水工建筑物混凝土修补防护与补强加固

'水工建筑物混凝土修补防护与补强加固TheHydraulicStructureConcreteRepairProtectionandReinforcementReinforcement研究生：张永先校内导师：张巨松教授校外导师：王元学科领域：材料工程二〇一五年十二月 分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文水工建筑物混凝土修补防护与补强加固作者姓名：张永先入学年份：2013年9月指导教师：张巨松教授学科领域：材料工程申请学位：工程硕士所在单位：材料科学与工程学院论文提交日期：2015年10月论文答辩日期：2015年12月学位授予日起：2016年1月答辩委员会主席：王元答辩委员会组成：王元王晴徐长伟谷亚新戴民论文评阅人：李志祥谷亚新 硕士研究生学位论文摘要Ⅰ摘要水工建筑物是保障国民经济平稳发展、保障粮食生产的重要基础。虽然近些年，国家对大中型病险水库（水电站）、大中型灌区渠系工程、引调水工程进行了除险加固和大面积混凝土衬砌，对水闸、江河防护、农田灌排（含泵站）等工程也进行了除险加固，全国水利工程实体质量和外观都有了一定的改善，但是混凝土结构质量及耐久性存在的问题仍然不容乐观。仍有较多数量的水工建筑物需要进行修补防护与补强加固。水库（水电站）、水闸、江河防护、农田灌排（含泵站）、引调水工程种类多，数量庞大，从管理情况看，这些工程混凝土结构的质量及耐久性普遍存在不足。全国水闸以及一批中小型水闸除险加固改造工程和重点输水工程，总投资达数百亿元。混凝土结构是这些工程项目的主体，其质量及耐久性对保障工程安全和发挥效益至关重要，开展水工建筑物混凝土修补防护与补强加固技术研究与试验可以延长新老水工混凝土结构的使用寿命，节约财富，对提升工程的综合性效益具有重要意义。本文选择试验研究和应用实践的表面防护修补补强加固材料涉及手刮聚脲材料、单组份聚氨酯防水材料、HW、LW、亲水性聚氨酯灌浆料、油溶性聚氨酯灌浆材料、硅烷浸渍剂、MMA防水涂料、HK-966弹性涂料、HK-988弹性涂料、SK手刮聚脲及界面剂HK-G-2等。其中HW、LW、亲水性聚氨酯灌浆料、油溶性聚氨酯灌浆材料主要用于灌浆止漏；硅烷浸渍剂多用于港口海工、路桥工程中，防水、防腐蚀；MMA防水涂料多用于路桥、房屋微裂缝修补防水；HK-966弹性涂料作为表面修补防护材料，在国内多个水利水电工程中已得到应用；HK-988弹性涂料属于新开发的脂肪族聚脲类产品；SK手刮聚脲性能优良，防水效果好，已经在水利等多个行业得到广泛应用；HK-G-2型界面剂在多项水利工程中得到应用。通过将以上部分典型材料进行拉伸强度、耐老化性和抗冻性等试验，研究归纳其性能特点，同时结合辽宁地区已有的部分工程实践，总结水工混凝土病害缺陷修补方法。这些试验成果和工程实践能为今后修补材料进一步的优化改良和辽宁地区寒冷环境下水工混凝土病害缺陷的防护修补补强加固提供应用依据和详细指导。关键词：水工建筑物；防护；修补；补强；加固 II摘要硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文AbsractIIIAbstractThehydraulicstructuresistheguaranteeofthenationaleconomysteadydevelopment,guaranteetheimportantfoundationofgrainproduction.Dilapidatedalthoughinrecentyears,thestateoflargeandmedium-sizedreservoirs(hydro),largeandmedium-sizedirrigationcanalsystemengineering,waterdiversionprojectaremadeandconsolidateandlargeareaconcreteliningofsluices,riversprotection,farmlandirrigationanddrainage(includingpumpingstation)andotherprojectsalso,andconsolidatethenationalwaterconservancyengineeringentityqualityandappearancehasacertainimprovement,buttheproblemsexistinginthequalityanddurabilityofconcretestructureisstillnotoptimistic.Thereisstillmoreanumberofhydraulicstructuresneedtorepairtheprotectionandreinforcementreinforcement.Reservoirs(hydro),sluices,riversprotection,farmlandirrigationanddrainage(station),waterdiversionprojectarevariety,largenumber,fromthemanagement,theengineeringqualityanddurabilityoftheconcretestructuresarewidespread.Thesluiceprojectaswellasanumberofsmallandmedium-sizedsluices,reinforcementandreconstructionandthekeywaterproject,atotalinvestmentoftensofbillionsofdollars.Concretestructureisthemainbodyoftheproject,itsqualityanddurabilityisveryimportanttoensureprojectsafetyandeffective,tocarryoutthehydraulicstructureconcreterepairprotectionandreinforcementreinforcementtechnologyresearchandtestcanprolongtheservicelifeofthenewandoldhydraulicconcretestructure,andmanagingwealth,isofgreatsignificancetopromotethecomprehensivebenefitsoftheproject.Thispaperchooseexperimentalresearchandapplicationpracticeofsurfaceprotectiverepairreinforcementreinforcementmaterialsinvolvinghandscrapingpolyureamaterial,one-componentpolyurethanewaterproofmaterials,HW,LW,hydrophilicpolyurethanegroutingmaterial,oilsolublepolyurethanegroutingmaterials,silaneimpregnationagent,MMAHK-966elasticwaterproofcoating,coating,HK-988,SKhandscrapingpolyureaelasticcoatingandinterfaceagentHK-2-G,etc.TheHW,LW,hydrophilicpolyurethanegroutingmaterials,oilsolublepolyurethanegroutingmaterialsaremainlyusedforgroutingseepage;Silaneimpregnationagentusedinseaportengineering,bridgeengineering,waterproof,anticorrosion;MMAiswaterproofcoatingusedinbridge,buildingmoremicrofracturerepairwaterproof;HK-966elasticcoatingsasasurfaceprotectivematerialforrepair,hasbeenappliedinmorethandomesticwaterresourcesandhydropowerengineering;HK-988elasticcoatingbelongstothenewdevelopmentofaliphaticpolyureaproducts;SKhandpolyureagoodperformance,waterproofeffectisgood,hasbeenusedwidelyinwaterconservancyandotherindustries;HK-G-type2interfaceagenthasbeenappliedinmanywaterconservancyprojects.Bymorethansometypicalmaterialstensilestrength,agingresistanceandfrostresistancetest,thestudysummarizedtheperformancecharacteristics,inliaoningprovinceandcombiningwiththeexistingpartoftheengineeringpractice,summarizesthehydraulicconcretedamagedefectsrepairingmethod.Thesetestresultsandengineeringpracticeforfuturerepairmaterialstofurtheroptimizetheenvironmentoftheimprovementinliaoningprovinceandcoldhydraulicdefectsof IVAbsract硕士研究生学位论文protectiverepairreinforcementandstrengtheningofconcreteprovidesbasisanddetaileddirectionsforuse.Keywords：Thehydraulicstructures;Protective;Mended;Reinforcement;strengthening 硕士研究生学位论文目次I目次摘要.............................................................................................................................................IAbstract.....................................................................................................................................III第一章绪论.................................................................................................................................11.1前言.................................................................................................................................11.2项目意义.........................................................................................................................11.3水工建筑物基本情况及存在的主要问题.....................................................................21.4缺陷类型及处理技术现状.............................................................................................31.4.1缺陷类型分析........................................................................................................31.4.2防护与修补材料研究.............................................................................................71.5国外对水工混凝土修补材料的研究概况.....................................................................91.6国内对水工混凝土修补材料的研究概况...................................................................101.7项目目标.......................................................................................................................131.8主要研究内容...............................................................................................................131.8.1典型材料的性能试验..........................................................................................131.8.2高效防护与修补工艺技术研究..........................................................................131.8.3典型工程示范应用..............................................................................................14第二章原材料及试验方法.........................................................................................................172.1硅烷浸渍剂试验内容...................................................................................................172.1.1防水机理..............................................................................................................172.1.2试验浸渍方法......................................................................................................172.1.3材料基本性能......................................................................................................182.1.4混凝土表面硅烷浸渍后抗渗性能试验..............................................................182.1.5混凝土表面硅烷浸渍后抗冻性能试验..............................................................192.2MMA防水涂料试验内容.............................................................................................192.2.1防护机理..............................................................................................................192.2.2材料基本性能......................................................................................................192.2.3MMA防水涂料粘结强度试验............................................................................202.2.4MMA防水涂料抗冻性能试验............................................................................212.3HK-966、988弹性涂料试验内容...............................................................................212.3.1防护机理..............................................................................................................212.3.2材料基本性能......................................................................................................222.3.3HK-966和HK-988弹性涂料拉伸性能试验......................................................222.3.4HK-966和HK-988弹性涂料耐湿热老化性能试验..........................................23 II目次硕士研究生学位论文2.3.5HK-966和HK-988弹性涂料抗冻性能试验.....................................................242.4SK手刮聚脲（单组份）试验内容.............................................................................242.4.1防护机理..............................................................................................................242.4.2材料基本性能......................................................................................................242.4.3SK手刮聚脲的拉伸性能试验............................................................................252.4.4SK手刮聚脲的耐老化性能试验........................................................................262.4.5SK手刮聚脲抗冻性能试验................................................................................262.5HK-G-2型界面剂试验内容.........................................................................................272.5.1功能机理..............................................................................................................272.5.2材料基本性能......................................................................................................272.5.3HK-G-2型界面剂与潮湿混凝土基面的粘结性能试验....................................272.5.4HK-G-2型界面剂涂刷后涂刮表面防护材料的粘结性能试验........................28第三章实验室研究及结果.........................................................................................................293.1硅烷浸渍剂...................................................................................................................293.1.1抗渗试验结果......................................................................................................293.1.2混凝土表面硅烷浸渍后抗冻性能试验结果......................................................303.2MMA防水涂料............................................................................................................313.2.1涂料粘结强度试验..............................................................................................313.2.2涂料抗冻性能试验..............................................................................................313.3HK-966、988................................................................................................................323.3.1涂料拉伸性能试验..............................................................................................323.3.2涂料耐湿热老化性能试验..................................................................................323.3.3涂料抗冻性能试验..............................................................................................333.4SK手刮聚脲.................................................................................................................343.4.1拉伸性能试验......................................................................................................343.4.2耐老化性能试验..................................................................................................343.4.3抗冻性能试验......................................................................................................363.5HK-G-2型界面剂.........................................................................................................363.5.1与潮湿混凝土基面的粘结性能试验..................................................................363.5.2粘结性能试验......................................................................................................363.6小结..............................................................................................................................37第四章工程实践研究.................................................................................................................394.1修补方案适用性分析...................................................................................................394.1.1耐老化性............................................................................................................394.1.2抗冻性能............................................................................................................394.1.3内部封堵性能....................................................................................................40 硕士研究生学位论文目次III4.1.4抗冲磨性能........................................................................................................404.1.5表面密封性能....................................................................................................414.1.6施工操作............................................................................................................414.1.7投资成本............................................................................................................414.1.8环保性................................................................................................................424.1.9小结......................................................................................................................434.2典型施工工艺设计.......................................................................................................434.2.1裂缝修补方案设计..............................................................................................434.2.2渗漏修补方案设计..............................................................................................474.2.3剥蚀破坏修补方案设计......................................................................................494.3小结.............................................................................................................................52第五章工程案例.........................................................................................................................535.1工程实例.......................................................................................................................535.1.1辽宁省本溪市观音阁水库修补处理..................................................................535.1.2辽宁省东港市罗圈背水库大坝修补处理..........................................................545.1.3辽宁省抚顺市大伙房水库输水洞修补处理......................................................555.2小结.............................................................................................................................55第六章结论.................................................................................................................................57致谢.....................................................................................................................................65 IV目次硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文ContentsIContentsAbatract（Chinese）.......................................................................................................................IAbstract（English）...................................................................................................................IIIChapter1Introduction....................................................................................................................11.1Preface.......................................................................................................................................11.2Projectsignificance...................................................................................................................11.3Thebasicsituationandmainproblemsofhydraulicstructures................................................11.4Defecttypesandthepresentsituationoftreatmenttechnology................................................31.4.1Typeofdefectanalysis...........................................................................................................31.4.2Protectionandrepairmaterialsresearch................................................................................71.5Generalsituationoftheresearchonthehydraulicconcreterepairmaterialabroad.................91.6GeneralsituationoftheresearchonthehydraulicconcreterepairmaterialinChina............101.7Projectobjectives....................................................................................................................131.8Themainresearchcontents.....................................................................................................131.8.1Performancetestoftypicalmaterials...................................................................................131.8.2Effectiveprotectionandrepairingtechnologyresearch.......................................................131.8.3Thetypicalengineeringapplicationdemonstration.............................................................14Chapter2Rawmaterialsandtestmethods...................................................................................172.1Silaneimpregnationagenttestcontent....................................................................................172.1.1Thewaterproofmechanism..................................................................................................172.1.2Experimentalimpregnationmethod.....................................................................................172.1.3Thebasicproperties..............................................................................................................182.1.4Concretesurfacepermeabilityinsilaneimpregnationaftertest..........................................182.1.5Concretesurfaceaftersilaneimpregnationantifreezeperformancetest.............................192.2MMAwaterproofcoatingtestcontent....................................................................................192.2.1Protectivemechanism..........................................................................................................192.2.2Thebasicproperties..............................................................................................................192.2.3MMAiswaterproofcoatingbondstrengthtest....................................................................202.2.4MMAwaterproofcoatingantifreezeperformancetest........................................................212.3HK-966,988,elasticcoatingtestcontent.............................................................................212.3.1Protectivemechanism..........................................................................................................212.3.2Thebasicproperties..............................................................................................................222.3.3HK-966,988,thetensilepropertiesofelasticcoatingtest.................................................222.3.4HK-966，HK-988Elasticcoatingswetandheatagingresistancetest...............................232.3.5HK-966，HK-988Elasticcoatingantifreezeperformancetest..........................................242.4SKhandscrapingthepolyurea(one-component)testcontent................................................242.4.1Protectivemechanism..........................................................................................................242.4.2Thebasicproperties..............................................................................................................24 IIContents硕士研究生学位论文2.4.3SKhandscrapingthepolyureatensilepropertiestest.........................................................252.4.4SKhandscrapingthepolyureaagingresistancetest...........................................................262.4.5SKhandscrapingthepolyureaantifreezeperformancetest................................................262.5HK-G-type2interfaceagenttestcontent...........................................................................272.5.1Protectivemechanism..........................................................................................................272.5.2Thebasicproperties.............................................................................................................272.5.3HK-G-type2interfaceagentandwetconcretebasesurfacebondingperformancetest272.5.4HK-G-type2interfaceagentafterbrushingcoatingsurfaceprotectivematerialbondingperformancetest............................................................................................................................28Chapter3Laboratorystudiesandresults......................................................................................293.1Silaneimpregnationagent.......................................................................................................293.1.1Permeabilitytestresults.......................................................................................................293.1.2Concretesurfaceaftersilaneimpregnationantifreezeperformancetestresults..................303.2MMAiswaterproofcoating....................................................................................................313.2.1Coatingbondstrengthtest....................................................................................................313.2.2Coatingantifreezeperformancetest....................................................................................313.3HK-966、988..........................................................................................................................323.3.1Coatingtensilepropertiestest..............................................................................................323.3.2Paintwetandheatagingresistancetest...............................................................................323.3.3Coatingantifreezeperformancetest....................................................................................333.4SKhandscrapingthepolyurea...............................................................................................343.4.1Tensilepropertiestest...........................................................................................................343.4.2Agingresistancetest.............................................................................................................343.4.3Antifreezeperformancetest.................................................................................................363.5HK-G-type2interfaceagent...............................................................................................363.5.1Withdampconcretesurfacebondingperformancetest.......................................................363.5.2Bondperformancetest.........................................................................................................363.6Summary.................................................................................................................................37Chapter4Engineeringpracticeresearch......................................................................................394.1Repairschemeapplicabilityanalysis......................................................................................394.1.1Agingresistance...................................................................................................................394.1.2Antifreezeperformance........................................................................................................394.1.3Internalsealingperformance...............................................................................................404.1.4Onthegrindingperformance..............................................................................................404.1.5Surfacesealingperformance................................................................................................414.1.6Operationperformance........................................................................................................414.1.7Thecostofinvestment.........................................................................................................414.1.8Environmentalprotection.....................................................................................................424.1.9Summary..............................................................................................................................434.2Typicalconstructiontechnologydesign..................................................................................43 硕士研究生学位论文ContentsIII4.2.1Crackrepairschemedesign..................................................................................................434.2.2Leakagerepairschemedesign..............................................................................................474.2.3Erosiondamagerepairschemedesign.................................................................................494.3Summary.................................................................................................................................52Chapter5Theengineeringcase....................................................................................................535.1Theengineeringcase...............................................................................................................535.1.1Liaoningbenxiavalokitesvarapavilionreservoirrepairprocessing....................................535.1.2Liaoningdonggangsievebackdamrepairprocessing.........................................................545.1.3Liaoningfushundahuofangreservoirwatertunnelrepairprocessing.................................555.2Summary.................................................................................................................................55Chapter6Conclusions..................................................................................................................57Thanks...........................................................................................................................................65 IVContents硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文第一章绪论1第一章绪论1.1前言水工建筑物是保障国民经济平稳发展、保障粮食生产的重要基础。虽然近些年，国家对大中型病险水库（水电站）、大中型灌区渠系工程、引调水工程进行了除险加固和大面积混凝土衬砌，对水闸、江河防护、农田灌排（含泵站）等工程也进行了除险加固，全国水利工程实体质量和外观都有了一定的改善，但是混凝土结构质量及耐久性存在的问题仍然不容乐观。仍有较多数量的水工建筑物需要进行修补防护与补强加固。1.2项目意义水库（水电站）、水闸、江河防护、农田灌排（含泵站）、引调水工程种类多，数量庞大，从管理情况看，这些工程混凝土结构的质量及耐久性普遍存在不足。全国水闸以及一批中小型水闸除险加固改造工程和重点输水工程，总投资达数百亿元。混凝土结构是这些工程项目的主体，其质量及耐久性对保障工程安全和发挥效益至关重要，开展水工建筑物混凝土修补防护与补强加固技术研究与试验可以延长新老水工混凝土结构的使用寿命，节约财富，对提升工程的综合性效益具有重要意义。一个国家的基本建设大体上都可分为三个阶段，即大规模新建阶段、新建与维修并举阶段、重点转向旧建筑维修改造阶段（牛荻涛，2003）。我国水利枢纽工程的建设同样也符合这样的规律。今后，针对我国水利枢纽工程中水工混凝土建筑物的缺陷病害问题，采用适宜的修补材料及合理的修补技术进行维护修补，以改善水工建筑物的使用性能及延长其使用寿命，这将成为我国水利建设发展的基本趋势。同时，对出现缺陷病害的水工混凝土建筑物进行修补、加固等补救措施，不仅可以提高其使用性能、延长使用寿命以及快速恢复其正常的运行使用，而且可以大大节约投资，避免资本浪费和土地征用。目前，许多经济发达国家逐渐把工程建设重点向旧建筑物的维修、改造和加固方面转移，以取得更大的投资效益。统计资料表明，改建比新建工程可节约投资约40%，缩短工期约50%，收回投资速度比新建快3~4倍。例如英国1980年建筑维修改造工程占建筑工程总量的2/3，瑞典1983年用于维修改造的投资占建筑业总投资的50%（宋平平，2009）。同样，我国的基本国情和可持续发展策略决定了我国的基建投资不可能一味地追求新建项目，水利行业更是如此。我国的水利工程建设必然会转向各类水工建筑物的修补和除险加固方面上来。因此，如何在较低的工程造价基础上选用性能优越的修补材料、合理的工艺流程和先进的技术手段来对新建或既有水工混凝土建筑物的缺陷病害及薄弱部位进行修复补强，以提高水工混凝土的工作性能及延长其运行寿命，保证水工混凝土建筑物安全运行，直接关系到国家的水利建设大计，更关系到国民经济的持续、健康、稳定发展。 2第一章绪论硕士研究生学位论文1.3水工建筑物基本情况及存在的主要问题水库（水电站）是保障全省国民经济平稳发展、保障全省粮食生产的重要基础。虽然近些年，国家对大中型病险水库（水电站）、大中型灌区渠系工程、引调水工程进行了除险加固和大面积混凝土衬砌，对水闸、江河防护、农田灌排（含泵站）等工程也进行了除险加固，全省水利工程实体质量和外观都有了一定的改善，但是混凝土结构质量及耐久性存在的问题仍然不容乐观。纵观水工建筑物，在工程质量和管理维护方面都存在诸多问题。在工程质量方面存在的问题：（1）混凝土裂缝。严重的贯穿缝会导致结构失去整体性，无法达到原设计功能，甚至影响正常使用。其中农田灌排（含泵站）工程中渠道护坡面板的裂缝，造成水资源浪费严重，渠系水有效利用率降低。水库、水闸工程裂缝导致渗漏和钢筋锈蚀，严重影响工程正常运行。（2）混凝土剥蚀。表层混凝土粗骨料外露，甚至层状剥落，导致构件有效断面减小，结构承载能力降低。（3）混凝土碳化。会导致钢筋锈胀，混凝土开裂，构件抗拉能力减弱，同时混凝土变脆，甚至造成混凝土结构破坏。（4）混凝土渗漏。会在混凝土结构体内部形成渗水通道，降低工程拦蓄水能力及拦蓄水的浪费。渗水还将不断侵蚀混凝土结构体，造成混凝土结构进一步的破坏。（5）混凝土冻胀。混凝土结构体内侵润水分后，到冬季待温度降至零度以下时，水会发生结冻并体积膨胀，导致混凝土结构体发生开裂，逐渐分层脱落，造成混凝土结构破坏。在运行管护方面存在的问题：（1）外观质量仍然存在“傻、大、黑、粗”问题，相对于其他行业，缺少精品和示范工程，尤其是中小型水库（水电站）、中小型农田灌排（含泵站）工程，问题更为突出。（2）工程运行、管护体制不够健全，缺少适用的、详细的、针对性强的运行维护制度或办法。（3）新建工程防护理念有待提高。水库（水电站）、水闸多存在坝体、闸墩等混凝土结构完好，但排架柱、工作桥（交通）梁小截面主受力构件因为碳化等环境外界因素影响致使钢筋锈胀，导致表层混凝土开裂甚至脱落现象，尤其中小型工程更为常见。有些引调水工程长期埋于地下，在竣工以后缺少合理的日常维护。而交通、道桥行业在工程完工后立即进行防护这方面要领先水利行业很多。（4）大型引调水工程、大型水闸工程闸墩、底板等大体积混凝土结构施工及运行期间采用监测设备进行应力、应变、温度等监测的工程较少，对后期多年运行后混凝土内部质量诊断无法得到参考数据。影响运行管理过程中的维护。（5）当今，河道治理工程逐渐要求向生态化演变。在江河防护工程中混凝土方面也 硕士研究生学位论文第一章绪论3要求向生态混凝土转变，而生态混凝土的耐久性的问题制约生态混凝土的发展，在辽宁地区生态混凝土的抗冻性问题尤其突出。（6）江河防护工程中防洪墙、穿堤水闸、穿堤泵站、穿堤倒虹吸等建筑物主要缺陷有：裂缝、剥蚀、碳化和冻融破坏，特别是沿海地区海水对江河防护工程的混凝土冻融破坏尤其严重，这些缺陷都会造成混凝土结果的破坏，甚至影响工程的正常使用。1.4缺陷类型及处理技术现状1.4.1缺陷类型分析在辽宁地区的水工混凝土工程中，比较常见的混凝土结构缺陷有裂缝、剥蚀（磨蚀、冲蚀、空蚀）、渗漏、碳化等，研究这些缺陷的类型和特征，分析产生的原因，并针对这些缺陷开展相应的防护与修补措施可以有效地延长构筑物使用寿命。1.4.1.1裂缝的分类按裂缝和结构缝两种进行阐述。裂缝：水工混凝土结构中出现的裂缝有温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、荷载裂缝、沉陷裂缝、冻胀裂缝、施工缝与层间缝、混凝土与钢结构连接处缝等。按照形状（缝宽和缝深）进行分类，可以划分为龟裂（网状）或细微裂缝、表面或浅层裂缝、深层裂缝、贯穿性裂缝；按其所处部位的工作或环境条件分为三类：室内或露天环境，迎水面、水位变动区或有侵蚀地下水环境，过流面、海水或盐雾作用区；按照裂缝所处状态划分为不稳定裂缝（活缝）、稳定裂缝（死缝）、增长缝等。结构缝：水工混凝土结构缝有伸缩缝、沉降缝、温度缝、防(抗)震缝、体形缝、界面缝、局部缝、拼接缝等。对诸多水工调查发现，混凝土结构中伸缩缝、沉降缝、温度缝易出现不同程度的破坏，表征有嵌缝材料缺失、缝口两侧混凝土损伤、止水材料失效导致渗漏、结构缝渗水影响区域混凝土冻融和冻胀破坏严重等。裂缝是水工混凝土建筑物最普遍、最常见的病害之一，是混凝土结构劣化病变的宏观体现。混凝土裂缝产生的主要原因是由于混凝土抗拉强度低以及材料的脆性而造成的。在辽宁地区水工混凝土建筑结构病害缺陷调查过程中发现，裂缝在各类水工混凝土建筑物中普遍存在。由于水工混凝土裂缝形成的原因很多，大致可以从成因、开度变化和裂缝深度三方面进行分类，按成因可以分为温度裂缝、干缩裂缝、沉降裂缝等，按开度变化可以分为稳定裂缝、张合裂缝、扩展裂缝等，按裂缝深度可以分为表层缝、深层缝和贯穿缝等。裂缝的形成往往是多种因素共同作用的结果，但是在引起裂缝的各种因素中必然有主次之分，只有查清裂缝类别后才能正确选用相应的技术处理措施，从而准确的达到修补效果，因此在工程实际中要认真分析裂缝的主要成因并进行综合分析，然后再确定防护修补方案。在水利水电工程中，水工混凝土结构出现裂缝原因大致可以分为以下几个方面：（1）材料因素，例如水泥选择不当、骨料级配不良、外加剂及掺合料品种选择不当 4第一章绪论硕士研究生学位论文等；（2）设计因素，例如配合比设计中水灰比过大、结构断面设计不合理出现应力集中现象、结构设计中钢筋用量或钢筋直径选择不合理、设计时未能考虑混凝土温度应力和收缩变形等因素；（3）施工因素，例如浇筑顺序不合理、振捣不足、跑模漏浆、浇筑温度控制差、分缝分块不恰当、养护措施不到位等；（4）运行管护因素，例如超负荷运行使用、运行管理不科学等；（5）环境因素，例如建筑物地基不均匀沉降、酸碱盐类物质的侵蚀、反复冻融破坏、地震等。裂缝不仅影响工程正常运行，而且造成的经济损失也非常明显。以我国湖南省柘溪水电站为例，该工程由于在施工过程中使用的水泥标号低、品种杂，又采用了埋块石、掺烧黏土，最大水灰比达0.90，冬季施工无适当措施，这些因素导致混凝土质量差，在大坝表面、廊道空腔等处产生许多裂缝，共发现裂缝426条，其中贯通裂缝4条、深层裂缝11条，不但渗水漏浆，而且射流，问题十分严重，裂缝最大宽度为2.5mm，漏水量最大为48L/s。为了确保大坝的安全，电厂除重新对已有裂缝进行修补处理外，还对廊道空腔进行了混凝土回填，共浇注10万立方米混凝土，总共修复费用达3025.18万元。1.4.1.2剥蚀的种类与特征水工混凝土结构中剥蚀的类型有：冻融剥蚀、磨损和空蚀、钢筋锈蚀引起的混凝土剥蚀。冻融剥蚀易发生在水工程迎水侧面板、水位变动区等部位，磨蚀和空蚀易发生在溢流坝段、泄洪工程、消能工程等部位，钢筋锈蚀引起的表层混凝土剥蚀易发生在小截面主受力构件，如梁、柱等结构。地区由于地处严寒和寒冷地区，冻融剥蚀现象普遍。各种剥蚀缺陷继续发展会导致受力构件有效截面较少，从而降低承载能力，影响其使用安全性。冻融、冲刷与空蚀、钢筋锈蚀及水质侵蚀四种破坏是引起水工混凝土剥蚀破坏主要形式。在寒区，冻融破坏是水工混凝土建筑物较为常见的一种破坏形式。这种破坏现象是由于水工混凝土建筑物长期处于浸水饱和及潮湿的条件下，在环境温度的变化过程中，使混凝土内部的孔隙水结冰膨胀、融化松驰，如此反复循环，产生疲劳应力而造成混凝土由表及里逐渐剥蚀。冻融破坏常发生在水位变化区，如大坝水位变化区、溢流面、消力池及挡水墙等部位。冲刷破坏也是水工混凝土建筑物较常见的破坏形式之一，尤其是溢洪道闸门出口段，泄洪洞出口处，溢流堰面等过流部位很容易造成冲刷破坏。钢筋锈蚀产生的膨胀应力会导致钢筋保护层混凝土开裂、剥落，保护层的剥落又会进一步加速钢筋锈蚀，最终导致结构承载能力和稳定性的降低。水质侵蚀引起混凝土剥蚀破坏，从总体上看，都是可溶性侵蚀介质随着水渗透扩散到混凝土中，再与混凝土中水泥水化产物或其他组分发生化学反应，生成膨胀性产物或溶解度较大的反应产物，从而使混凝土产生胀裂剥蚀或溶出性剥蚀，最终导致混凝土强度降低。 硕士研究生学位论文第一章绪论5寒区水工混凝土冻融剥蚀造成损失的案例很多，以吉林省云峰水电站为例。该水电站大坝在运行不到10年的时间里就发现整个溢流段共21孔的溢流面混凝土普遍存在冻融破坏，经检测，破坏面积达9000㎡，表层混凝土普遍存在层状剥落、砂石外露、疏松露筋等状态，破坏面积占溢流面总面积的50.6%，破坏深度10cm以下的面积为1597㎡；破坏20cm的为888㎡；个别部位破坏深度达到50cm。关于溢流面的修补问题，云峰电站委托东北勘察设计院做了坝面补强设计。设计方案指出，表层已经破坏的混凝土需要全部拆除，开挖深度50cm，开挖混凝土量2万m³，回填混凝土量2万m³，概算总投资三千余万元。1.4.1.3渗漏的种类与特征水工混凝土结构中渗漏的类型有点渗漏、线渗漏、面渗漏。水工混凝土结构中的输水隧洞、溢流堰面、泄洪闸墩、泄水建筑物上下游底板、导流墙、挡水坝段等部位在有裂缝缺陷、伸缩缝嵌缝材料失效的混凝土表面经常会伴有渗漏发生，混凝土施工中由于振捣不实、模板移位等引起的混凝土渗漏也较为常见。常见的渗漏形式有以下几种，包括裂缝与层间缝渗漏（线渗漏），结构缝、变形缝渗漏（线渗漏），散渗（面渗漏）。渗漏是水工混凝土建筑物老化病害的一种表现形式，渗漏会使建筑物内部产生较大的渗透压力和浮托力，甚至危及建筑物的稳定性与安全。渗漏还会引发溶蚀、侵蚀、冻融、钢筋锈蚀、地基冻胀等病害，加速混凝土结构老化，缩短建筑物的使用寿命。同时渗漏会导致水量损失，影响经济效益和社会效益。按照渗漏的几何形态可把渗漏分为点渗漏、线渗漏和面渗漏三种。（1）点渗漏是指不连续无规律的渗漏现象，主要表现形式为孔洞渗漏水。产生点渗漏的原因主要有：混凝土施工不当造成的孔洞、模板对穿螺孔及其它孔眼未及时封堵或封堵不当引起的渗漏、钢筋锈蚀引起的渗漏、穿墙管等细部构造留设处理不当引起的渗漏和二次施工或装修施工不慎，破坏了原防水层造成的渗漏等。（2）线渗漏是指连续的、或有一定规律的，并以缝漏作为其主要表现形式的渗漏现象，线渗漏可分为病害裂缝渗漏和变形缝渗漏两种。产生线渗漏的原因主要有：变形缝防水设计、施工不合理；止水铜片、止水带等材料质量不佳或由于老化等原因引起的止水失效；未按施工规范要求留设施工缝造成施工缝渗漏；混凝土配合比不当或结构变形、温度应力造成混凝土裂缝产生渗漏；不同材质间接缝防水处理不当产生的渗漏。（3）面渗漏是指混凝土大面积潮湿和微渗水，俗称冒汗，其实质是坝体或堤防整体防渗体系的缺陷，如坝基防渗帷幕破损，坝内防渗体开裂等，此类缺陷影响较大，直接进行防护修补处理比较困难。渗漏对水工混凝土建筑物的危害性很大，其一是渗漏会使混凝土产生溶蚀破坏。所谓溶蚀，即渗透水对混凝土产生溶出性侵蚀。渗漏会将混凝土中的氢氧化钙溶出冲走，在混凝土外部形成白色碳酸钙结晶。这样就破坏了水泥其它水化产物稳定存在的平衡条件，从而引起水化产物的分解，导致混凝土性能的下降。其二是渗漏会引起并加速其他病害的发 6第一章绪论硕士研究生学位论文生和发展。当环境水对混凝土有侵蚀作用时，由于渗漏会促使环境水侵蚀向混凝土内部发展，从而增加破坏的深度与广度；在寒冷地区，由于渗漏，会使混凝土的含水量增大，促进混凝土的冻融破坏；对水工钢筋混凝土结构物，渗漏还会加速钢筋锈蚀等。以吉林省丰满水电站为例，该水电站大坝在建设工程中，由于多种原因造成混凝土质量差，自蓄水后就发生较大渗漏。解放初期经测量，坝体渗漏水量达273L/s，下游面多出射水，渗水射水面积达24947㎡，是国内渗漏面最大，渗漏量最多的一个大坝。由于大坝渗漏、溶蚀情况过于严重，因此该电厂自建国起就对大坝进行多次灌浆加固处理，总钻孔数达2996个，总钻孔长度达48434m，总水泥用量达3297.33t，耗费资金9千余万元。通过多年的灌浆加固，坝体渗漏量逐年下降，但由于混凝土中的钙离子大量流失，已经使大坝混凝土遭到了明显的溶蚀破坏，留下了很大的安全隐患。1.4.1.4碳化水工混凝土结构中挡水坝段、溢流堰面、泄水建筑物暴露于自然界的混凝土表面容易发生碳化，碳化后的混凝土会变得疏松，降低强度，对结构耐久性不利；产生了裂缝等缺陷的混凝土内部表层也会产生碳化，由于裂缝当中不断析出钙质，将从裂缝内部降低混凝土的强度，混凝土的碳化将引起混凝土结构耐久性降低、钢筋锈蚀、钢筋锈蚀引起的混凝土剥蚀。混凝土的碳化过程，实际上是空气中的酸性气体CO2对混凝土的侵蚀过程，也可以称其为中性化过程。一般水泥混凝土，由于水化反应生成了大量的Ca(OH)2，因此，混凝土内部呈较强的碱性，pH值达13以上。这种碱性介质对混凝土中的钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，称为钝化膜。由于CO2在混凝土毛细孔中的不断侵蚀扩散，与混凝土中的Ca(OH)2反应而生成CaCO3，使混凝土的碱性逐步降低。当混凝土中的pH值下降至11.5以下时，就可能使混凝土失去对钢筋的保护作用，从而形成钢筋混凝土结构中钢筋的锈蚀，以及由钢筋锈蚀产生的体积膨胀，造成混凝土保护层的剥落。这一结果将对钢筋混凝土结构的安全运行带来潜在的威胁。影响混凝土碳化的因素是多方面的，主要包括环境、原材料、施工操作等因素。（1）环境因素：由于空气污染造成空气中二氧化硫含量多，酸雨频率增多，这是影响混凝土碳化的主要原因。当周围介质为干燥和饱和水环境时，碳化反应几乎终止。此外，在渗透水经过的混凝土时，石灰的溶出速度还将决定于水中是否存在影响Ca(OH)2溶解度2+2的物质，如水中含有Na2SO4及少量Mg时，石灰的溶解度就会增加，如水中含有Ca(HCO3)2的Mg(HCO3)对抵抗溶出侵蚀则十分有利，因为它们可以在混凝土表面形成一种碳化保护层。（2）原材料因素：A、水泥品种。不同的水泥中所含硅酸钙和铝酸钙盐基性高低不同。矿渣水泥和粉煤灰水泥中的掺合料含有活性氧化硅和活性氧化铝，它们和氢氧化钙结合形成具有胶凝性的活性物质，降低了混凝土的碱度，因而加速了混凝土表面形成碳酸钙的进程，固而碳化速度较快。而相对来说，普通水泥碳化速度慢；B、骨料。如骨料中粉料含 硕士研究生学位论文第一章绪论7量过多，则碳化速度加快；C、水灰比。水灰比小的混凝土由于水泥浆的组织密实，透气性小，碳化速度较慢；D、外加剂。混凝土外加剂中含有氯化物，易加速碳化和加剧钢筋的腐蚀速度。（3）施工操作。混凝土浇筑时，振捣不密实、养护方法不当、养护时间不足会造成混凝土内部毛细孔道粗大，使水、空气、侵蚀性化学物质进入混凝土内部，加速混凝土的碳化和钢筋腐蚀。另外，混凝土的渗透系数、透水量、混凝土附近水的更新速度、水流速度、结构尺寸、水压力等均与混凝土的碳化都有密切的关系。国内水工混凝土因碳化引起的损失案例有很多，以江苏省扬州市郊的万福闸为例。该工程是一座65孔的大型钢筋混凝土闸，1960年建成投入运行。由于设计标准低，使结构物产生顺筋裂缝。到1984年，混凝土平均碳化深度超过60mm，钢筋普遍锈蚀，混凝土产生多处裂缝，并有混凝土崩落，对安全运行产生极大威胁。工程大修投资约为2500万元左右。1.4.2防护与修补材料研究1.4.2.1材料分类水工混凝土结构防护材料与修补材料常见有水泥砂浆、聚合物水泥砂浆及混凝土（包含硅粉抗冲磨混凝土、高强耐磨粉煤灰混凝土等），聚合物砂浆及混凝土（包含高弹性抗冲磨砂浆、弹性环氧砂浆等），混凝土表面防护材料（通用型水泥基渗透结晶型防水涂料等），嵌缝密封材料（聚硫密封膏等），灌浆材料（聚氨酯浆材等），快速堵漏止水材料（水玻璃等），防水片材（三元乙丙橡胶片材等），其他材料（环氧锚固剂等）。1.4.2.2材料性能材料基本物理化学性能包含渗透性、相容性、抗碱性、耐水性、拉伸性能、断裂伸长率等，对材料的这些性能进行验证和试验可以更直观地了解材料的特性和适用范围，以便指导工程实践，达到优势组合，复合叠加的目的。1.4.2.3材料主要用途防护与修补材料的性能较多，不同的性能可以满足各类条件各种结构的不同需求，很多材料兼有防渗、止漏、抗冲磨、抗碳化等多种功能。适用于水工混凝土较为常见的裂缝（含结构缝）、剥蚀、渗漏、碳化等防护与修补任务。1.4.2.4典型材料性能试验依据辽宁省水工混凝土防护与修补实际需求，进一步对硅烷防腐剂、聚氨酯类灌浆材料（水溶性聚氨酯等）、弹性聚氨酯浆材、环氧类浆材（HK-G环氧灌浆材料等）、丙烯酸盐类浆液、SK手刮聚脲（抗渗型）、SK手刮聚脲（抗冲磨型）、高强抗冲磨砂浆等开展 8第一章绪论硕士研究生学位论文室内试验研究，归纳总结材料性能指标及适用性。通过室内抗冻试验、拉伸试验、弯折性试验、抗渗性能试验、粘接强度试验、老化性能试验等，研究材料的抗冻性能、拉伸性能和弯折性能等。通过开展现场试验和运行效果监测，进一步验证材料的适用性。1.4.2.5防护与修补工法研究（1）防护工法不同工法的运用和复合叠加可以综合处理防护和修补问题，试验每种材料的施工工艺、探索复合涂层、材料叠加的综合效果，有利于发挥每种材料的优势。水工混凝土结构防护工法有涂刷法、粘贴防渗层法、灌浆法、综合法等。按照使用部位的不同、需求的不同，拟开展混凝土结构整体性防护工法研究；开展特殊构件及构件特殊部位的防护工法研究，比如溢流堰面、输水隧洞闸室段等部位的抗冲磨、抗冲刷防护研究；开展混凝土结构浪溅区、水位变动区的混凝土防护工法研究，比如水库大坝迎水侧面板水位变动区防冰害防护研究；开展混凝土结构缝的防护工法研究，比如隧洞结构缝、面板坝接缝、底板接缝、导流墙接缝等防护研究。（2）修补工法裂缝修补。一般的混凝土裂缝修补工艺方法有树脂灌注法、表面封闭法、灌浆法、柔性密封法、粘贴法、干嵌填法、涂刷及其他表面处理法、凿槽嵌填法等。对裂缝修补各种工法进行结构形式与施工工艺方法的研究，总结出适宜辽宁地区水工混凝土结构裂缝修补的工艺方法。渗漏处理。渗漏处理的一般方法有涂刷法、粘贴法、粘贴防渗层法、凿槽嵌填法、锚固法、灌浆法、引排止漏法、钻孔隔离法、补灌沥青法、综合法、直接堵漏法、导管堵漏法等。对上述各种渗漏处理工法进行结构形式与施工工艺方法的研究，总结提出适宜辽宁地区水工混凝土结构渗漏处理的工艺方法。冻融剥蚀的修补。对于冻融剥蚀的修补一般采取水泥砂浆、聚合物水泥混凝土、聚合物水泥砂浆和聚合物砂浆进行回填（即填补法），在养护好的新的混凝土表面涂刷具有防渗、耐水、抗冲磨、抗冻及耐老化特性的涂料进行防护（即涂刷法）。磨蚀和空蚀的修补。混凝土磨损和空蚀处理一般采用填补法和涂刷法。采用聚合物砂浆填补凹坑，养护完成后在新修补表面涂刷抗冲磨材料进行防护。钢筋锈蚀引起混凝土剥蚀修补。钢筋锈蚀引起的混凝土剥蚀的修补方法包括剥蚀混凝土修补、涂层保护和使用阻锈剂（适用于氯盐侵蚀环境）等。研究冻融剥蚀、磨蚀和空蚀、钢筋锈蚀引起混凝土剥蚀处理工法进行结构形式与施工工艺方法，总结提出适宜辽宁地区水工混凝土结构剥蚀处理的工艺方法。防碳化处理。水工混凝土结构防碳化处理方法有涂刷法（涂刷防碳化材料）、浸渍法（浸渍防护材料或防水材料）、综合法（整体防护法）。研究防碳化材料施工工艺及叠加效果，总结提出适宜辽宁地区水工混凝土结构防碳化 硕士研究生学位论文第一章绪论9处理的工艺方法。1.5国外对水工混凝土修补材料的研究概况水工混凝土缺陷修补与防护技术的研究比建筑行业开展的较晚，但近年来发展速度很快，其研究技术也日渐成熟。在修补材料的研究方面，国外比国内开展的较早。最早的混凝土修补材料的研究是应用于建筑和路桥行业，随着水利行业的不断发展，尤其大体积混凝土在水工建筑物上的使用，国内外学者开始研究适合水工混凝土使用环境特点的缺陷病害修补材料，以满足工程需要。国内外对混凝土修补材料的研究发展可以分为两个主要类别的修补材料：刚性材料和柔性材料。刚性材料则是以水泥、砂、石为原材料，掺加少量有机或无机外加剂，在混凝土表面或内部形成致密的、有一定强度的、弥补混凝土结构缺陷、增强混凝土性能的刚性砂浆或混凝土，俗称“治本”技术，主要有抗渗、抗冻砂浆或混凝土等；柔性材料主要利用高分子物质，通过聚合、改性等手段，在基层上铺贴柔性防水卷材或涂布防水涂料等有机防水材料，在混凝土表面形成一层憎水的弹性保护层，封闭混凝土表面，起到防渗、防漏补强的作用，俗称“治标”技术，主要有防水卷材、防水涂料等（孙永波，2004）（沈春林，等，2003）。从国外混凝土修补材料研究的发展历程看，最早是通过添加外加剂、采用集料连续级配等方法，制作高强度砂浆材料进行修补；随着有机无机复合材料的研究和修补技术的发展，尤其是聚合物改性水泥基修补材料方面的研究取得的巨大的进步，有机无机复合材料逐渐主导了混凝土结构缺陷病害修补材料的研究方向。聚合物改性水泥基复合修补材料，即在普通水泥砂浆中加入聚合物以提高水泥砂浆的工作性能，满足建筑物修补的需要。早在1923年就有使用天然橡胶乳胶制造铺路材料的专利报告，到今天已经有80多年的历史（YoshihikoOhama，1998）。美国研制的QUIKRETE（Isenbergetal，1994）系列产品，可用于各种建筑结构混凝土裂缝修补；美国Simpsonstrong-Tie公司发明的专用补缝剂，能对建筑物混凝土梁、柱、板大于0.2mm的细微裂缝，桥梁、隧道混凝土裂缝等各种混凝土静裂缝和活裂缝进行修补，具有无收缩，耐酸碱，适合潮湿环境，施工方便的特点，且满足环保要求；美国研制开发的锁乐事WATERLUG（Fi.O.BlallkNal，1996）快硬性水泥基修补材料，具有收缩率极低、耐腐蚀，且在水中3~5分钟即可硬化，可快速防止混凝土地板等的漏水或渗水；美国FSI公司发明的万能补是一种以水活性树脂为主要原料的玻璃纤维带，可对各类输气（空气、煤气、化学气体等）管道和输液（水、油、化学液体等）管道出现裂缝、漏洞和焊接口间隙进行快速修补和加固；加拿大用聚合物改性的水泥作基材，研制开发出UP2000结构修补剂（Ke-Ruwuetal，2002），这种修补材料具有快干和不下垂的特性，适用于结构立面和顶部的修补，且经亚克力增强剂改性后，用于混凝土等结构修补，耐久性良好。1966年美国率先进行聚合物浸渍水泥混凝土试验并研制成功。聚合物浸渍水泥砂浆或混凝土（PIM或PIC）：聚合物浸渍水泥混凝土是一种使用有机单体或聚合物浸渍水泥表层 10第一章绪论硕士研究生学位论文孔隙，然后经过聚合处理等步骤使其成为一个整体的新型复合材料。这种材料主要应用于高强混凝土制品和桥梁路面的损坏修复，但是由于工艺复杂、成本高等因素，至今仍然很少应用于水工建筑物混凝土的加强修补（孟祥谦，2010）。近几年，国内外建筑防水技术取得了重大进展，新材料、新工艺、新施工技术不断出现，极大地改善了建筑物的防水功能，延长了其使用寿命。防水涂料是为适应现代化建筑工程的需要而发展起来的一类新型防水材料，是以合成橡胶为主要成膜物质配质成单组分或多组分的防水材料。其特点具有一定的物理机械性能外可形成无接缝的防水层，具有施工简便、容易维修等特点。因此近年来国外防水涂料发展较快。国外防水涂料主要是聚氨酯涂料，其次为胶乳改性沥青涂料、丙烯酸酯涂料等（董敏，等，2009）。聚氨酯防水涂料是60年代在欧美、日等国发展起来的一种新型高分子防水材料。美国最早使用聚氨酯涂膜防水，后来又推广到加拿大、中东以及东南亚各国。日本1964年从美国杜邦公司引进聚氨酯防水涂料专利技术，发展迅速，平均每年增长率为13.5%，日本在1969年颁发了聚氨酯防水涂料的工业标准（南博华，2006）。法国Soprema公司的单组分聚氨酯防水涂料技术产品在全球处于领先地位，日本也相对比较领先，但日本则更重视聚氨酯防水涂料复合防水工法的开发，已有改性沥青卷材加聚氨酯防水涂料的防水工法，正在开发聚氨酯与聚脲复合、聚氨酯加FRP（玻纤增强聚酯）等复合防水工法（牛光全，2007）。英国里兹大学J.G.Cabrera等（1994）通过改良的库伦法定量平定了环氧涂层抗氯化物渗透性，研究表明环氧涂层抗氯化物渗透性相当于水灰比为0.55、厚134cm的水泥砂浆涂层（但不能重涂，不能跨覆活动性裂缝）；英国设菲尔德大学的R.N.Swamy教授与日本Tanikawa（1994）研制的一种高弹性、厚约1030μm的具有良好热稳定性、耐腐蚀与附着强的丙烯酸酯橡胶涂层，在湿热的海洋浪溅区暴露5年后，仍能完全防止掺1%NaCL的混凝土中的钢筋锈蚀、能完全防止外界氯化物的渗入。1.6国内对水工混凝土修补材料的研究概况我国对混凝土修补材料的研究相对较晚，但是随着国内经济技术的发展，通过学习引进国外先进的生产工艺，各类型的修补技术和科研产品得到迅速发展。自上世纪80年代起，国内一些高校和科研机构陆续开展了对水泥混凝土路面裂缝修补材料及修补技术的研究。中国建筑材料科学研究院（2000）承担的国家“九五”重点科技攻关项目研制的WWX-Ⅱ型混凝土裂缝封堵材料，由固体组份和液体组份组成，具有较高的抗压强度、抗拉强度、粘结强度、早期强度和良好的抗渗防水性能，同时具有一定的弹性性能。同济大学（2006）发明的一种混凝土裂缝灌浆修补材料，由普通硅酸盐水泥、纤维素、聚酯酸乙烯酯乳胶粉、蔡磺酸甲醛缩合物减水剂、硫铝酸钙、石膏、石灰石粉组成。使用时加入修补材料重量为15%~45%的水，这种修补材料可有效渗入混凝土裂缝内部，具有优异的流动性和保水性；硬化后与裂纹两壁的粘结度高，具有一定韧性和补偿收缩性，耐高 硕士研究生学位论文第一章绪论11温和耐冻融循环能力强，耐久性优异；对混凝土内部钢筋无锈蚀作用，广泛适用于钢筋混凝土、轻集料混凝土、桥梁、建筑、水工和路面等混凝土结构物（构筑物）裂缝的灌浆修补。山东建材学院SCQ研制的SCQ-251型混凝土裂缝补缝剂，是一种聚合物改性水泥砂浆修补材料，这种聚合物本身具有一定的弹性，因此该种修补材料也具有一定的塑性，适用于新旧混凝土的连接，粘结强度较普通水泥砂浆高，且能补偿新旧混凝土的收缩损失。在开发新材料的同时，一些研究人员还对水泥基裂缝修补材料的性能和机理进行了深入的分析研究。方萍（2001）研究了丙苯乳液（SAE）改性聚合物水泥（PMC）力学性能和内部结构，表明：对于其力学性能，当聚合物掺量（P/C）由0%增加到25%时，PMC的抗压强度下降幅度较大，延性增大较大，当聚合物掺量不低于10%时，PMC的压应变在约90%的最大应力处迅速增加，并在此应力处表现出流塑性。申爱琴，朱建辉（2006）用聚合物乳液5400改性超细水泥（PMSC），对其微观结构进行了研究，研究表明：聚合物的填充和密封作用使PMSC界面过渡区结构明显细化，孔隙率减小，孔级配趋于合理，亲水性聚合物与水泥悬浮体的液相一起向基体的孔隙及毛细管内渗透，改善了新旧材料界面粘附状况，增强了柔韧性，提高了抗渗性及抗腐蚀性。钟世云等（2004）用丙苯（SAE）乳液，丁苯（SBR）乳液，丙烯酸酯（Acrylate）乳液对超细硅酸盐水泥（Ⅰ、Ⅱ）进行改性，配制出聚合物改性水泥浆非压力灌浆材料；对其性能研究表明：水泥浆体粘度相同时，聚合物对水泥浆体的可灌性有明显的改善作用；同时，聚合物改性水泥浆体与老混凝土的粘结强度有较大提高。Acrylate和SBR改性水泥浆的拉伸粘结强度是普通水泥浆体的1~3倍。张明飞（2006）用乙酸乙烯—乙烯共聚乳液（VAE乳液）和丁二烯—苯乙烯胶乳（SBR胶乳）对快硬硫铝酸盐水泥进行改性，结果表明：SBR乳液改性砂浆与混凝土基体相容性要优于VAE乳液改性砂浆，其中聚灰比P/C为16%时，SBR乳液改性砂浆与混凝土相容性最好；这两种乳液对砂浆的抗压抗折强度均没有改善作用，反而降低了砂浆的强度，VAE对砂浆强度降低的幅度要大于SBR乳液。聚合物SBR掺量高于16%以后才达到普通砂浆强度的90%以上；两种乳液对硫铝酸盐水泥砂浆抗侵蚀能力与聚合物产量有关；且聚合物SBR掺量为16%对砂浆的抗裂性能有所提高。近些年，我国也开始对新型高分子防水涂料的研究。我国防水涂料始于70年代，其高分子防水涂料的品种有再生胶沥青防水涂料、氯丁胶乳沥青涂料、聚氨酯防水涂料、丙烯酸酯防水涂料等十几个品种（董敏，等，2009）。我国20世纪70年代主要生产氯丁胶和橡胶改性沥青防水涂料，1985年1月上海首先推出851型焦油聚氨酯防水涂料。1998年建设部下文推荐沥青聚氨酯防水涂料，已由北京建筑工程研究院防水所和国家建材局苏州非矿院防水材料设计研究所研制开发成功并推 12第一章绪论硕士研究生学位论文向市场，取得良好效果，其中苏州非矿院防水所向全国十几家企业转让了991沥青聚氨酯防水涂料技术，受让企业生产出的产品经许多工程应用后取得良好的防水效果。90年代，由于德国巴斯夫公司等国外大型化学公司与中国合资生产出了高质量的丙烯酸乳液，为中国开发高性能彩色单组分丙烯酸防水涂料成为可能（沈春林，2000）。聚氨酯防水涂料是以聚氨酯橡胶弹性体为主，掺和煤焦油、增塑剂等制成的一种反应固化型双组分高分子防水涂料。自70年代在我国首先开始应用以来，在90年代得到迅速发展和广泛应用，国家化学建材“九五”计划和2010年发展规划纲要及“十五”计划和2015年发展规划纲要都把聚氨酯防水涂料列为重点发展品种（南博华，2006）。刘军（2010）、徐文君（2008）等对遇水膨胀聚氨酯防水材料进行了研究，采用PEG600、PPE、MOCA制成的混合固化剂作为B组分制备出来的灌浆材料相比遇水膨胀橡胶具有优异的吸水反复膨胀性能。陈元武（2008）是采用丙烯酸、甲基丙烯酸和丙烯酸丁酯等原料制备丙烯酸酯共聚乳液，其具有良好的耐候性、抗水性和抗碱性等。西南交通大学杨其新（2002a；2002b；2010）等人对丙烯酸盐喷膜防水材料及技术应用于隧道及地下工程防水进行了研究。研究表明：喷膜防水的施工工艺能较好的适应各种凹凸不平的复杂界面，喷膜防水形成的防水膜，是一种无接缝、整体性好的防水材料，能较好解决目前常规防水板不能与围岩密贴、接缝部位薄弱、无法与围岩同时变形、容易刺破引起漏水的问题；为了减小对防水膜的损伤，喷膜之前要对基材进行平整处理；恰当的喷膜位置及支撑条件（迎水面），能有效提高混凝土结构的抗渗性能，将防水膜的防水效能发挥到理想的程度，反之，如果防水层喷涂位置不当（背水面），则可能起不到防水的作用；防水膜保持自身防水性能的安全压应力为1.0~1.5MPa，膜受拉伸状态下的安全延伸率为50％，安全拉应力为0.8MPa左右；同样的厚度条件下，压缩状态较拉伸状态对防水膜耐久性能的损伤更为严重；喷膜防水材料喷涂厚度小于2.5mm时成膜质量好，但从力学角度考虑防水层不宜太薄，至少大于2.0mm，聚合反应过程中放出的热量对防水膜力学性能有一定的负面影响，故一次成膜的厚度不宜过厚。杨苹（2012）等人对混凝土试件采用泰诺82/WP渗透型涂料（由甲基丙烯酸和硅氧烷组成的复合溶液）、泰诺AC100成膜型涂料（无机氧化物为颜料、活性硅酸盐及丙烯酸类有机物为填料混合而成的黏稠液体）和以上两种涂料复合的处理方式，研究发现：三种表面处理方式都能有效降低混凝土的吸水率，具有显著的防水效果；渗透型涂料和成膜型涂料复合使用在阻止CO2和防水方面效果最好。青岛理工大学黄微波等人研究的喷涂纯聚脲(SPUA)材料（吕平与黄微波，2000；吕平，2004；黄微波，2011；F.Deflorianetal，2007）是近年来应用广泛的一种性能突出的防护材料，具有防水防腐性能优异、对湿度不敏感、力学性能出色、超长耐久性、耐候耐老化性能优异、涂层致密无接缝，抗渗透性强等优势。 硕士研究生学位论文第一章绪论131.7项目目标研究适合辽宁省水工混凝土防护修补补强加固的新材料、新工艺等关键技术。开展提升水工混凝土耐久性关键性防护修补、补强加固示范研究，为类似工程提供借鉴。本文通过实验总结不同类型修补材料的基本物理、化学及力学性能。然后通过室内外试验，检验在低温环境中各类修补材料功能特性的变化情况，以便优选出寒区水工混凝土缺陷病害（裂缝、冻融剥蚀等）所适合选用的修补材料及其修补组合形式。希望通过本次寒区水工混凝土缺陷修补材料应用研究，可为辽宁省及类似寒冷地区今后水工混凝土修补材料的选择和材料组合施工方案提供一些参考。1.8主要研究内容包括适合辽宁省水工混凝土耐久性提升的防护与修补材料筛选、新材料的开发应用、工艺技术研究、典型工程示范应用、质量控制与效果评价等。1.8.1典型材料的性能试验综合国内外普遍应用的防护与修补材料，根据辽宁省水工混凝土实际需求，有针对性地选择典型材料开展室内试验研究，归纳总结材料性能指标及适用性。（1）典型材料选择选定的典型材料包括：硅烷浸渍剂、MMA防水涂料、HK-966弹性涂料、HK-988弹性涂料、SK手刮聚脲及界面剂HK-G-2等。（2）室内外性能试验室内试验内容包括：抗冻试验、拉伸试验、抗渗性能试验、粘接强度试验、碳化试验、抗氯盐侵蚀、老化性能试验等。在研究材料的抗冻、拉伸、弯折等性能基础上，结合工程实例，开展现场试验和运行效果监测，进一步验证材料的适用性。1.8.2高效防护与修补工艺技术研究（1）防护工法水工混凝土结构防护常见的工法有涂刷法、粘贴防渗层法、灌浆法、综合法等。本项目按照使用部位和需求的不同，拟开展如下混凝土结构防护工法研究：①特殊构件及构件特殊部位的防护工法研究，比如溢流堰面、输水隧洞闸室段等部位的抗冲磨、抗冲刷防护研究；②混凝土结构浪溅区、水位变动区的混凝土防护工法研究，比如水库大坝迎水侧面板 14第一章绪论硕士研究生学位论文水位变动区防冰害防护研究；③混凝土结构缝的防护工法研究，比如隧洞结构缝、面板坝接缝、底板接缝、导流墙接缝等防护研究。（2）修补工法针对裂缝、渗漏、冻融剥蚀、磨蚀和空蚀、混凝土碳化等缺陷处理的工法，总结提出适合辽宁地区水工混凝土结构缺陷处理合理的工法。包括：①裂缝—灌浆法、凿槽嵌填法、表面封闭法。②渗漏—涂刷法、粘贴法、凿槽嵌填法、灌浆法、导管堵漏法。③冻融剥蚀—填补法和涂刷法。即水泥或聚合物砂浆、混凝土填补，并用防渗、耐水、抗冲磨、抗冻及耐老化特性的涂料涂刷。④磨蚀和空蚀—填补法和涂刷法。即聚合物砂浆填补凹坑，养护完成后在新修补表面涂刷抗冲磨材料进行防护。⑤碳化—涂刷法（涂刷防碳化材料）、浸渍法（浸渍防护材料或防水材料）、综合法（整体防护法）。通过上述工法的运用和复合叠加，结合材料叠加的综合效果，有利于发挥每种材料的优势，从而达到综合处理防护和修补问题的目的。1.8.3典型工程示范应用开展修补效果跟踪观测与试验，从近年来已完工程中总结混凝土修补处理经验，包括裂缝防渗处理、伸缩缝防渗抗冲磨处理、混凝土表面抗冲刷处理等工法与技术。近年来已完工程见表1.1。 硕士研究生学位论文第一章绪论15表1.1近年来已完工程列表Table1.1Inrecentyearshasbeentheprojectlist序号工程名称处理部位处理工法主要材料时间溢流堰面水平裂缝及伸缩缝抗冲1观音阁水库溢流坝聚脲2013.8磨处理2观音阁水库大坝迎水侧表面防渗抗冻融处理硅烷浸渍剂2013.83大伙房水库输水洞出口消能工抗冲刷处理硅粉2011.5东港罗圈背两种形式对比试验，溢流堰面抗冲4大坝背水侧聚脲等2011.6水库刷处理东港沙坝倒5伸缩缝防渗处理聚氨酯2014.3虹吸清原县后楼溢洪道泄槽段、边6裂缝及伸缩缝处理GB、聚脲2011.9水库墙和底板工作桥桥梁、排7石佛寺水库伸缩缝处理聚脲2013.9架帽梁、排架柱沈阳浑河南8伸缩缝伸缩缝处理聚氨酯2010.10岸防洪墙 16第一章绪论硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文第二章原材料及试验方法17第二章原材料及试验方法2.1硅烷浸渍剂试验内容2.1.1防水机理硅烷在碱性物质激发下与混凝土中的水分发生水解反应生成带有3个羟基的活性硅醇，它还可与邻近的硅醇分子起交联反应；然后，硅醇在混凝土及其毛细管孔隙的表面与羟基（来源于水泥中所含硅酸三钙和硅酸二钙不断水化时产生的氢氧化钙）反应，形成不稳定的硅醇键，从而以化学键合方式相连，在混凝土表面和毛细管孔隙表面上形成憎水性的反应层，并起到一定的防水作用（黄桂柏与党涛，1998）。图2.1硅烷浸渍混凝土表面防水作用机理Fig.2.1Silaneimpregnationconcretesurfacewaterproofmechanism2.1.2试验浸渍方法（1）混凝土试件表面处理混凝土表面有蜂窝、麻面等缺陷时，需用水泥浆进行修补；并且清除混凝土基材表面不利于硅烷浸渍的油污、灰尘、碎屑等有害物质，用水清洗后，晾干，并保持混凝土表面为面干状态。喷涂硅烷浸渍剂的混凝土龄期不少于28d或者混凝土修补后不应少于14d。（2）浸渍方法将试件置于水平桌面上，试样的顶面为被涂面。用毛刷蘸取硅烷浸渍剂，在试样被涂面上均匀涂刷，使被涂表面浸渍饱和并开始溢流，重复用毛刷在被涂面涂刷多次，保持被涂面至少5s“看上去是湿的镜面”状态。若试件的立面是被涂面，应自下向上地在试件被涂面上均匀涂刷，使被涂表面浸渍饱和并开始溢流，保持被涂面至少5s“看上去是湿的镜面”状态。浸渍硅烷施工方法采用刷涂两遍，涂覆用量依照厂家推荐用量而定，两遍之间的间隔时间至少为6h。 18第二章原材料及试验方法硕士研究生学位论文2.1.3材料基本性能表2.1硅烷浸渍剂基本性能特性Table2.1Silaneimpregnationagentbasicperformancecharacteristics序号项目技术指标1外观白色膏体2成分无溶剂异辛基三乙氧基硅烷≤C45混凝土3～4mm3浸渍深度＞C45混凝土2～3mm1/24吸水率≤0.01mm/min5抗氯离子渗透效果≥90%Reinhart和MassimoSosoro由吸水试验得出硅烷溶液的吸收量和渗透深度与时间的平方根呈现线性关系，将这一关系称之为时间开方定律（ReinhardtHW，AufrechtM，1995；MassimoSosoro，1998）。2.1.4混凝土表面硅烷浸渍后抗渗性能试验（1）试验依据本实验根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）第4.22节混凝土相对渗透性试验的内容进行。本次试验抗渗试件较密实，试验水压为1.2MPa，试验时间24h。（2）试验材料1）抗渗试件采用混凝土标准抗渗试模（规格为上口直径175mm、下口直径为185mm、高150mm的截头圆锥体），在辽宁某水利工程施工现场浇筑成型，共6块。拆模后，用钢丝刷刷去两端面的水泥砂浆，然后在混凝土标准养护室养护28d以上。混凝土抗渗试件配合比见下表2.2。表2.2混凝土抗渗试件配合比Table2.2Thepermeabilityofconcretespecimenmixtureratio粗骨料聚羧酸高性组成材料水泥粉煤灰细骨料水5～20mm20～40mm能减水剂3用量/（kg/m）298837055295291534.142）试验对照组材料选用邦德牌K01透明防水渗透剂；空白组不涂抹任何材料。（3）试验过程1）从混凝土标准养护室取出试件，室温下自然风干72h，确保试件为干燥状态；2）采用3.1.2节所述浸渍办法，2块试件涂刷硅烷浸渍剂，涂覆量为400g/m2，2块试件涂刷透明防水渗透剂，涂覆量为200g/m2，剩下2块试件不做处理，均涂刷2遍，时间间隔为24h。3）第二遍涂抹完成后，在室温下养护14d。 硕士研究生学位论文第二章原材料及试验方法194）按照《水工混凝土试验规程》要求，将6组试件安装到抗渗仪试验台上，将抗渗仪水压力一次加到1.2MPa，在此压力下恒定24h。5）从抗渗仪试验台取下试件，用压力机将试件劈开，将劈开面底边10等分，在各等分点处量出渗水高度，以平均值作为渗水高度。2.1.5混凝土表面硅烷浸渍后抗冻性能试验（1）试验依据本实验根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）第4.23节混凝土抗冻性试验的内容进行。试验仪器为混凝土快冻试验台（HTD-B）。（2）试件制备混凝土耐久性能不仅与混凝土的强度有关，而且还与混凝土的集料组成、孔隙率等因素有关。本次试验采用不同配合比的2种混凝土试件进行试验，主要检验孔隙率、密实情况不同混凝土基材浸渍硅烷后抗冻性能的提高效果。混凝土试件配合比见表2.3。表2.3混凝土试件配合比Table2.3Proportionofconcretespecimens组成材料水泥细骨料粗骨料水引气减水剂A组2857631054220—3用量(kg/m)B组427726108917518（3）试验过程1）拆模，进行表面处理后，标准养护28d以上；2）从混凝土标准养护室取出试件，室温下自然风干72h，确保试件为干燥状态；23）对试件6个面全部涂抹，涂覆量为400g/m，涂刷2遍，时间间隔为6小时。4）第二遍涂抹完成后，在室温下养护14d。5）按照《水工混凝土试验规程》要求，将试件放置于混凝土快冻试验台进行试验，并按时测定质量和自振频率。2.2MMA防水涂料试验内容2.2.1防护机理MMA防水涂料是融合了高性能甲基丙烯酸甲酯（MMA）树脂的弹性防水涂料，是由甲基丙烯酸甲酯（MMA）和固化剂组成的高分子聚合物。它克服了环氧树脂粘度高的缺点，可以渗透进微细裂缝和孔隙中，同时在表面形成高强度薄膜，起到很好的表面封闭防护作用，可以有效地保护混凝土（李晓，等，2004）。2.2.2材料基本性能试验产品从广州秀珀化工股份有限公司购买，该公司提供产品的基本性能见下表2.4。 20第二章原材料及试验方法硕士研究生学位论文表2.4MMA防水涂料基本性能Table2.4BasicperformanceMMAwaterproofcoating项目技术指标检验标准表干时间（min）15~25GB/T16777实干时间（min）30~45GB/T16777邵氏硬度（D）≥50GB/T2411拉伸强度（MPa）≥9.0GB/T16777断裂伸长率（%）≥130GB/T16777不透水性0.5MPa，24h，不透水GB/T16777该涂料可在常温或低温下迅速固化成为具有优异耐磨、耐腐蚀的高耐久性无缝涂膜。固化后形成的高硬度膜具有杰出的湿热稳定性和抗紫外线性能。MMA施工时可采用双组分无气喷涂设备，也可采用手工刮涂，不含任何有机溶剂，室温或低温均能快速形成高强度涂膜。2.2.3MMA防水涂料粘结强度试验（1）试验依据试验参照日本工业标准JISA6024，以抗折强度作为粘结强度指标。（2）试件制备水泥砂浆试件成型为40mm×40mm×160mm的棱柱体。其配合比见下表4.7。试件成型后24h脱模，然后放入装满水的盒中在标准养护箱（温度20±2℃、湿度95±5%）内养护28d以上。表2.5水泥砂浆试件配合比Table2.5Proportionofcementmortarspecimen组成材料水泥标准砂水用量/g（每锅）450±21350±5225±1本次试验的MMA修补材料由A、B、H三种组份组成。分别按A:B:H=100:100:6、A:B:H=100:100:10、A:B:H=100:100:14三种不同的配合比进行试验。（3）试验过程1）将养护28d以上的砂浆试件在抗折试验机上折断；2）将断裂的砂浆试件拼放在一起，断裂面间预留3mm左右的缝隙；用胶带将砂浆试件底、前、后三面密封固定；3）将配制好的不同配比的MMA修补材料从上面注入缝隙中，晾置15～20min后，再次填补未注满的缝隙；4）常温下分别养护7d和14d，分别测定其抗折强度，并观察断裂面情况。 硕士研究生学位论文第二章原材料及试验方法212.2.4MMA防水涂料抗冻性能试验（1）试验依据本实验根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）第4.2.3节混凝土抗冻性试验的内容进行。试验仪器为混凝土快冻试验台（HTD-B）。（2）试件制备按照《水工混凝土试验规程》制作标准抗冻试件，尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体，试件配合比见表2.6。表2.6混凝土抗冻试件配合比Table2.6Proportionofconcreteantifreezespecimen组成材料水泥细骨料粗骨料水引气减水剂3用量（kg/m）37015573010050.8%在标准养护室养护28d后，选一个较平整的面，用钢刷打磨除去表面灰浆、杂物、油渍等，在室温下晾干。然后将三种不同配比的MMA修补材料均匀涂抹于试件表面，每种配比的材料涂抹2块，每块涂抹2遍，厚度约2～3mm，时间间隔4h。（3）试验过程1）将混凝土抗冻试件一矩形面表面打磨处理后晾干，将MMA修补材料直接涂覆在其表面，然后放在室温下养护14d；2）将3块分别涂抹不同配合比的试件放入混凝土抗冻试验台，进行300次冻融试验；3）对另外3块试件涂抹MMA修补材料的面，用混凝土钻心取样试验机钻透涂层并钻到混凝土内10～15mm。每面钻取4处，钻头尺寸为Φ5cm；4）然后将拉拔试验仪的试验铁块粘于钻好的MMA修补材料的表面；一周后，用拉拔试验仪检测MMA修补材料与混凝土的粘结强度。5）试件冻融300次以后，采用（3）（4）步骤的方法，检测MMA修补材料与混凝土面的粘结强度。2.3HK-966、988弹性涂料试验内容2.3.1防护机理HK-966该涂料是一种由环氧改性的双组分弹性密封材料，材料中的环氧基团，赋予材料良好的粘接性能，而弹性的聚氨酯成分提供了优良的抗冲磨及抗老化性能；HK-988是HK-966的升级版，属于慢固化脂肪族聚脲类涂料，通过改变活性基团的反应活性，延长了涂料的可操作时间，保留了聚脲材料的高强度，高弹性、耐低温、抗紫外线等特点，具有更强的粘结效果。两种材料都可作为混凝土保护涂层使用，使混凝土具有抗冰冻、抗紫外、抗冲磨的效果。 22第二章原材料及试验方法硕士研究生学位论文2.3.2材料基本性能HK-966和HK-988从杭州国电大坝安全工程有限公司购买，HK-966已经在多个水利工程应用，HK-988是最新研发的新产品，两种防护材料的一部分基本性能由厂家提供。本人也对其拉伸强度、扯断伸长率等基本性能做了相关试验，在下面的试验内容中将会给出。以下表2.7和表2.8分别为厂家给出的HK-966和HK-988基本性能参数值。表2.7HK-966弹性涂料的基本性能指标Table2.7ThebasicperformanceindexesoftheelasticcoatingHK-966项目指标测试标准A组份浅黄色透明粘稠液体外观B组份灰或黑色膏状体3密度(g/cm)1.40±0.10失粘时间(h)≤3GB/T13477.5-2002不透水性0.4MPa，30min，不透水GB/T16777-2008表2.8HK-988弹性涂料的基本性能指标Table2.8ThebasicperformanceindexesoftheelasticcoatingHK-988项目指标测试标准A组份浅黄色透明粘稠液体外观B组份灰或黑色膏状体3密度(g/cm)1.30±0.10失粘时间（h）≤4GB/T13477.5-2002不透水性0.4MPa，30min，不透水GB/T16777-20082.3.3HK-966和HK-988弹性涂料拉伸性能试验（1）试验依据本试验按照《硫化橡胶或热塑性橡胶拉伸应力应变性能的测定》（GB/T528-2009）和《建筑防水涂料试验方法》（GB/T16777-2008）的拉伸性能测定方法进行试验。（2）试件制备试验模具为自制的塑钢矩形框模，以玻璃作底板，将厚3mm的矩形塑钢框架粘结于玻璃上。试验前，将玻璃底板擦拭干净，并涂抹一层薄薄的蜡油，然后将涂料均匀的涂抹于框架内，分3次涂抹，每次时间间隔6小时以上。在室温下养护14d后，将固化的涂膜从框模中拆下，然后用专门的裁刀和裁片机冲切成2型哑铃状试样，试样在室温下再养护7d。哑铃状试样裁刀尺寸见下表2.9及图2.2。 硕士研究生学位论文第二章原材料及试验方法23表2.9哑铃状试样用裁刀尺寸Table2.9DumbbellspecimenwiththecuttingsizeC狭窄部分D狭窄部分E外侧过渡F内侧过渡2型A总长度B端部宽度长度宽度边半径边半径尺寸（mm）7512.5±1.025.0±1.04.0±0.18.0±0.512.5±1.0图2.2哑铃状试样用的裁刀Fig.2.2Dumbbellspecimenwithcuttingknife（3）试验过程1）将养护21d的试样3块一组进行编号；2）用测厚计在试验长度的中部和两端测量厚度，取3个测量值的中位数计算横截面面积，3个厚度值都不应大于厚度中位数的2%，测量值精确到0.05mm；3）将试样对称地夹在拉力试验机上、下夹具上，使拉力均匀地分布在横截面上，并配置一个伸长测量装置，启动试验机，在整个试验过程中连续监测试验长度和力的变化，精度在±2%之内，夹具的移动速度为300mm/min。4）记录试验结果，并计算。2.3.4HK-966和HK-988弹性涂料耐湿热老化性能试验（1）试验依据根据王文军（2009）等人的研究发现用恒温水浴，80℃/7d的测试方法能快速检测出建筑结构胶的耐湿热老化性能，而且快速测试方法和国标测试方法的结果基本一致，二者测定值误差不大于1.5％。因此本次试验采用此方法，在80℃恒温水浴箱中将试样放置7d后测试其拉伸强度和扯断伸长率。（2）试件制备本试验的两种材料试样的制备与2.3.3节拉伸试验的制备养护方法一样。（3）试验过程1）将养护21d的HK-966和HK-988哑铃状试样分别装在两个铜丝网格小篓中，然后放入80℃恒温水浴箱中7d；2）一周后，分别将试样取出，擦洗干净；3）按照2.3.3节拉伸试验操作步骤进行拉伸试验。 24第二章原材料及试验方法硕士研究生学位论文2.3.5HK-966和HK-988弹性涂料抗冻性能试验（1）试验依据本实验根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）第4.23节混凝土抗冻性试验的内容进行。试验仪器为混凝土快冻试验台（HTD-B）。（2）试件制备按照《水工混凝土试验规程》制作标准抗冻试件，尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体，试件配合比见表3-9。在标准养护室养护28d后，用钢刷打磨除去表面灰浆、杂物、油渍等，在室温下晾干。HK-966和HK-988每种材料涂抹4块，2块涂抹一个矩形面，2块6个面全部涂抹，分成抗冻组和对照组，每组1块单面涂覆试件和1块全部涂覆试件。每块试件在涂抹材料前都涂覆一层界面剂（界面剂将在第3.5节介绍），材料涂刮3遍，厚度约2～3mm，时间间隔6h。（3）试验过程1）将涂刮HK-966和HK-988弹性涂料的试件放在室温下，养护21d。2）达到龄期后，将抗冻组试件（1块单面涂覆试件和1块全部涂覆试件）放入混凝土抗冻试验台，进行300次冻融试验；3）对照组2块试件（1块单面涂覆试件和1块全部涂覆试件）用混凝土钻芯取样试验机钻透涂层并钻到混凝土内10~15mm。每面钻取4处，钻头尺寸为Φ5cm；4）然后将拉拔试验仪的试验铁块粘于对照组钻好的HK-966和HK-988弹性涂料的表面；一周后，用拉拔试验仪检测材料与混凝土的粘结强度。5）抗冻组试件冻融300次以后，采用3）、4）步骤的方法，检测HK-966和HK-988弹性涂料与混凝土面的粘结强度。2.4SK手刮聚脲（单组份）试验内容2.4.1防护机理单组份聚脲由含多异氰酸酯－NCO的高分子预聚体与经封端的多元胺（包括氨基聚醚），并加入其它功能性助剂所组成。在无水状态下，体系稳定，一旦开桶施工，在空气中水分的作用下，迅速产生多元胺，多元胺迅速与异氰酸酯－NCO反应，形成单组份聚脲（孙志恒与郝巨涛，2013）。2.4.2材料基本性能SK手刮聚脲的基本性能是根据中国水利水电科学研究院孙志恒教授经过相关试验研究提供，SK手刮聚脲的性能指标可以根据实际工程需要进行调整，拉伸强度可以调到15～25MPa、扯断伸长率可以调到200%～500%，但相应的成本会增加。其基本性能见下表2.10。 硕士研究生学位论文第二章原材料及试验方法25表2.10单组份手刮聚脲物基本理力学性能指标Table2.10One-componenthandscrapingthepolyureamaterialbasicmechanicsperformanceindex序号项目指标1比重（25℃）1.10±0.052粘度（mPa·s）≥30003表干时间（h）≤44低温弯折性（℃）≤－455硬度（邵A）≥606不透水性，2.0MPa，2h不透水对于SK手刮聚脲抗冲磨性能的研究，中国水利水电科学研究院结构材料研究所的吴怀国（2005）教授做了相关试验。试验采用新改造的圆环抗冲磨试验仪，试件为混凝土圆环试块，其外径为500mm，内径为300mm，高为100mm。在冲磨过的试件内环面涂敷聚脲，试验水流含沙率为10%，流速为40m/s，一次冲刷时间30min，共冲磨两次。2.4.3SK手刮聚脲的拉伸性能试验（1）试验依据SK手刮聚脲已经在全国很多水利工程中得到应用，同时也总结出一些提高材料强度的方法。本次试验依照目前很多工程涂覆聚脲涂料时，在聚脲夹层中铺设胎基布来起到加筋作用的案例为依据进行试验，来验证铺设胎基布对聚脲拉伸强度的作用。并且依照《建筑防水涂料试验方法》（GB/T16777-2008）的拉伸性能测定方法进行试验。（2）试件制备试验模具为自制的塑钢矩形框模，以玻璃作底板，将厚3mm的矩形塑钢框架粘结于玻璃上。试验前，将玻璃底板擦拭干净，并涂抹一层薄薄的蜡油，然后将涂料均匀的涂抹于框架内，分3次涂抹，涂抹完第一遍，待聚脲略微固化黏稠后，将胎基布平铺在上面接着涂覆第二遍，再隔6小时以上后，涂覆第三遍。在室温下养护14d后，将固化的涂膜从框模中拆下，然后用专门的裁刀切成3种不同规格的长条型试样，试样规格分别为2型哑铃状、10mm×100mm、30mm×100mm、50mm×150mm，试样在室温下再养护7d。（3）实验过程1）将养护21d的试样按照不同规格6块一组进行编号；2）用测厚计在试验长度的中部和两端测量厚度，取3个测量值的中位数计算横截面面积，3个厚度值都不应大于厚度中位数的2%，测量值精确到0.05mm；3）将试样对称地夹在拉力试验机上、下夹具上，使拉力均匀地分布在横截面上，并配置一个伸长测量装置，启动试验机，在整个试验过程中连续监测试验长度和力的变化，精度在±2%之内，夹具的移动速度为300mm/min。 26第二章原材料及试验方法硕士研究生学位论文2.4.4SK手刮聚脲的耐老化性能试验（1）试验依据本次试验对SK手刮聚脲的耐老化性能试验有2项，一项为热空气老化试验，另一项为臭氧老化试验。试验依据橡胶性能测定的方法，试验规程依据分别为GB/T528-2009《硫化橡胶或热塑橡胶拉伸应力应变性能测定》和GB/T7762-2003《硫化橡胶或热塑性橡胶耐臭氧龟裂静态拉伸试验》以及GB/T18173.2-2000《高分子防水材料第二部分止水带》。（2）试样制备试样制备方法与拉伸强度试验中试样制备的方法一样，无胎基布，厚度约2mm，在室温下养护14d后，热空气老化试验用专门的裁刀切成2型哑铃状试样，臭氧老化试验裁切成10mm×100mm尺寸规格的长条状试样。进行耐臭氧龟裂静态拉伸试验，需先把试样固定在专门的试架上，并将试样拉伸至伸长率为20%的状态，见图所示。（3）试验过程1）将养护21d的试样3块一组进行编号；2）用测厚计在试验长度的中部和两端测量厚度，取3个测量值的中位数计算横截面面积，3个厚度值都不应大于厚度中位数的2%，测量值精确到0.05mm；3）分别在热空气试验箱和臭氧试验箱中放入6组试样，分别在350h、720h、1080h观察试样表面状态和测试试样的拉伸强度指标。2.4.5SK手刮聚脲抗冻性能试验（1）试验依据本实验根据《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）第4.2.3节混凝土抗冻性试验的内容进行。试验仪器为混凝土快冻试验台（HTD-B）。（2）试件制备按照《水工混凝土试验规程》制作标准抗冻试件，尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体，试件配合比见表4.9。在标准养护室养护28d后，用钢刷打磨除去表面灰浆、杂物、油渍等，在室温下晾干，2块涂抹一个矩形面，1块6个面全部涂抹。每块试件在涂抹材料前都涂覆一层界面剂（界面剂将在第4.5节介绍），材料涂刮3遍，厚度约2～3mm，时间间隔6h。（3）试验过程1）将涂敷SK手刮聚脲的试件放在室温下养护21d。2）达到龄期后，将1块单面涂覆试件和1块全部涂覆试件放入混凝土抗冻试验台，进行300次冻融试验；3）对另外1块单面涂覆试件用混凝土钻芯取样试验机钻透涂层并钻到混凝土内10～15mm。每面钻取4处，钻头尺寸为Φ5cm； 硕士研究生学位论文第二章原材料及试验方法274）然后将拉拔试验仪的试验铁块粘于钻好的聚脲表面；一周后，用拉拔试验仪检测材料与混凝土的粘结强度。5）进行抗冻试验的2块试件冻融300次以后，采用（3）（4）步骤的方法，检测SK手刮聚脲与混凝土面的粘结强度。2.5HK-G-2型界面剂试验内容2.5.1功能机理由于水利水电工程具有复杂的施工环境，混凝土面多长期处于潮湿有水状态，而且还存在混凝土表面质量差等因素，因此在进行表面防护处理时，解决基底界面良好的施工粘结状态尤为重要。HK-G-2低粘度环氧材料具有粘度低、渗透性好、强度高、操作方便等特点，该浆液材料具有亲水性，对潮湿基面的亲和力好，作为界面剂不仅与潮湿混凝土面具有良好的粘结性能，而且在未固化前与表面防护材料也有一定粘结强度。2.5.2材料基本性能HK-G-2型界面剂由杭州国电大坝安全工程有限公司提供，该材料作为HK-966和HK-988的界面剂已在水利工程中有所应用，其粘度小，和混凝土的粘接强度高，凝固时间可在数小时至数十小时之间调节。浆液的主要性能指标见下表2.11。表2.11主要性能指标(参照JC/T1041-2007标准)Table2.11Keyperformanceindicators(consultstandardJC/T1041-2007)项目指标3浆液密度（g/cm）1.05±0.05浆液初始粘度（mPa·s）≤30可操作时间（min）≥180本体抗压强度（MPa）≥60本体抗拉强度（MPa）≥10干粘结≥3.0粘结强度（MPa）湿粘结≥2.02.5.3HK-G-2型界面剂与潮湿混凝土基面的粘结性能试验（1）试验依据碳纤维粘结强度检测仪（简称检测仪）是高新技术产品，是为土木建筑结构中检测碳纤维片材与混凝土之间正拉粘结强度而研制的一种新型仪器。检测仪测定方法参照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》附录B章节进行。（2）试件制备试验采用的试件为100mm×100mm×400mm的混凝土试块。取试件一矩形面，钻心取样试验机切入混凝土10~15mm，预切缝宽约2mm，一面钻取4处，钻头尺寸为Φ5cm。然后将混凝土试块用钢刷打毛刷净，放在水中浸泡24h以上。 28第二章原材料及试验方法硕士研究生学位论文HK-G-2型界面剂为双组份，将A、B组份按1:5的比例均匀混合即可。（3）试验过程1）界面剂按比例混合均匀，在室温下晾置约2～3小时，具有一定稠度；2）试验前用面丝擦除混凝土表面浮水，然后刮涂上界面剂，再晾置一段时间，待界面剂具有较合适稠度后，将拉拔头钢块粘结在预切块上；3）在室温下养护一周以上，采用检测仪进行粘结强度测定。2.5.4HK-G-2型界面剂涂刷后涂刮表面防护材料的粘结性能试验（1）试验依据本试验采用3.5.3相同的试验仪器及相应规程，分别测定界面剂涂刷后不同时间间隔涂刮表面防护材料的粘结强度，探究合理的施工时间间隔。（2）试件制备试验采用试件为100mm×100mm×400mm的混凝土试块。界面剂按照给定比例混合均匀。（3）试验过程1）将达到龄期的试件从水中取出，用面丝擦去表面浮水；2）将HK-G-2型界面剂分别涂抹于不同试件上；3）根据界面剂特性选择不同时间间隔涂覆表面防护材料；4）分别养护7d、14d测定粘结强度（粘结强度采用碳纤维粘结强度检测仪的测定方法检测）。 硕士研究生学位论文第三章实验室研究及结果29第三章实验室研究及结果3.1硅烷浸渍剂3.1.1抗渗试验结果从试件劈开面上看，浸渍硅烷的试件渗水高度连线成一条不规则的线条，浸渍防水渗透剂的渗水高度连线成一条中间略凸起的曲线，不做任何处理的试件渗水高度连线曲线成抛物线型。具体如图3.1所示。图3.1硅烷浸渍混凝土抗渗试验Fig.3.1Thesilaneimpregnationconcretepermeabilitytest试验取10个等分点处渗水高度平均值作为试验结果值，具体见表3.1。然后以渗水高度为纵坐标，组别为横坐标作图，如图3.1所示。表3.1相对渗透性试验渗水高度值Table3.1Relativepermeabilitytestofwaterpenetrationheight组别硅烷组防水剂组空白组高度（mm）4.518.649.2相对渗透性试验渗水高度60504030高度/（mm）渗水高度/(mm)20100硅烷组防水剂组空白组图3.1相对渗透性试验渗水高度Fig.3.1Relativepermeabilitytestofwaterpenetrationheight渗透性试验结果表明：浸渍硅烷后的混凝土试件在1.2MPa恒压24h后，渗水高度为4.5mm左右，渗水高度几乎和硅烷浸渍的深度相同。可以看出，硅烷浸渍混凝土后在其内部形成的一道憎水保护层，可以有效的阻挡水的渗入。 30第三章实验室研究及结果硕士研究生学位论文3.1.2混凝土表面硅烷浸渍后抗冻性能试验结果试验中A组和B组基准混凝土试件和硅烷浸渍后的混凝土试件抗冻性试验结果见表3-5；以B组试验为例，基准混凝土试件与硅烷浸渍后混凝土试件350次冻融循环后表面状态图，如图3.2。图3.2350次冻融循环后混凝土表面变化图Fig.3.2After350timesoffreeze-thawcycleconcretesurfacevariation图3.3硅烷浸渍混凝土试件抗冻性能试验结果Fig.3.3Silaneimpregnationconcretespecimenantifreezeperformancetestresults试验结果表明，在混凝土表面浸渍硅烷浸渍剂以后，混凝土耐冻融循环次数至少提高50次以上，其质量随着冻融次数的增多，先有所增加，随后便开始大幅减少，同时混凝土随之剥蚀破坏。通过基准试件和硅烷浸渍后试件的对比，可见，在混凝土表面浸渍硅烷浸渍剂以后对混凝土的抗冻性能有大幅度的提高。本次试验A组试件强度低，密实程度差，而B组试件强度高，密实程度高，从试验结果看，B组试件硅烷浸渍后抗冻性能提高幅度更大。硅烷对于混凝土抗冻性能的提高主要是由于硅烷渗透入混凝土内部形成憎水层，通过该层的憎水性而阻挡或降低水分的入侵来实现的。憎水层的致密程度与混凝土本身的致密程度密切相关，混凝土本身的致密程度高，形成的憎水层就相对致密，憎水效果就好；若混凝土本身密实程度差、孔隙率大，硅烷渗透深度可以相对较大，但是部分水分还是可以通过大的孔隙渗透进混凝土内部，以致降低混凝土的抗冻性能。 硕士研究生学位论文第三章实验室研究及结果313.2MMA防水涂料3.2.1涂料粘结强度试验试验结果各数值见表3.2。表3.2不同配比合成MMA修补材料的粘结强度Table3.2ThebondstrengthofdifferentratiosynthesisofMMArepairmaterials粘结强度（MPa）编号养护温度A:B:H配比7d14d110～15℃100:100:65.45.9210～15℃100:100:104.95.5310～15℃100:100:144.25.0试验过程中，随着固化剂参量的增加，MMA修补材料的固化时间会略微有所减少；但是，从试验结果可以看出，H组份的增加不仅会导致强度增长减慢，而且会影响材料最终的强度值。另外，材料粘结强度平均值，最小为4.2MPa，最大5.9MPa，并且断裂面多数原砂浆面有所破坏，见图4.3。可以说明，MMA修补材料粘结强度已达到一定的工程要求，修补层不会和混凝土界面脱落，能够保证修补的质量。3.2.2涂料抗冻性能试验本次试验，MMA修补材料只涂覆试件一个面，并测取4个粘结强度值，然后求得平均值作为试验结果值。试验结果及破坏面情况见下表3.3。表3.3MMA修补材料冻融后与混凝土粘结强度及破坏情况Table3.3MMArepairmaterialsandconcreteafterfreeze-thawbondstrengthanddamage配合比冻融次数粘结强度值（MPa）破坏面情况100:100:602.6约95%MMA修补材料与混凝土面破坏100:100:1001.8约95%MMA修补材料与混凝土面破坏约90%MMA修补材料与混凝土面破坏，部分出100:100:1401.1现材料撕裂现象100:100:6300—涂层与混凝土基面脱落（单面涂层）100:100:10300—涂层与混凝土基面脱落（单面涂层）100:100:14300—涂层与混凝土基面脱落（单面涂层）试验结果表明，MMA修补材料随着配合比中H组份的增加，材料的表干固化时间稍微 32第三章实验室研究及结果硕士研究生学位论文减短，但粘结强度逐渐减小。当检测配合比为100:100:14的粘结强度时，部分材料本身被撕裂，韧性减小。配合比为100:100:6时，粘结强度大于2.5MPa，可以满足一定的工程需要。冻融300次以后，虽然从试件其余未涂覆材料的面看，试件未出现冻融剥蚀破坏现象，但材料涂层与混凝土基面几乎脱落，失去粘结性。材料本身的粘结性能相对较小，再者，300冻融循环过程中，混凝土表面冻融变化，影响了MMA材料与混凝土基面的粘结性，导致了材料与混凝土基面脱落。今后在采用该材料进行表面防护处理时可以考虑结合界面剂进行联合修补的方案。3.3HK-966、9883.3.1涂料拉伸性能试验HK-966和HK-988拉伸强度（计算结果精确到0.01MPa）和扯断伸长率（计算结果精确到1%）结果见下表3.4。表3.4HK-966和HK-988弹性涂料的拉伸试验结果Table3.4HKHK-988-966andelasticcoatingtensiletestresults试验材料组号拉伸强度（MPa）平均值扯断伸长率（%）平均值17.63156HK-96626.777.1814615237.13154113.47251HK-988213.7313.51262257313.33259试验过程中发现，两种试样断裂口都是首先出现在截面有气泡等瑕疵的部位，建议在今后的工程施工中应该特别注意材料的涂抹过程，要用力涂抹并采取薄涂的方式，尽量把气泡排出，这样可以更好的避免气泡等瑕疵的出现。同时应该注意，涂抹间隔时间不宜过久，而且下一遍涂抹前一定要把前一涂层面清理干净。从试验结果看，HK-988的拉伸强度约是HK-966的1.9倍，但是其扯断伸长率相对却较小。通过观察两种材料的切口断面，HK-988试样比HK-966试样致密，但是HK-988较硬，韧性小。今后对HK-988弹性涂料的研究应该在提高其柔韧性方面多下工夫。3.3.2涂料耐湿热老化性能试验对HK-966和HK-988弹性涂料试样进行整理编号。恒温水浴过程中由于HK-988弹性涂料试样变形胶黏在一起，最后只找到6块比较完整的试样进行了拉伸性能试验。试样个数满足本试验相关规范规定的试样数量的要求，可以作为试验结果。HK-966和HK-988弹性涂料湿热老化处理后拉伸试验结果见下表3.5。 硕士研究生学位论文第三章实验室研究及结果33表3.5HK-966和HK-988弹性涂料耐湿热老化试验结果Table3.5HKHK-988-966andelasticcoatingresistanttowetandheatagingtestresults试验材料组号拉伸强度（MPa）平均值扯断伸长率（%）平均值17.7087HK-96627.337.57888837.679016.03353HK-9885.9535625.8735880℃恒温水浴7d后，HK-966弹性涂料试样表面观察没有任何变化，而HK-988弹性涂料试样则胶黏一起，试样出现变形、粗糙、空洞等现象，同时发现HK-988弹性涂料试样恒温水浴后胶黏在一起。从试验结果看，HK-966弹性涂料的扯断伸长率大幅下降，而拉伸强度却略微有所增加，对于该结果暂时未找到合理的解释。在下一个阶段会进一步进行试验，延长水浴时间，缩短测试间隔，来观测其性能变化。对本次试验的结果重新给出结果，提出解释。HK-988弹性涂料的拉伸强度大打折扣，降幅达到56.0%，然而其扯断伸长率的增长率却达到38.5%。因此，HK-988弹性涂料恒温水浴过程中，其内部分子结构是如何变化过程还需要进一步的研究。3.3.3涂料抗冻性能试验每块试件都测取4个粘结强度值，然后求得平均值作为试验结果值。试验结果及破坏面情况见下表3.6。表3.6HK-966和HK-988弹性涂料冻融前后与混凝土粘结强度及破坏情况Table3.6HKHK-988-966andelasticcoatingsbeforeandafterfreezingandthawingandbondstrengthofconcreteandthedamage粘结强度值材料类型冻融次数破坏面情况（MPa）02.36HK-96630002.52HK-988300试验结果表明，从试验结果看，聚脲全敷的试件经过300次冻融破坏后，材料与混凝土间的粘结强度降低较少，仍然可以满足一定的工程需要。单面涂覆聚脲的试件，材料与混凝土间的粘结强度却大幅下降，随着混凝土的破坏界面也相应破坏。粘结强度测定过程中，未出现聚脲涂层的破坏现象，说明冻融破坏对聚脲材料本身的影响较小。全面涂覆聚脲的试件，材料与混凝土间的粘结强度下降很少，说明聚脲涂层未破坏，有效的阻止了水分的渗入，避免了混凝土的冻融破坏。 34第三章实验室研究及结果硕士研究生学位论文3.4SK手刮聚脲3.4.1拉伸性能试验试验拉伸强度结果见下表3.7。表3.7SK手刮聚脲夹层铺设胎基布后拉伸强度及扯断伸长率值Table3.7SKhandscrapingthepolyureainterlininglaidafterthetirebasefabrictensilestrengthandelongationatfailure试样尺寸（宽×厚）拉伸强度（MPa）扯断伸长率（%）2型哑铃状4mm×2mm8.959910mm×100mm10mm×2mm14.91—30mm×100mm30mm×2mm82.45—50mm×150mm50mm×2mm102.13—70mm×150mm70mm×2mm105.89—2型哑铃状(无胎基布)4mm×2mm15.82286从试验结果看，含胎基布的聚脲试样其宽度的不同会影响试样的拉伸试验结果。聚脲按照相关试验规程制成2型哑铃状试样测得的拉伸强度值可以作为材料本身的拉伸强度指标。从试验结果可以看出，本次试验聚脲的拉伸强度值为15.82MPa。同样2型哑铃状试样内含胎基布其拉伸强度值反而变小很多，只有8.95MPa。采用长条状试样的试验结果可以看出，随着试样宽度的增加，聚脲的拉伸强度也逐渐增加，达到一定宽度时拉伸强度的增长速度会逐渐减小。由此可以看出在聚脲中铺设胎基布确实可以大幅度提升其拉伸强度。试验用胎基布为网格状，网格大小为4mm宽正方形，当试样宽度小时，裁切过程可能损坏了胎基布的完整性，再者试样中铺设胎基布后导致聚脲未能达到标准的2mm厚度，因此试验结果会出现铺设胎基布后试样拉伸强度减弱的现象。这就提醒我们在实际施工工程中，要注意胎基布的完整性和适用宽度，以便更好地提高聚脲的修补效果。3.4.2耐老化性能试验（1）SK手刮聚脲的热空气老化试验热空气加速老化试验方法（又名烘箱加速老化试验方法）试验结果见下表3.8。表3.8SK手刮聚脲热空气（70℃）老化试验结果Table3.8SKhandscrapingthepolyureahotairagingtestresults(70℃)老化时间（h）拉伸强度（MPa）性能变化率（%）扯断伸长率（%）性能变化率（%）015.820%2860%35017.3410%253-11%72018.999%251-1%108018.81-1%231-8% 硕士研究生学位论文第三章实验室研究及结果35从试验结果看，SK手刮聚脲随老化试验时间的延长，其拉伸强度先有所提高，而后逐渐趋于平缓，最后有下降趋势。出现此类现象可能的一种解释是，聚脲试样在70℃热空气中强度不但没有受到影响反而在逐步提高，随着时间的推移，强度达到一定值后，热空气对其的影响逐渐增大，导致其拉伸强度开始出现下降的趋势。另外，聚脲试样的扯断伸长率却没有出现拉伸强度类似的规律，而是一直趋于减小，对于这种现象目前未能给出合理解释。从整个试验情况来看，本次试验的老化试验时间还有必要继续延长，聚脲的热空气老化性能还有待于进一步试验来研究其老化破坏机理及其规律性。（2）SK手刮聚脲的臭氧老化试验臭氧老化试验结果见下表3.9。表3.9SK手刮聚脲臭氧老化试验结果Table3.9SKhandscrapingthepolyureaozoneagingtestresults老化时间（h）拉伸强度（MPa）性能变化率（%）016.350%35019.692%72019.70—108019.65—老化试验1080h后，固定在模架上，伸长率为20%的试样表面仍光滑平整没有出现微小裂纹。从各个时间段试样拉伸强度结果看，350h后聚脲的拉伸强度有所提高，之后，直到1080h后其拉伸强度值保持稳定，未出现下降的趋势。由此可以看出，短时间内臭氧对聚脲强度的影响很小。臭氧对聚脲材料的影响规律还需要进一步的试验研究。（3）SK手刮聚脲的氙灯人工加速老化试验氙灯人工气候老化试验试验结果见表3.10。表3.10SK手刮聚脲氙灯人工加速老化实验结果Table3.10SKhandscrapingthepolyureaxenonlampartificialacceleratedagingexperimentresults老化时间（h）拉伸强度（MPa）性能变化率（%）扯断伸长率（%）性能变化率（%）017.10364058814.2173436136914.1173358186914.0183397从SK手刮聚脲氙灯人工加速老化试验拉伸强度变化规律来看，拉伸强度开始下降较快，500h以后下降趋于稳定；从断裂伸长率变化规律来看，断裂伸长率开始下降较快，1000h以后下降趋于稳定。此外，从材料表面变化情况来看，材料老化主要发生在表层。 36第三章实验室研究及结果硕士研究生学位论文3.4.3抗冻性能试验经过300次的冻融试验后，未涂抹SK手刮聚脲的混凝土试件表面剥蚀脱落，出现麻面现象，SK手刮聚脲涂层没有出现破坏现象，只是表面变得轻微粗糙，如图3-4所示。冻融试验后的粘结强度值见下表3.11。表3.11SK手刮聚脲冻融前后与混凝土粘结强度及破坏情况Table3.11SKhandscrapingthepolyureaandbondstrengthofconcreteandthedamagebeforeandafterfreezingandthawing材料涂覆类型冻融次数粘结强度值（MPa）破坏面情况单面02.27基本在界面剂与聚脲材料间破坏单面3000.6285%界面剂与混凝土间破坏，15%混凝土面破坏全面3002.05基本在界面剂与聚脲材料间破坏从试验结果看，聚脲全敷的试件经过300次冻融破坏后，材料与混凝土间的粘结强度降低较少，仍然可以满足一定的工程需要。单面涂覆聚脲的试件，材料与混凝土间的粘结强度却大幅下降，随着混凝土的破坏界面也相应破坏。粘结强度测定过程中，未出现聚脲涂层的破坏现象，说明冻融破坏对聚脲材料本身的影响较小。全面涂覆聚脲的试件，材料与混凝土间的粘结强度下降很少，说明聚脲涂层未破坏，有效的阻止了水分的渗入，避免了混凝土的冻融破坏。3.5HK-G-2型界面剂3.5.1与潮湿混凝土基面的粘结性能试验本次试验为了研究HK-G-2型界面剂的工程适用性，分别测定界面剂在潮式混凝土面涂覆界面剂3d、5d、7d、14d的粘结强度。试验结果见表3.12。表3.12HK-G-2型界面剂与潮湿混凝土试块粘结试验结果Table3.12HK-G-type2interfaceagentandwetconcreteblockbondingtestresults测试龄期（d）粘结强度（MPa）界面破坏情况31.05基本是界面剂涂层破坏52.98界面剂渗入混凝土中，几乎全部混凝土面破坏73.65界面剂渗入混凝土中，全部混凝土面破坏，且破坏面较深143.76界面剂渗入混凝土中，全部混凝土面破坏，破坏面较深从试验结果看，HK-G-2型界面剂与潮湿混凝土间的粘结性能较好，随着养护时间的增加，粘结强度也逐渐增加，7d后强度增长幅度有所减弱。由于界面剂早期粘度小，亲水性强，涂抹于混凝土表面后部分浆液渗入到混凝土中，大幅提高了界面剂与混凝土间的粘结强度。7d后的粘结强度达到3.65MPa，可以很好的满足工程应用的需要。3.5.2粘结性能试验本次试验分别测定了界面剂涂覆后不同时间间隔涂刮表面防护材料的粘结强度，试验 硕士研究生学位论文第三章实验室研究及结果37结果见表3.13。表3.13HK-G-2型界面剂与潮湿混凝土试块粘结试验结果Table3.13HK-G-type2interfaceagentandwetconcreteblockbondingtestresults表面防护材料间隔时间（h）测试龄期（d）粘结强度（MPa）界面破坏情况71.6380%界面剂与聚脲涂层间破坏6～850%界面剂与聚脲涂层间破坏，142.11聚脲50%混凝土面破坏。70.68100%界面剂与聚脲涂层间破坏18～20141.23基本是界面剂与聚脲涂层间破坏20%混凝土面破坏，80%界面剂与71.48HK-988涂层间破坏6～840%混凝土面破坏，60%界面剂与142.02HK-988HK-988涂层间破坏70.69100%界面剂与聚脲涂层间破坏18～20基本是界面剂与聚脲涂层间破141.13坏，部分界面剂涂层撕裂20%混凝土面破坏，80%界面剂与71.82HK-966涂层间破坏6～850%混凝土面破坏，50%界面剂与HK-966142.20HK-966涂层间破坏70.79100%界面剂与聚脲涂层间破坏18～20141.25100%界面剂与聚脲涂层间破坏从试验结果看，7d龄期的粘结强度普遍较小，在实际工程中应该加以注意，避免提前投入运行造成修补质量问题。界面剂涂覆后随着涂刮表面防护材料的时间间隔延长，其粘结强度呈下降趋势。这种趋势可能有两方面的原因：其一，界面剂在刚刚表干出现黏稠状态时，表面可能存在一定的活性基团能够与表面防护材料发生反应，从而提高了粘结强度；随着时间延长，界面剂逐渐固化，其表面活性基团的活性减弱，导致其与表面防护材料的反应难以进行，随之粘结强度就会下降。其二，可能是界面剂暴露在空气中的时间越长，受潮气、灰尘等因素的影响就越大，导致其与表面防护材料的粘结性能就会下降。因此，在实际施工时，应根据现场实际的环境，依照界面剂的特性，合理调整涂刮表面防护材料的时间间隔，以确保达到最佳的应用效果。3.6小结本章通过拉伸试验、老化试验、抗冻试验等试验内容，介绍了5种混凝土表面防护材料的工程应用性能。（1）硅烷浸渍混凝土后在其内部形成的一道憎水保护层，可以有效的阻挡水的渗入；能够有效提高混凝土的抗冻性能，通过室内试验可以看出，至少提高50次冻融循环。特别适用于氯化物腐蚀、硫酸盐腐蚀、冻融环境中的混凝土结构保护。 38第三章实验室研究及结果硕士研究生学位论文（2）MMA防水涂料粘度小可以渗入到微小裂缝中，有效修补裂缝。但是与混凝土基面的粘结性能相对较小，抗冻性能也较差，容易跟混凝土基面脱落。（3）HK-988试样比HK-966试样致密，拉伸强度大，但是HK-988较硬，柔韧性差，而且水浴老化严重；（4）SK手刮聚脲拉伸强度大，柔韧性好，耐老化性能强，在采用界面剂的情况下与混凝土基面的粘结性能相对较高；冻融循环300次材料本身无损伤，还有效保护了混凝土基面。（5）HK-G-2型界面剂早期粘度小，亲水性强，涂抹于潮湿混凝土表面后浆液可以渗入到混凝土中，大幅提高了界面剂与混凝土间的粘结强度。7d后的粘结强度达到3.65MPa，可以很好的满足工程应用的需要。 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究39第四章工程实践研究4.1修补方案适用性分析本章将从多个方面对比各材料的性能特点，来优选确定不同材料在不同工况环境中的适用性，有效指导工程实际。4.1.1耐老化性本次试验分别对HK-966、HK-988和SK手刮聚脲的耐久性能做了试验研究，根据材料的特点和试验条件，3种材料的试验方法虽有所差别，但仍可以为工程方案设计和因地适宜地选取材料提供了参考。具体试验结果对照情况见表4.1。表4.1HK-966、HK-988和SK手刮聚脲耐久性能对照表Table4.1HK-HK-988and966,SKhandscrapingpolyureadurableperformancetable材料名称试验方法试验结果HK-966恒温水浴法一周后，HK-966弹性涂料试样表面无变化，但扯断伸长率大幅下降一周后，HK-988弹性涂料试样胶黏在一起，试样出现变形、粗糙、空HK-988恒温水浴法洞等现象，拉伸强度大幅下降臭氧老化法老化试验1080h后，表面仍光整无变化，拉伸强度未受大的影响SK手刮聚脲热空气法老化试验1080h后，表面仍光整无变化，拉伸强度开始出现下降的趋势根据试验结果，在对经常出现酷热天气地区的水工混凝土表面防护修补时，尤其直接暴露在烈日下的水工混凝土表面，要尽量避免使用HK-988弹性涂料，或者防护修补方案设计前做现场试验，来确定材料是否可以满足要求，以确保修补效果。4.1.2抗冻性能根据HK-966、HK-988弹性涂料、SK手刮聚脲、MMA防水涂料以及硅烷浸渍剂等材料抗冻性能试验，了解其适应性，以便在确定不同水工混凝土建筑物防护修补方案时，有针对性的选用材料，具有重要的参考价值。具体试验结果对照情况见表4.2。表4.25种试验材料的抗冻性能对照表Table4.2Antifreezeperformanceof5kindsoftestmaterialstable材料名称涂覆后状态300次冻融循环后情况HK-966表面形成一定厚度涂层HK-988表面形成一定厚度涂层冻融循环试验后涂层无损伤，与混凝土基面的粘结强SK手刮聚脲表面形成一定厚度涂层度大于2.0MPa（聚脲涂层全部包裹混凝土试件试验）冻融循环试验后虽然涂层无损伤，但与混凝土基面的MMA防水涂料表面形成一定厚度涂层粘结强度则很小，不到1.5MPa硅烷浸渍剂表面无变化混凝土的抗冻循环次数至少可以提高50次 40第四章工程实践研究硕士研究生学位论文通过对比可以看出，硅烷浸渍剂对于提高混凝土抗冻性能较明显，对于预防和保护混凝土面免受冻融破坏具有良好的作用。其余4种材料涂刷于混凝土表面，能够形成一定厚度的涂层，可以用于封堵裂缝表面，也可以涂刷于易冲刷、空蚀面形成致密的保护层，但是这4种材料与混凝土基面的结合在冻融过程中容易受到破坏。在冻融循环破坏过程中，HK-988和聚脲材料与混凝土基面的粘结强度相对较高。在今后防护修补方案设计中，可以进行组合式修补，在裂缝、冲磨、空蚀等病害缺陷集中的区域采用性能相对优异的材料，其余部位采用其他材料来提高修补效果。4.1.3内部封堵性能通过实际工程中应用亲水性、亲油性、氰凝类、环氧类、水玻璃等材料，总结分析出这些材料的共性与区别，由下表可知亲水性和亲油性的聚氨酯类灌浆材料比较适合用于大规模化学灌浆止水工程。氰凝材料刺激性气味较大、环氧类材料脆性较大不适应裂缝开度变化、水玻璃材料耐久性不足，因此这些材料在实际工程中应用越来越少。表4.37种材料的封堵施工性能对照表Table4.3Sealofsevenkindsofmaterialsofconstructionperformancetable材料名称施工性及环保型适用性及关键性能DH-510疏水性环保性一般，施工性良好，膨胀单液型PU发泡堵漏适用于快速止水，耐久性良好速度较快，止水效果良好剂DH-500亲水性环保性良好，施工性良好，膨胀单液型PU发泡堵漏适用于快速止水，耐久性良好速度较慢，止水效果良好剂HW水性聚氨酯环保性良好，施工性良好，膨胀适用于快速止水，补强，耐久性良好灌浆材料速度依据配比而变，止水效果良好LW水性聚氨酯环保性良好，施工性良好，膨胀适用于快速止水，耐久性良好灌浆材料速度依据配比而变，止水效果良好不环保，有刺激性气味，施工性适用于快速止水，不环保，一般工程氰凝良好，膨胀较快，止水效果良好不采用，耐久性良好环保性良好，施工性良好，膨胀环氧类灌浆料适用于快速止水，补强，耐久性良好量很小，材料脆性大，止水效果良好环保性一般，施工性良好，膨胀适用于快速止水，现在工程中一般不水玻璃量不大，止水效果良好采用，耐久性一般4.1.4抗冲磨性能通过实际应用发现手刮聚脲材料的抗冲磨性最好，HK-966和MMA防水涂料的抗冲磨性良好，但是在极高速水流冲刷的区域大规模使用这两种材料的案列还未见报道，辽宁地区水利工程中使用了HK-966材料作为水闸溢流面的表面防护涂层，但应用的部位水流流速为2m/s。HK-988材料属于厂家开发升级产品，目前的实验结果来看，因为材料产生了 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究41粘连，暂时不适合用于抗冲磨防护。表4.45种试验材料的抗冲磨性能对照表Table4.4Fivekindsoftestmaterialsonthegrindingperformanceofthetable材料名称涂覆后状态抗冲磨性能HK-966表面形成一定厚度涂层良好。适用于一般耐磨区域HK-988表面形成一定厚度涂层不好，材料在环境发生变化时，常常发粘。SK手刮聚脲表面形成一定厚度涂层良好。适用于高耐磨区域MMA防水涂料表面形成一定厚度涂层良好。适用于一般耐磨区域4.1.5表面密封性能通过实际应用发现这些材料的封闭性均较好，硅烷浸渍剂作用机理为渗透性结晶封闭，具有单向透气性；HK-988施工后也能形成致密涂层封闭效果，但是温度变化时，材料状态有变化，发粘，高温时，恢复流淌性能。但就密封性能而言，SK手刮聚脲、HK-966、MMA防水涂料均具有极佳的封闭作用，适用于表面防护。表4.55种试验材料的密封性能对照表Table4.5Fivekindsofsealingperformancetableoftestmaterials材料名称涂覆后状态封闭机理与效果HK-966表面形成一定厚度涂层致密涂层封闭，封闭及防水效果良好致密涂层封闭，效果一般，但是温度变化时，材料状态HK-988表面形成一定厚度涂层有变化，发粘，高温时，恢复流淌性能SK手刮聚脲表面形成一定厚度涂层致密涂层封闭，封闭及防水效果良好MMA防水涂料表面形成一定厚度涂层致密涂层封闭，封闭及防水效果良好硅烷浸渍剂表面无变化渗透性结晶封闭，具有单向透气性，防水效果良好4.1.6施工操作HK-966、HK-988都属于双组份材料，MMA防水涂料是三组分材料，使用前必须按照规定的比例混合均匀，并且在规定时间内使用完毕。所以，此类多组份材料要根据修补面的大小控制好用量，否则容易造成浪费。SK手刮聚脲为单组份，施工中无需现场配合，避免了施工中因配合比选用不当而造成质量缺陷，涂刮过程中无需专门的施工设备，可以分层涂刮施工，保证涂层的均匀性，有效提高工程的施工质量。硅烷浸渍剂为单组份膏体状材料，施工方便灵活，可以采用刷涂、滚涂等施工方法，特别适用于垂直立面和天花板面的施工，由于不流淌，减少了流失损失，而且不改变建筑物原有外观状态。4.1.7投资成本在实际工程中，由于工程投资有限，如果单一追求性能优良价格昂贵的材料或者采用 42第四章工程实践研究硕士研究生学位论文性能相对较差的产品，都有可能造成修补区域缩减或材料性能不能满足工程要求等工程质量问题。因此，如何合理分配投资成本，并达到工程修补要求，就需要对材料进行合理的选择，制定最有修补材料组合方式。这里列出目前5种表面防护修补材料的市场价格，见表4.6，可根据工程投资进行参考选择。表4.65种试验材料的市场价格表Table4.6Fivekindsoftestmaterialsmarketpricelist材料名称单价（元/kg）供货厂家硅烷浸渍剂160瓦克化学中国有限公司MMA防水涂料广州秀珀化工股份有限公司HK-96660杭州国电大坝安全工程有限公司HK-988杭州国电大坝安全工程有限公司SK手刮聚脲120中水科海利水利工程有限公司222硅烷浸渍剂用量一般为400g/m～600g/m，其他4种材料的用量，一般为2.5kg/m～23.0kg/m，根据现场工程情况可以增加用量来确保修补质量，也可以根据工程实际情况可以进行材料组合使用，以达到方案经济合理、投资小的目的。例如，在水工混凝土临水面或水位变动区的裂缝，采用窄条状表面修补材料防护和周边涂刷硅烷浸渍剂的组合修补形式，不仅可以预防因混凝土冻融剥蚀而导致裂缝表面防护材料与混凝土面的粘结性能失效，而且还可以节约成本。4.1.8环保性HK-966、HK-988、SK手刮聚脲、MMA防水涂料以及硅烷浸渍剂在施工过程中均有刺鼻性气味，但材料固化实干后刺鼻的气味都会消失，成膜后的材料是否具有毒性，还需要专业的检测部门鉴定。5种材料具体的环保状况见表4.7。表4.75种试验材料的环保性对照表Table4.7Fivekindsoftestmaterialsofenvironmentalprotectiontable材料名称物理特性气味及毒性A组份浅黄色透明粘稠液体刺鼻的气味，无毒HK-966B组份灰色膏状体略带气味，无毒A组份浅黄色透明粘稠液体刺鼻的气味，无毒HK-988B组份灰色膏状体略带气味，无毒SK手刮聚脲灰色粘稠液体轻微刺鼻的气味，无毒A/B组份浅黄色粘稠液体浓烈的刺鼻气味，有毒MMA防水涂料H组份白色粉末颗粒状无味，无毒硅烷浸渍剂白色膏体状略带气味，无毒SK手刮聚脲属于无溶剂的绿色涂料，可用于饮水工程。其他部分材料中混合一定比例的溶剂，这些挥发的溶剂物质对人体有害，在施工过程中工作人员要佩戴好防毒面具，做好预防措施。待固化成膜后是否还会长时间含有对人体有害的物质，还需要经过严格的检 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究43验才可以应用到饮水工程中。4.1.9小结本章从经济性、施工便捷性、抗冻性能、耐老化性能、环保性等8个方面对该次试验材料进行分类比较，对照材料在不同方面的优劣性，由此可以更加充分地了解材料的性能，能够为今后工程实际中选择合适的材料提供参考。根据最近几年辽宁省水利工程缺陷修补的工程实例和修补经验，结合修补材料的性能特点，以下对其修补施工工艺设计和工程实例进行总结介绍。4.2典型施工工艺设计4.2.1裂缝修补方案设计4.2.1.1裂缝化学灌浆根据裂缝成因分析及处理原则，对于伴有渗水的裂缝或者迎水面上的裂缝，不论其开度如何，必须先进行灌浆封堵处理；对于不渗水的裂缝，开口最大宽度＜0.2mm的裂缝可以不进行内部灌浆直接进行表面封堵，开口最大宽度≥0.2mm的裂缝需先进行内部灌浆，然后进行表面封堵、防护。对于必须进行灌浆封堵的裂缝，开度＜0.2mm的且不适宜灌浆的，应采取化学材料缓慢渗透的方法进行封闭。第一种为树脂灌注法，在树脂灌注法中环氧树脂是最常见的裂缝灌注材料，它具有较高的机械强度，并能抵抗混凝土所遇到的大多数化学侵蚀，树脂可以灌入到0.05mm的裂缝。除某些特殊的环氧树脂之外，当裂缝是活动的、有渗漏的、不能干透的或者裂缝数量极多时，通常不易采用树脂灌注法。第二种为聚合物浸入法，又分为重力渗入法和真空渗入法。重力渗入法是将低粘度的树脂涂刷到表面上，或者在水平表面上沿裂缝构筑临时围堤，使树脂溢于裂缝表面；真空渗入法更适合封闭多重无规则表面裂缝，先将裂缝表面密封，抽去真空，使裂缝中和孔隙中的空气全部排除，再在大气压力下用纯环氧树脂浆料注入裂缝表面中。使用高压灌浆设备将柔性化学浆液灌注到裂缝内部进行封堵止水，采用的化学浆液要具有一定的强度，且具有适应裂缝变形的能力。渗水（浸水）区域的裂缝灌浆材料以遇水膨胀型材料为主，固结后的弹性体能够较好地填充裂缝内部空间，必要时采用深孔灌浆、多次补浆、导流。（1）裂缝灌浆工艺流程化学灌浆施工的工艺流程的关键步骤为：施工准备→查缝定位→布孔→钻孔→钻孔清理→安装检查嘴→压水、压气检查→安装灌浆嘴→裂缝表面临时性封堵→浆液配制→灌注浆液→质量检查（压水检测、取芯检测）→去除表面临时性封堵材料和验收。其工艺流程见图4-1。 44第四章工程实践研究硕士研究生学位论文（2）主要技术参数孔径：14mm；钻孔深度：30cm～50cm；钻孔角度：最小30°，最大45°；钻孔间距：20cm～60cm，现场根据注水效果在20cm～60cm范围内选取合适间距；灌浆压力：最低0.3MPa，最高0.5MPa（裂缝内部压力）；稳压时间：不少于10min，个别部位需要不少于30min。图4.6裂缝内部化学灌浆处理工艺示意图Fig.4.6Cracksintheinternalchemicalgroutingprocessdiagram（3）化学灌浆施工各工序技术要点化学灌浆的主要工艺及处理技术要点如下：1）查缝、布孔和钻孔根据裂缝发生部位和情况，确定裂缝类别，再检查裂缝的深度，根据裂缝检测情况及现场试验确定布孔、钻孔原则为：采用钻孔机，在裂缝两侧、垂直裂缝表面走向、与开裂面间夹角小于45°、错位钻孔，钻孔深度为结构厚度的1/3～2/3，钻孔必须穿过裂缝，钻孔与裂缝间距小于结构厚度的1/2。钻孔间距20cm～60cm。2）清理混凝土表面和清孔采用高压水流（0.3MPa）清洗混凝土表面与注浆孔，清除表面松动颗粒、粉尘，保持表面干净、新鲜、润湿。现场采用压气法初步检查钻孔是否与缝联通。3）埋设注浆嘴（塞）在钻好的孔内安装注浆嘴，埋入钻孔内深度4cm左右，并用专用内六角扳手拧紧环压螺栓，压缩橡胶套管，使注浆嘴固定在注浆孔内，并与孔壁密贴、无空隙、不漏水。4）注水及表面临时刚性封堵从最低处观察孔开始依次向上，用高压清洗机以0.3MPa的压力向检查嘴内注入洁净水，观察其它注浆孔出水情况。若相邻上部的注浆孔有水涌出，说明该注浆孔与裂缝连通良好。移至涌水注浆孔的邻近上部注浆孔注水，直至全部注浆孔均与裂缝连通良好为止，注水检查完成后，用注浆嘴替换检查嘴。裂缝宽度大于0.5mm以上的裂缝在注水检查完成后进行表面临时刚性封堵。 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究455）浆液配制，灌浆灌浆压力的选择，一般以建筑物的结构、裂缝开度和裂缝面积，以及浆液的可灌性等几个方面综合考虑。当裂缝面积大，开度大可灌性好时，选用灌压可以小些，反之可以大些。依据裂缝情况结合现场试验最大持续灌浆压力选用灌浆压力。浆液配制，根据温度、产品性能、浆液灌入量进行配浆，浆液要随配随用，配制浆液时，保持浆液温度在规定温度以下，以提高浆材可灌性。水平裂缝由裂缝一端的钻孔向另一端的钻孔逐孔一次进行灌浆，垂直裂缝由下至上一次灌浆，灌浆压力由低向高逐渐上升，先灌深孔，从下层进浆开始灌浆，待上层回浆管排出孔内水、气后，封闭回浆管。根据吸浆量情况逐步升至设计压力，当吸浆率小于1ml/min时，保持压力延续灌注3min～5min即可结束灌浆，4h～5h后检查灌浆效果，对管口不饱满的胶管进行第二次灌浆直至饱满。6）拆嘴灌浆完毕，待浆液终凝，一般灌浆完成24小时后，确认不漏即可去掉或敲掉外露的灌浆嘴。清理干净已固化的溢漏出的灌浆液。7）封口用速凝封堵材料进行注浆孔的修补、封口处理。8）表面处理将表面刚性封堵材料打磨掉，同时清理所漏出缝隙表面的已固化的浆液。9）验收灌浆结束后48h，按照每条缝抽检3处注浆孔的方式进行压水检查，对于检查不合格的区段进行补灌，直至再次检查合格，必要时进行钻芯检查。4.2.1.2表面防护处理对于裂缝灌浆处理后，还需要进行裂缝表面的防护处理，以便更好地提高修补质量。恢复混凝土的使用性能，延长运行寿命。但是，大多数情况下，混凝土裂缝及伸缩缝缝宽会随着环境温度、荷载、干湿、不均匀升降、化学侵蚀等因素的作用而发生变化，因此其表面处理工艺和防护材料的选择尤为重要，应满足一定的要求，以达到预期的目标。○1防渗性能好，可以满足高水头作用不渗透；○2耐水性好，可以长期在潮湿或水下浸泡环境中国性能保持不变；○3强度高，具有一定的抗冲磨性能及抵抗水压力作用；○4耐侯性好，抗老化，适应干湿交替变换的情况；○5柔性好，能适应混凝土裂缝及伸缩缝的变形；○6耐低温，抗冻性好（在北方地区应用）；○7施工方便。（1）表面防护处理工艺流程表面防护处理施工工艺流程的关键步骤为：裂缝表面进行划线→打磨清理→涂层压边 46第四章工程实践研究硕士研究生学位论文槽切凿→表面坑洞缺陷修补→裂缝表面粘贴隔离布→喷涂/刷涂弹性涂料界面剂→刷涂/刮涂弹性涂料→表干后持续刷涂增厚涂层（合计3～5道至3mm左右干膜厚，中间铺设胎基布）→涂层压边→拉拔粘结验收→施工完毕。图4.7裂缝表面防护处理工艺示意图Fig.4.7Fracturesurfaceprotectivetreatmentprocessdiagram（2）主要技术参数1）弹性防护材料固化后的涂膜平均厚度不小于2mm，一般性裂缝开口部位表面涂膜厚度在3～4mm；2）涂刮宽度不小于20cm，涂层边缘与裂缝缝口距离不小于10cm；3）涂膜区域要进行打磨，打磨平均深度为2mm～2.5mm，打磨后表面保持平整；4）压边槽打磨成三角形，边缘深度2cm；5）涂膜区域打磨成梯形时，下底内角要小于60°。（3）表面防护处理各工序技术要点1）钢筋头割除，混凝土凿毛对于影响裂缝修补施工的无用钢筋等埋件进行割除，对于老化、风化严重的混凝土表面进行凿毛，凿毛深度依据现场混凝土检测结果确定，一般为20mm～30mm，凿毛以露出新鲜混凝土面为宜。凿毛后使用高压风枪清理表面，采用聚合物砂浆进行回填、养护。2）混凝土表面打磨、开收边槽涂刮防护材料的混凝土区域同时存在混凝土蜂窝、脱空、剥蚀的，先进行混凝土蜂窝、脱空、剥蚀等缺陷预处理，然后进行打磨，打磨范围扩大至预处理边缘以外100mm；对于裂缝两侧混凝土的打磨，应保证打磨区域边缘与裂缝距离大于150mm。打磨深度视现场混凝土质量确定，要将混凝土表面水泥浆及剥蚀的表层打磨掉，打磨后表面保持平整。对于历经冻融变化、水位变化区域的裂缝要扩大防护范围，裂缝两侧防护宽度距裂缝500～1000mm。3）混凝土清洗使用高压水枪将松动的混凝土颗粒清除，直到露出的新鲜混凝土面结实、无松动。4）刷涂界面剂界面剂要求涂刷均匀，无漏涂、尽量薄涂、涂刷界面要保持干燥无明水。 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究475）刮涂防护材料中布置胎基布在界面剂表干但未全面固化之前（以界面剂涂层与手部有少许粘连，但不完全沾手为宜）涂刮第一遍防护材料，略微固化黏稠后，将胎基布（15cm宽）用抹子轻轻按压在第一遍防护材料上面，保持胎基布上表面与涂料上表面齐平。6）重复刮涂防护材料接着涂刮第二、三、四遍等，要求在裂缝上表面中间部位涂刮固化后的涂层厚度保持在3mm～4mm。7）收边处理涂层区域打磨成梯形状，不需要压边时，收边部位涂刮固化后的防护材料必须填匀、填实，涂层与边缝外侧混凝土保持光滑过渡。相反，需要压边时，边槽涂膜厚度要达2mm以上，然后采用粘结强度高的聚合物水泥砂浆填满三角形边槽，然后将三角形边槽砂浆覆盖再刮涂一层防护材料。4.2.2渗漏修补方案设计4.2.2.1导流、围堰对于有明显渗水和明流出口的区域，应进行适当导流，临时性导流可以采用口径为1cm/2cm/3cm/5cm的软塑料管+渗流处封堵来引流，以保持工作面干燥可进行修补作业。永久性导流也可以使用口径为1cm/2cm/3cm/5cm的软塑料管+渗流处封堵+其他材料回填+表面封闭来进行引流，塑料管的口径和外露长度依据现场条件确定。在积水区域应设置小型围堰，使用潜水泵将积水排出，以保证工作区域干燥无明水。保证在施工中无水分浸湿待处理表面。4.2.2.2化学灌浆此节化学灌浆工艺方法、技术参数和上节裂缝化学灌浆基本一样，但化学浆液须采用遇水膨胀型的聚氨酯柔性材料，固结后的弹性体能够较好地填充缝内部空间。结构缝的嵌缝材料一般为防渗材料，为避免其影响灌浆效果，灌浆孔的布置需采用结构缝两侧均匀布置的原则。图4.8结构缝灌浆布孔示意图Fig.4.8Structuraljointgroutingholes裂缝与结构缝有交汇，对于交汇处的裂缝端部止水边界应该采用两种方法相结合进行 48第四章工程实践研究硕士研究生学位论文细部处理。第一，对靠近结构缝的裂缝部位进行深层灌浆，处理工艺见图5-4；第二，对交汇部位进行钻孔闭合止水处理，钻孔以到达分缝嵌填材料为止，处理工艺见图5-5。所有裂缝、结构缝、越冬缝、浇筑缝等涉及到延续工期和分阶段处理的端部必须进行端部止水细部处理，该细部处理的工艺与裂缝与结构缝交汇处止水细部处理相同。图4.9结靠近结构缝部位的裂缝深层灌浆处理工艺示意图Fig.4.9Closetotheseamstructurepartsofthedeepfracturegroutingprocessdiagram图4.10裂缝与结构缝交汇处止水处理工艺示意图Fig.4.10Cracksandstructuraljointcheckwatertreatmentprocessdiagram4.2.2.3渗漏修补处理（1）针对新老混凝土结合面渗漏破损处理，具体修补工艺设计如下：1）基面处理：在混凝土面进行凿毛处理，经过试验检测原有混凝土表面损坏情况确定凿毛深度，要求外露新鲜混凝土。2）高压水将凿毛的混凝土表面清洗干净。3）浇筑混凝土或砂浆：在新鲜混凝土面上涂刷界面剂30分钟后浇筑高强度聚合物混凝土或砂浆（例如丙乳聚合物混凝土和砂浆），振捣密实，立面部位采用模板支护。4）表面防护处理：修补混凝土或砂浆养护28天后，对新修补区域并扩展到原基面20cm以上的范围进行打磨清洗处理后，涂抹界面剂+表面防护材料，进行表面防护处理。（2）针对伸缩缝或裂缝渗水处理，具体处理修补工艺设计如下：对于伸缩缝的处理，应该去除伸缩缝中失效的填充材料，用柔性填料重新填好，顶口 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究49与原基面齐平，伸缩缝止水失效的部位应进行必要的灌浆和导流，其表面使用表面防护材料进行封闭，对于伸缩缝与裂缝以及伸缩缝与其他缺陷交汇的部位，应进行交汇处细部处理，同时应在伸缩缝和裂缝的表面处理之前进行其他缺陷的预处理。等到处理过的部位具备相应施工条件再进行表面封闭、处理。采用化学灌浆+GB材料+橡胶棒+聚合物砂浆+表面防护材料的方案进行处理。GB材料+橡胶棒+局部位置填补砂浆的组合修补层作为表面防护材料与原有嵌缝材料的中间层，既对下部形成保护，同时对上部表面防护材料提供骨料支撑。具体工艺流程见下图5-6。图4.11伸缩缝渗漏处理工艺示意图Fig.4.11Expansionjointleakageprocessdiagram结构缝表面防护处理技术要点与裂缝的表面防护处理技术要点基本一致。界面剂和表面防护材料的选择和施工工艺，根据材料特性和施工方法，结合裂缝表面处理的工艺方法进行合理选择。（3）主要技术参数使用表面防护材料进行结构缝表面修补，结构缝内部采用GB材料进行封堵的方法，固化后的防护材料涂膜平均厚度不小于4mm，结构缝顶部裂缝开口部位表面涂膜厚度在4～6mm，涂刮宽度不小于45cm，涂层边缘与裂缝缝口距离不小于20cm。结构缝表面防护材料处理需要结合裂缝与结构缝交汇处止水细部处理的工艺控制要点进行施工，结构缝的防护材料涂层与裂缝的涂层应该进行有效搭接处理，光滑过渡，有利于减少冲蚀和空蚀破坏。4.2.3剥蚀破坏修补方案设计4.2.3.1小面积混凝土剥蚀区域的处理剥蚀缺陷的处理主要采用聚合物砂浆进行修补，回填加固，然后进行表面防护处理。对裂缝附近出现冻融剥蚀、蜂窝、麻面、空蚀、钢筋锈蚀及鼓胀、冻胀破坏、局部缺失等缺陷的混凝土，对剥蚀区域处理的同时需要考虑裂缝的处理。 50第四章工程实践研究硕士研究生学位论文图4.12伸缩缝渗漏处理工艺示意图Fig.4.12Expansionjointleakageprocessdiagram具体处理工艺如下：（1）基面处理在混凝土面进行凿毛处理，凿毛深度依据混凝土破损情况确定，要求外露新鲜混凝土；对于砂浆破损，清除破损砂浆，要求外露新鲜混凝土。（2）清洗使用高压水将凿毛的混凝土表面清洗干净。（3）回填聚合物砂浆在处理过的部位均匀涂刷界面剂30分钟后抹布聚合物砂浆，要求回填均匀，洒水养护。（4）修补后表面处理在聚合物砂浆修补后表面依据裂缝表面防护处理工艺进行表面修补处理。4.2.3.2较大面积混凝土剥蚀区域的处理对于严重剥蚀的区域，先将已剥蚀混凝土凿除，使用聚合物砂浆进行填补，修补区域有裂缝时，在裂缝上部须加设分缝泡沫板。在聚合物砂浆养护完毕后按照表面防护材料的处理工艺进行刮涂处理。如果同时在剥蚀区进行止缝处理，则先进行灌浆止缝处理，然后进行表面处理。图4.13大面积混凝土剥蚀区域的处理工艺示意图Fig.4.13Denudationareaoflargeareaconcreteprocessdiagram 硕士研究生学位论文第四章工程实践研究51依据现场条件及相关标准，经过推算，需要植筋补强处理的，须选取合适的钢筋进行锚固。使用聚合物混凝土、高强砂浆（聚合物/钢塑/聚合物纤维砂浆等）、钢塑纤维混凝土等材料进行剥蚀等局部缺陷填补及修复。其处理方案如下：（1）基面处理找出需要进行处理的混凝土破损区域，使用彩色记号笔标定所有缺陷位置，在缺陷部位周边区域勾勒出缺陷处理大致范围，依据现场混凝土破损情况确定回填平面处理范围。在破损处，凿除松动混凝土层，要求底部混凝土露出新鲜表面，直到新露出的混凝土结实无松动。使用开槽机在混凝土处理范围边缘沿划定的轮廓线开收边槽，收边槽形式为燕尾槽，开槽深度大于该处破损厚度，收边槽槽底抵达凿毛后的混凝土表面。（2）布置锚固钢筋、加固细钢筋网对于需要进行植筋的部位，应采用合适的方案进行植筋处理同时布设加固钢筋网，具体工艺参数（锚固筋品种、规格、锚固深度等）根据破损情况通过查验标准，详细计算拟定；对于混凝土破损较大较深（混凝土剥蚀或凹坑深度大于3cm，破损面积大于0.3m2）的部位，应布置直径大于8mm，深度大于20cm的锚固筋，锚筋间距10cm，锚筋上部为U型弯起，规格为3cm×3cm的防锈钢丝网布设固定在锚筋上面，使用锚固剂将锚筋固定，防锈钢丝网的布设深度为填充表面以下5cm，钢丝网外缘距离收边槽＜3cm，见图5-9。（3）清洗使用高压水或高压空气将凿毛后的混凝土表面清理干净，晾干。（4）防腐处理对原有钢筋外露部位进行除锈、阻锈处理。（5）涂刷界面剂在新、老界面事先涂抹界面剂，以便提高界面的粘接强度。界面剂要求涂刷均匀，无漏涂、尽量薄涂、涂刷界面要保持潮湿但无明水。（6）回填回填材料包括：细石混凝土、聚合物混凝土、高强砂浆（聚合物/钢塑/聚合物纤维砂浆等）、钢塑纤维混凝土等。在涂刷界面剂30分钟后回填适宜的混凝土或聚合物砂浆，要求回填均匀（可适量添加直径20cm以下的细石子作为骨料）、压实，修补后砂浆表面平整，保持与原有砂浆表面齐平，潮湿养护20天以上。（7）修补后表面处理在修补后混凝土或砂浆表面依据表面防护修补处理工艺进行表面处理。 52第四章工程实践研究硕士研究生学位论文图4.14大面积混凝土剥蚀区域的处理工艺示意图Fig.4.14Denudationareaoflargeareaconcreteprocessdiagram封闭砂浆为特种砂浆，根据工程的需求首先进行试验室配比试验，然后应用于工程实际，在工程进行期间，配合比以及其他辅助填料应根据现场需求进行微调；特种砂浆具有抗冲磨性、持久高强度、较好的早期强度、具有补偿收缩功能、具有抵抗微裂纹、较好的抗折性、使用后整体性好、施工中具有较好的保水性、防水性、易粘接等特点，特种砂浆为辽宁省水科院建材所自行研发、配制。4.3小结本章介绍了辽宁省水利水电工程中水工混凝土建筑物的裂缝、渗漏、剥蚀等病害缺陷的修补方案，从病害缺陷处理准备、修补方案设计、施工要点等方面详细介绍修补工艺及方法。 硕士研究生学位论文第五章工程案例53第五章工程案例5.1工程实例5.1.1辽宁省本溪市观音阁水库修补处理5.1.1.1水库大坝存在的问题观音阁水库是辽宁省“七五”期间重点水利工程，是采用碾压混凝土（RCD）筑坝技术和部分使用日元贷款的中日技术经济合作项目。水库位于太子河干流上，距本溪市40km，控制流域2795km2，水库总库容21.68亿m3，与下游70km的参窝水库形成太子河干流梯级开发。经过多年的运行，坝体出现不同类型不同程度的裂缝缺陷。（1）大坝溢流坝段23#、24#、25#、26#坝段越冬面水平施工缝开裂大坝在施工过程中发现大坝越冬面顶层附近的水平施工缝开裂。开裂部位主要集中在EL209.25m、218.25m、233.25m、250.50m四个越冬面。裂缝长度几乎达到整个坝段，深度为3～6m，宽度为0.5～1.2mm，最宽达2.0mm。对于EL209.25m和218.25m的水平施工缝，已于1994年全部处理完毕。EL233.25m高程水平缝也已于2001年进行了化灌处理。这次现场勘察发现EL250.50m高程水平缝裂缝也是比较集中，比较严重，未经过修补处理。还有经过检测发现，大坝溢流坝段23#、24#、25#、26#坝段高程246.00m以上缺陷裂缝11处，约64.00m。（2）溢流坝段廊道、结构缝、下游堰面渗水、结冰溢流坝段廊道裂缝及伸缩缝渗水及下游溢流面混凝土水平裂缝渗水冬季结冰。大坝溢流坝段23#、24#、25#、26#坝段的廊道多处出现水平向裂缝，裂缝和伸缩缝大多出现渗水。9#表孔（23#、24#坝段各一半）、11#表孔（25#、26#坝段各一半）堰面混凝土在249.25m高程分别出现了通长整个溢流孔的水平裂缝，且伴有较多渗水，冬季工况下，渗水结冰严重。5.1.1.2修补处理情况（1）对于EL250.50m越冬面的裂缝表面首先进行清除保温层、清除杂物、淤泥、清除已经剥蚀严重的混凝土层；清除裂缝开口处的白色析出物，清理裂缝开口上部及下部各0.5m（即宽度1m）范围内的钢筋锈蚀区域；填补较大的孔洞和缺陷；深度打磨、清除老化的混凝土，使露出的混凝土保持较为平整、光滑。其次进行压气、压水查缝试验，试验水平缝与其他裂缝的连通性，试验灌水量的多寡，然后采用有机灌浆料与无机灌浆料（抗收缩性能的无机混合材料）相结合的灌浆方法进行灌浆处理；最后，灌浆后裂缝表面开口上部及下部各0.5m（即宽度1m）范围内已经经过表面处理的区域进行表面柔性封堵，在较干燥的表面涂刷手刮聚脲材料进行封堵，在长期保持潮湿的区域进行潮湿面的水分阻断，等到表面长期保持干燥时进行涂刷手刮聚脲材料来封堵，表面封闭平均厚度大于2mm。 54第五章工程案例硕士研究生学位论文（2）大坝溢流坝段上游面的裂缝，无论开口宽度如何，都进行内外封堵，开度适宜灌浆的进行灌浆处理，开度小于0.2mm的且不适宜灌浆的，应采取化学材料缓慢渗透的方法进行封闭，然后涂刷手刮聚脲进行表面防护。（3）对于下游面的裂缝，开度在0.2mm以上的裂缝进行灌浆处理，开度在0.2mm以下的裂缝采用渗透法进行封闭，然后涂刷手刮聚脲进行表面防护。（4）对于廊道内的裂缝，裂缝表面多为白色析出物，先将白色析出物彻底打磨去掉，进行密集布孔灌浆，将所有渗水区域进行裂缝内部封堵，灌浆材料以遇水膨胀型材料为主，必要时采用深孔灌浆、多次补浆、导流。（5）对于结构缝的处理，先去除结构缝中失效的填充材料，用柔性填料重新填好，伸缩缝顶口与原基面齐平，结构缝止水失效的部位进行必要的灌浆和导流，其结构缝表面缝口两侧各向外0.25m（即总宽度0.5m）的范围内使用手刮聚脲材料进行表面封闭防护，防护涂层平均厚度大于2mm。对于结构缝与裂缝以及结构缝与其他缺陷交汇的部位，进行交汇处细部处理，同时在结构缝和裂缝的表面处理之前进行其他缺陷的预处理。等到处理过的部位具备相应施工条件再进行表面防护处理。（6）对于出现裂缝的混凝土同时伴有冻融剥蚀等其他局部缺陷发生的情况。如冻融、剥蚀、蜂窝、麻面、脱空、孔洞、钢筋锈蚀及鼓胀、冻胀破坏、局部缺失、局部振捣不实等。对出现此类缺陷的部位进行缺陷预处理，采用必要的除锈、阻锈，植筋和钢筋网加固，采用聚合物混凝土、高强砂浆、钢塑纤维混凝土等材料进行缺陷填补、养护。等待这些部位修复、养护好之后再进行其他缺陷的修补处理。（7）所有裂缝、结构缝、越冬缝、浇筑缝等涉及到越冬冰层和冬季运行水位变化区的部分在手刮聚脲涂层的最边缘向外进行防冰害处理，具体措施为：涂层最外端向外0.5m使用硅烷水性浸渍剂涂刮，以便膏体物质渗透混凝土1mm以上，在此基础上由涂层最外端向外0.25m范围内薄涂手刮聚脲界面剂一遍，养护成膜。观音阁水库大坝诸多病害缺陷，经2013年修补处理后，至今运行正常。5.1.2辽宁省东港市罗圈背水库大坝修补处理5.1.2.1水库大坝存在的问题罗圈背水库自1972年建成以来，经过30余年运行，水库枢纽受到不同程度的损伤，多年以来一直带病运行。2006年8月29日罗圈背水库除险加固工程中坝体混凝土浇筑完成，2007年10月15日，坝体首次发现有明显裂缝。随后，裂缝继续扩展，裂缝数量逐年增多。截止到2011年5月21日，迎水侧防渗面板混凝土共有明显可见性竖向裂缝39条（包括溢洪道上游防渗面板分布的4条竖缝），裂缝总长估算为756m；背水坡混凝土裂缝数达到33条（包括溢流堰面13条裂缝，以实际长度累计，共113m），坝顶共发现57条裂缝。 硕士研究生学位论文第五章工程案例555.1.2.2修补处理情况（1）大坝溢流堰面和迎水侧防渗面板的裂缝，无论开口宽度如何，都要进行内外封堵，开度适宜灌浆的进行化学灌浆，开度小于0.2mm的且不适宜灌浆的，采取化学材料缓慢渗透的方法进行封闭，然后涂刷手刮聚脲进行表面防护处理。（2）对于温度缝及施工缝的处理，其温度缝及施工缝表面缝口两侧各向外0.25m（即总宽度0.5m）的范围内使用手刮聚脲材料进行封闭防护，涂层平均厚度大于2mm。对于缺陷交汇的部位，进行交汇处细部处理，同时在温度缝及施工缝和裂缝的表面处理之前进行其他缺陷的预处理。等到处理过的部位具备相应施工条件再进行表面防护处理。5.1.3辽宁省抚顺市大伙房水库输水洞修补处理5.1.3.1水库大坝存在的问题大伙房水库输水洞工程位于主坝和一副坝之间，是水库重要的泄水建筑物，于1958年建成，输水洞主洞直径6.5米，主洞长243.49米，最大泄量400m3/s，为圆形有压隧洞。2010年11月，水库管理部门组织工程技术人员对输水洞伸缩缝渗水情况进行了全面调查。调查发现在洞内桩号0+219、0+228、0+243、0+258、0+264等5个断面的伸缩缝处渗漏比较严重，长期在恶劣环境下运行，导致洞内伸缩缝处止水老化，止水效果降低，以致出现了伸缩缝处渗水、漏水等问题，直接影响到衬砌混凝土质量和内部钢筋的防护；闸室段右侧洞壁出现多处裂缝，并伴有渗水现象，这些裂缝的渗漏影响了工程的正常运行。5.1.3.2修补处理情况（1）裂缝及结构缝的内部进行化学灌浆，封口处布设柔性止水材料，缝口最外端设置燕尾槽型特种砂浆，打磨砂浆表面，使修补后外表面平整。具体工艺为导流→布孔→在裂缝、结构缝的开口部位开设开口宽度为5cm～6cm、深度为3cm～5cm的燕尾型沟槽→清理伸缩缝→深度修槽→嵌填柔性材料→布置橡胶棒→嵌填外层柔性材料→砂浆封闭→处理外表面→拆除导流管→二次化学灌浆止水→养护。（2）对于伸缩缝的处理，首先去除结构缝中失效的填充材料，用柔性填料重新填好。伸缩缝顶口与原基面齐平，伸缩缝止水失效的部位进行必要的灌浆和导流。对于伸缩缝与裂缝以及伸缩缝与其他缺陷交汇的部位，进行交汇处细部处理，同时应在结构缝和裂缝的表面处理之前进行其他缺陷的预处理。等到处理过的部位具备相应施工条件再进行表面防护处理。（3）裂缝经过内部化学灌浆后，表面刮涂手刮聚脲材料进行表面防护处理。5.2小结本章结合辽宁省3个地区水库大坝、输水隧洞等水工混凝土建筑物修补案例，总结出一些修补工艺方法。这些宝贵的修补经验可以为今后辽宁地区水工混凝土建筑物的修补提供借鉴和参考。 56第五章工程案例硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文第六章结论57第六章结论通过对5中混凝土表面修补防护材料的试验研究、理论分析和工程实际应用研究，本文主要得出以下几个方面的研究结论：（1）硅烷浸渍混凝土后在其内部形成一道憎水保护层，可以阻挡水的渗入，能够有效提高混凝土的抗冻性能。通过室内试验可以看出，至少提高50次冻融循环。对于预防水工混凝土冻融破坏、防止混凝土内部钢筋腐蚀效果较好，但是其成本较高，而且出现病害后单独进行修补效果不明显，需要跟其他材料进行组合修补才能更好发挥它的优势。（2）MMA防水涂料粘度小可以渗入到微小裂缝中，有效修补裂缝。但是与混凝土基面的粘结性能相对较小，而且材料有股刺鼻的味道，在固化过程中挥发的溶剂具有毒性。（3）HK-988和HK-966两种材料各有其优缺点，在修补方案设计时，要根据现场自然环境和施工运行特点进行合理选择。（4）SK手刮聚脲拉伸强度大，柔韧性好，耐老化性能强，在采用界面剂的情况下与混凝土基面的粘结性能相对较高；冻融循环300次材料本身无损伤，还有效保护了混凝土基面。（5）HK-G-2型界面剂早期粘度小，亲水性强，涂抹于潮湿混凝土表面后浆液可以渗入到混凝土中，大幅提高了界面剂与混凝土间的粘结强度。7d后与混凝土基面的粘结强度可达到3.65MPa，可以很好的满足工程应用的需要。通过在实际工程中应用这些材料和技术，取得了较好的经济效益和社会效益。（1）典型工程示范应用通过总结辽宁省典型水工混凝土建筑物的裂缝、渗漏、剥蚀等缺陷的防护修补处理工艺设计方案，从病害缺陷查勘、防护修补处理方案设计、施工要点等方面详细介绍了不同缺陷的防护修补工艺，并结合辽宁省4个地区水库大坝、溢洪道、输水洞等水工混凝土建筑物防护修补案例，凝炼出了适宜的防护修补工艺的要点、方法，为今后寒区水工混凝土防护修补处理提供了可靠的借鉴和参考意义。（2）效益分析围绕本课题先后开展了8座水库、2座水闸和2座倒虹吸3种类型、12座工程的混凝土缺陷防护修补工作，从效果跟踪监测情况看，所有工程处理后运行情况良好，不仅延缓了混凝土结构的耐久性衰减进程，而且各防护修补工程还带来了可观的经济效益，更具有极为重大的社会效益。1）直接经济效益仅以观音阁水库增加供水和发电效益为例，通过对4个溢流坝段迎水侧越冬缝的内外处理和背水侧溢流堰面裂缝和伸缩缝的处理，不仅解决了9#、11#表孔的水平缝渗漏、冬季结冰问题；同时可以增加蓄水量，使供水和发电效益大幅度提高，观音阁水库2014年、2015年分别多蓄水0.9亿m3，1.3亿m3，供水和发电两项直接经济效益分别为1200万元、 58第六章结论硕士研究生学位论文1600万元。两年累计效益2800万元，平均年效益1400万元。其中渗漏处理产生的经济效益按20%折算为280万元。2）间接经济效益通过8座水库渗漏处理，增加了水库蓄水量，使农业灌溉供水和工业供水保证率进一步提高，进而改善灌溉面积660万亩，估算年增收0.76亿元。3）社会效益完成渗漏等缺陷处理后，观音阁等8座水库基本消除了安全隐患，恢复了正常运行，为我省重要城市的防洪安全及铁路、公路、通讯、工矿企业、输油关心等重要基础设施的防洪安全提供保障，产生了巨大的社会效益，进一步促进我省国民经济的持续发展。 硕士研究生学位论文参考文献59参考文献[1]牛荻涛.2003.混凝土结构耐久性与寿命预测[M].北京:科学出版社.2.[2]宋平平.2009.混凝土结构修复材料研究及其应用[D].扬州:扬州大学.1-2.[3]杨丽娟.2012.混凝土裂缝自渗透修复材料研究[D].扬州:扬州大学.1-2.[4]宋旭青,迟俊兰.2010.水下混凝土结构损伤修补技术[J].大坝与安全,6:46-48.[5]张小亮.2010.混凝土裂缝成因分析及控制[J].山西建筑,36(4):160-161.[6]赵国藩.2008.高等钢筋混凝土结构学[M].北京:机械工业出版社.[7]张焕敏,涂兴怀.2005.水工混凝土裂缝的成因及控制[J].混凝土,10:73-76.[8]陈重喜.2004.水下缺陷处理的系列技术服务[J].大坝与安全,5:5-7.[9]张滨,等.2002.寒冷地区水工混凝土建筑物侵蚀破坏的类型[J].黑龙江水专学报,29(3):101-105.[10]孙永波.2004.无机高效防水材料的研究[D].武汉:武汉大学.3-4.[11]沈春林,等.2003.建筑防水密封材料[M].北京:化学工业出版社.[12]YoshihikoOhama.1998.Polymer-basedadmixtures[J].CemConcrComp,8:189-191.[13]Isenberg,J.E.Nanderhoff,J.W.1994.HypotgesisforreinforeementofpotlandCementbyPolymerlatexes.J.Alller.Ceram,Soe,57(6):242-245.[14]FiOBlallkNal,1996.Developmentofpolymereoneretewithpolybutadienematrix.CementandConereteComposites,18:437-444.[15]Ke-Ruwu,etal.2002.Propertiesofpolymer-modifiedcementmortarusingPre-envelopingmethod.CementandConereteReseareh,32:425-429.[16]孟祥谦.2010.高性能水泥基修补材料及其界面性能的研究(D).济南:济南大学.3-6.[17]董敏,等.2009.高分子防水材料[J].橡塑资源利用,2:24-30.[18]南博华.2006.环保型聚氨酯防水涂料的研制[D].西安:西北工业大学.2-4.[19]牛光全.2007.论建筑防水材料的新进展[J].新型建筑材料,8:21-25.[20]CabreraJ.G.,HassanKEG.1994.Assessmentoftheeffeetivenessofsurfacetreatmentagainsttheingressofchlorideintomortarsandconeretes.In:SwamyRNed.,ProcofinterconfoncorrosionandcorrosionprotectionofSteelinconcrete.UK:UnivofShiefield,1028-1043.[21]TanikawaS,SwamyRN.1994.Protectionofstellinchloridecontaminatedconcreteusingaacrylicrubbersurfacecoating.In:SwamyRNed.,ProcofInnterconfoncorrosionandcorrosionProtectionofSteelinConerete.UK:UnivofShiefield,1055-1068.[22]中国建筑材料科学研究院.WWX-Ⅱ型混凝土裂缝修补材料研究[R].[26]同济大学.混凝土裂缝灌浆修补材料研究[R].[27]方萍.2001.丙苯乳液改性聚合物水泥力学性能和内部结构研究[J].混凝土,3:46-48.[28]申爱琴,朱建辉.2006.聚合物改性超细水泥修补混凝土结构物微裂缝的性能及机理[J].中国公路学报,19(14):46-51.[29]钟世云,等.2004.聚合物改性特种水泥灌浆料的性能[J].建筑材料学报,7(l):102-108.[30]张明飞.2006.聚合物改性硫铝酸盐水泥修补砂浆的研究[D].武汉:武汉理工大学.2-5. 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硕士研究生学位论文作者简介63作者简介张永先，男，1977年11月生于辽宁省大连市。1998.9~2003.7沈阳建筑大学，材料科学与工程学院，工学学士学位。2013.7~2015.12沈阳建筑大学，材料科学与工程学院，攻读材料工程专业工学硕士学位，师从张巨松老师。作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文及获奖情况（1）张永先，张巨松，《灌区节水改造涵洞工程渗漏处理研究与应用》，科学中国人2015年7月（上）第13期；2015.07；（2）张永先，《严寒地区预制混凝土U型槽及应用技术规程》，辽宁水利科学技术奖二等奖证书号：LSK奖2015-Ⅱ-4-5，2015.05.05。作者在攻读硕士学位期间获国家发明专利（1）宗兆博、张永先、刘波、汪玉君、那利、汪魁峰、刘玉珍、夏海江、金冶、宋立元、张欣、曲磊、刘大为、苏炜焕、咸孝文，《组合式土工格室张拉装置》，发明及实用新型专利Zl201210089275.8，2013年11月25日；（2）汪玉君、李志祥、宋立元、汪魁峰、夏海江、宗兆博、刘大为、谭丽娥、苏炜焕、阴国旗、马洪山、张永先、王兴华、张欣、杨毅、刘柳、李远、姜涛、唐树新、汤彦明，《一种锯齿堰槽形防冰冻装置（实用和发明）》，发明专利Zl201410314024.4，2014年12月10日； 64作者简介硕士研究生学位论文 硕士研究生学位论文致谢65致谢在本文完成之际，借此机会向所有知道、帮助和关心过我的人们致以最诚挚的谢意！本文是在尊敬的张巨松教授精心指导下完成的。两年多来，老师在我的论文工作中倾注了大量的心血。老师渊博的学识、严谨的治学态度、活跃的思维、敏锐的洞察力和平易近人的工作作风都给我树立了学习的榜样，将对我今后的工作和生活产生深刻的影响。同时老师还高度关注我们的个人成长，言传身教做人做事的道理，将使我受益终生，我向某老师表示最诚挚的感谢！沈阳建筑大学的两年半硕士研究生生活是我人生中非常难忘的一段经历，学校浓郁的学术氛围和严谨求实的治学精神深深吸引了我。在这里，我开阔了视野，增长了知识，最重要的是在这美好的两年半里，遇到了很多良师益友，使我有勇气和力量面对未来。感谢材料学院所有的老师对于我课题实验的指导。同时，感谢2013级全体同学，师妹们和学弟们的鼓励和帮助，与他们结下的真挚友谊是我今生的宝贵财富！衷心感谢以上提及和因匆忙和疏忽而没有提及的所有关心和帮助过我的人们！对参加本论文评阅和答辩的各位老师和同学致以诚挚的谢意！在此，要特别感谢我的家人对我在学习和生活上的支持，使我能全身心的投入到课题研究中。张永先2015年12月于沈阳建筑大学 论文编号：课题来源：1、辽宁省水利科技计划项目《寒区闸坝水工混凝土耐久性防护及病害修补技术研究与应用》2、2015年省水利厅重点工作《辽宁省水工混凝土结构质量控制与耐久性提升技术研究》，辽宁省水利厅关于印发2015年重点工作任务的通知（辽水办[2015]57号）'