混凝土表面清洗干净，露出、坚实的混凝土层，并确保混凝土表面干燥。

2.2.2 混凝土钢筋裸露处修补

在旧混凝土的表面清理干净之后，按照要求在它表面用手风钻钻孔，钻头直径应比钢筋直径大5 mm 左右，钻孔深度10 cm，孔距20 cm×20 cm，用加长杆毛刷，把灰尘、碎渣带出，再用压缩空气，吹出孔内浮尘。植入钢筋为Φ14 mm 螺纹钢，单根长度25 cm，弯折插入旧混凝土一端长15 cm。然后在钢筋插入端上刷上植筋胶。把钢筋的一边插到孔当中，固定好了之后，植筋结束后50 h 可进行新的混凝土浇筑，以此方法让新老混凝土更好的咬合。

提高建筑物过水表面材料的抗气蚀性能的主要途径是采用C50 以上的硅粉混凝土。在混凝土中掺入硅粉及高效减水剂，用颗粒级配良好、细度模数大于2.6 的中砂。砂中含泥量不大于1.0%，且不含泥块。粗骨料为质地坚硬、强度高、最大粒径不大于31.5 mm 的碎石。经参考类似工程，C50 硅粉混凝土水灰比0.31， 砂率41%， 胶凝材料水泥470 kg， 砂609 kg， 小石358 kg，中石535 kg，水182 kg。硅粉用量为水泥质量10%、粉煤灰20%，聚丙烯纤维0.19%，高效减水剂FDN 1.25%、引气剂0.025%，经现场取样试验，混凝土抗压强度58 MPa（28 天）。

在基层混凝土表面刷混凝土界面处理剂，人工拌制硅粉混凝土在拌制均匀后浇筑制基面上，振捣，抹平。严格控制施工质量，保证混凝土密实、均匀。以上混凝土冲坑填平后养护混凝土14 天，待强度大于25 MPa 后进行环氧砂浆抹平。

2.2.3 JME 环氧砂浆面层修补

（1）调线标高。在经过处理的基面上确定施工区域，由于低坝较宽，本次施工以2 m 为施工宽度依次进行施工。调线确定抗冲磨修复层的平均厚度，并在施工区的边缘打标高点。

（2）配制界面剂并涂刷。JME 界面剂分为A、B 两种，按照质量比例3∶1 比例拌和，材料拌和量应视施工工程量和施工强度而定。拌和时各组分应按配方要求的加料顺序依次倒入拌和容器中，用搅拌器拌和至颜色均匀为止，一般应搅拌3 min～5 min。涂刷应薄而均匀，使胶液尽可能地渗入到老混凝土基面，形成混凝土界面复合层—环氧砂浆的复合体。

（3）砂浆拌和：由于引湑济黑调水工程修补量并不是特别大，且远离城市，机械化操作程度不高，采用现场人工拌料方式。环氧砂浆以A 组比B 组质量比例为3∶1 的量进行拌合。拌和时事先把环氧砂浆A 组分倒入容器中，用铁铲翻拌2～3遍，然后再把适量的B 组分散地倒在A 组分上，用铁铲翻拌5 min～8 min，直至环氧砂浆的颜色均匀一致为止。修补每层10 mm 的破损面积，用量为21 kg／m2。

（4）砂浆涂抹：待底涂料涂刷后应陈化20 min～60 min，以连续三次手触拉丝至1 cm 断开为准，方可涂抹环氧砂浆。涂料应随用随拌，如果材料已经胶凝，应废弃。涂抹控制厚度与标高点相平，环氧砂浆厚度按设计要求，每次涂抹不超过10 mm。若修补的面层厚度大于10 mm，在前一层砂浆硬化并粘结牢固后进行下一层施工。按照涂抹一层基面剂，涂抹一层砂浆的方法进行。由于是WES 曲线高处作业，在施工过程中应注意脚手架的搭设及人员的安全。

2.3 养护

环氧树脂砂浆施工完成后，应对现场材料等进行清理，低坝应暂停过水，上游应设置临时挡板等避免大石头滚落，重压及撞击砸到面层。砂浆层上应采用彩条布等遮盖避免暴晒、雨淋等，养护期不少于7 天。

2.4 环氧砂浆性能测试结果

经对现场的环氧砂浆进行实验测定，28 天测试结果见表2，各项结果均满足技术指标要求。

表2 现场的环氧砂浆进行实验测定28 天测试结果

5 结语

JME 环氧砂浆修补的枢纽低坝已运行两年，经受住了2021 年8.20 超大洪水的冲蚀，过水目前一切良好。已修补区域低坝表面磨损3 mm 左右。JME 改性环氧砂浆在修补的混凝土冲刷面，以良好的粘结性、抗冲蚀性，无毒环保等特质有效地抵御高速水流的冲击。在修补工程量大的情况下，可以与其他修补方法配合使用，如破损面积较大，且深度超过2 cm 时，可先用预缩砂浆或者其他混凝土材料填补，而预留表面的2 cm 左右深度，再涂抹环氧砂浆作保护层。