趙 龍 左豐收 陳 闖

(北京市密云水庫(kù)管理處，北京 101512)

1 工程概況

密云水庫(kù)位于北京東北部，距密云縣城13km，1958年9月動(dòng)工興建，1959年汛期攔洪，1960年9月基本建成并投入使用。水庫(kù)設(shè)計(jì)水位157.50m，校核水位158.50m，總庫(kù)容43.75億m3。密云水庫(kù)是一座以防洪、供水為主要功能的多年調(diào)節(jié)、綜合利用的大型水庫(kù)工程，是首都最重要的地表飲用水源地，也是支撐首都經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略水源地。

第九水廠(chǎng)輸水隧洞位于密云水庫(kù)九松山副壩以東約1km處，是北京市第九水廠(chǎng)二期取水工程，1995年5月建成通水，最大日供水量100萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)供水保證率為97%，由進(jìn)口緩沖段、閘門(mén)井、洞身組成，隧洞為鋼筋混凝土圓形壓力隧洞，直徑為3.5m，洞長(zhǎng)3078m，采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚0.6m。

2 存在問(wèn)題分析

2015年，對(duì)密云水庫(kù)進(jìn)行安全鑒定時(shí)，發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)混凝土襯砌表面存在較多以環(huán)形或半環(huán)形為主的裂縫[1]，裂縫寬度一般在0.5mm以下，大部分裂縫內(nèi)有白色鈣質(zhì)物質(zhì)析出，表面微細(xì)龜裂較多，局部有鋼筋露頭現(xiàn)象。說(shuō)明在外水壓力下隧洞慢滲較為嚴(yán)重，洞口部位碳化現(xiàn)象較嚴(yán)重。根據(jù)中國(guó)水利水電科學(xué)研究院安全鑒定評(píng)價(jià)結(jié)論，對(duì)隧洞洞身混凝土病害和襯砌部位進(jìn)行防碳化處理。

3 輸水隧洞混凝土襯砌表面微細(xì)裂縫整體處理技術(shù)對(duì)比論證

針對(duì)輸水隧洞及其他各種混凝土襯砌內(nèi)表面微細(xì)裂縫的防滲治理技術(shù)[2]較多，現(xiàn)有技術(shù)所用材料主要有環(huán)氧樹(shù)脂涂料、聚合物水泥防水涂料、刮涂聚脲等表面“貼皮式”防護(hù)涂料(見(jiàn)表1)。

表1 現(xiàn)有不同防滲防護(hù)涂料的主要性能指標(biāo)范圍及特點(diǎn)

作為隧洞混凝土襯砌表面的防滲防護(hù)材料[3]的關(guān)鍵性指標(biāo)是：潮濕面黏結(jié)強(qiáng)度、潮濕基底面施工的可靠性。從表1可以看出，環(huán)氧樹(shù)脂涂料具有較高的抗拉強(qiáng)度和潮濕黏結(jié)強(qiáng)度，拉伸變形也能達(dá)到工程需求，但該材料有機(jī)溶劑含量高、有毒，在輸水隧洞應(yīng)用對(duì)環(huán)境和水資源存在較大隱患；刮涂聚脲涂料抗拉強(qiáng)度和拉伸變形數(shù)值太高，且不是輸水工程所需關(guān)鍵指標(biāo)，潮濕面黏結(jié)強(qiáng)度為關(guān)鍵指標(biāo)，其室內(nèi)測(cè)試值可達(dá)到1MPa以上，但在輸水隧洞高濕環(huán)境應(yīng)用中，刮涂前使用的界面劑易發(fā)生起皮、脫落現(xiàn)象；聚合物水泥涂料力學(xué)性能、潮濕面施工可靠性和經(jīng)濟(jì)性都適合輸水隧洞的工程應(yīng)用，但是涂層長(zhǎng)期耐水性較差，更不適用于有一定輸水壓力隧洞混凝土襯砌表面的防護(hù)。

上述三種防滲防護(hù)材料都存在不同的技術(shù)性能不足之處，在實(shí)際工程應(yīng)用中都會(huì)出現(xiàn)不同的問(wèn)題，涂層防護(hù)壽命有限，有的不到一年就會(huì)出現(xiàn)空鼓等質(zhì)量問(wèn)題，有的不到三年就出現(xiàn)脫落等嚴(yán)重質(zhì)量問(wèn)題。根據(jù)以往工程經(jīng)驗(yàn)，重新處理的費(fèi)用[4]至少是“五倍率”以上，給工程造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。

密云水庫(kù)樞紐工程局部改造及檢查維護(hù)工期短、工程量大，同時(shí)還必須考慮隧洞混凝土襯砌防滲防護(hù)涂層要性能優(yōu)異，并長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠。經(jīng)調(diào)查研究，決定采用水利部2019年度推廣的水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)“易晟元“納米膠”——混凝土耐久性防護(hù)和修復(fù)技術(shù)”進(jìn)行防滲防護(hù)修復(fù)處理。

4 “納米膠”混凝土耐久性防護(hù)技術(shù)[5]

4.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

易晟元“納米膠”技術(shù)，是一種納米無(wú)機(jī)硅酸鹽水溶液，利用納米膠特有的活性，與混凝土內(nèi)部微細(xì)裂縫、毛細(xì)孔、界面孔隙中的鈣溶液反應(yīng)生成C-H-S凝膠結(jié)晶，有效封閉混凝土表層結(jié)構(gòu)微細(xì)縫隙、微細(xì)孔等缺陷，提高混凝土表層結(jié)構(gòu)致密性和強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)表層整體耐久性的提高。這種技術(shù)是國(guó)際最先進(jìn)的混凝土耐久性修復(fù)防護(hù)新技術(shù)，被譽(yù)為提高混凝土本體性能的“筋骨式”防護(hù)技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用時(shí)無(wú)須對(duì)既有混凝土基面進(jìn)行打磨或干燥處理，采用壓力水沖洗混凝土基面油性污物，在潮濕面即可進(jìn)行施工，施工工藝簡(jiǎn)便，無(wú)須特殊養(yǎng)護(hù)，24h后即可通水使用，施工后對(duì)水無(wú)污染。

4.2 性能特點(diǎn)

該技術(shù)不會(huì)出現(xiàn)傳統(tǒng)“貼皮式”涂層防護(hù)技術(shù)的質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)節(jié)省對(duì)基面整體處理所耗費(fèi)的人力和財(cái)力。

4.2.1 防混凝土表面開(kāi)裂功能

混凝土澆筑后因早期干縮、荷載等原因致其表面產(chǎn)生裂縫，“納米膠”可滲透至到混凝土表層40mm以上，與氫氧化鈣反應(yīng)生成CSH凝膠封堵裂縫，且對(duì)于新產(chǎn)生的0.2mm以下的裂縫可以在有效時(shí)間內(nèi)起到持續(xù)自修復(fù)的作用。

4.2.2 防水滲透的功能

混凝土因本身的特性，存在有大量的孔隙和毛細(xì)管，同時(shí)施工中也很難避免產(chǎn)生大量的孔隙，導(dǎo)致水滲透，而水會(huì)將劣化因子代入其內(nèi)部造成腐蝕的條件?！凹{米膠”可對(duì)混凝土表層改性，提高其致密性，降低混凝土表層空隙率，從而達(dá)到抑制表面透水、吸水的效果。

4.2.3 具有防菌藻的功能

由于混凝土表面相對(duì)較粗糙，加上水的流速低和氣溫高，容易使菌藻大肆繁殖，大量附著于混凝土的表面，造成環(huán)境污染。使用“納米膠”的混凝土表面致密光滑，可以抑制菌藻在混凝土表面附著生長(zhǎng)。

4.2.4 提高老混凝土表面強(qiáng)度

在混凝土表面涂刷“納米膠”后，混凝土的致密性得到提高，表面強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)提高(見(jiàn)表2)。

表2 “納米膠”技術(shù)對(duì)于混凝土耐久性提升效果

5 “納米膠”施工工藝及流程

“納米膠”可應(yīng)用于所有混凝土結(jié)構(gòu)，施工簡(jiǎn)單、操作方便，不受季節(jié)、環(huán)境的影響，在滲漏或缺陷部位已進(jìn)行修補(bǔ)的前提下進(jìn)行“納米膠”噴涂。為確?！凹{米膠”能更快、有效地滲透至隧洞混凝土洞壁內(nèi)部，首先使用高壓水對(duì)洞壁進(jìn)行沖洗，使洞壁干凈、無(wú)油污、無(wú)菌藻，用手觸摸表面無(wú)明水時(shí)即可進(jìn)行“納米膠”噴涂。

“納米膠”的施工工序如下：進(jìn)行“納米膠”Ⅱ型B劑噴涂，目的是對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)鈣處理，待B劑表干后再進(jìn)行A劑噴涂；“納米膠”Ⅱ型A劑進(jìn)行第一次噴涂，目的是封堵混凝土內(nèi)部微細(xì)裂縫(為達(dá)到良好的滲透效果，A劑分兩次噴涂，待A劑第一次噴涂表干后進(jìn)行第二次噴涂；“納米膠”Ⅱ型A劑進(jìn)行第二次噴涂。無(wú)須特殊養(yǎng)護(hù)，24h后即可通水使用。

“納米膠”Ⅱ型采用引擎式噴霧器進(jìn)行噴涂，噴霧器噴頭與洞壁的距離以20cm為宜，并對(duì)洞壁進(jìn)行分塊噴涂。

6 應(yīng)用效果

施工14天后，進(jìn)行表面回彈強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果表明使用“納米膠”后強(qiáng)度增加約8MPa；由于洞內(nèi)無(wú)法進(jìn)行取芯檢測(cè)，所以根據(jù)以往“納米膠”應(yīng)用測(cè)試數(shù)據(jù)可知，C30混凝土抗?jié)B等級(jí)提高兩個(gè)等級(jí)以上，C50混凝土防菌藻效果提升22倍(見(jiàn)表3)。

表3 密云水庫(kù)使用“納米膠”后性能指標(biāo)變化情況

7 結(jié) 語(yǔ)

“納米膠”廣泛應(yīng)用于水利工程、海堤防浪墻、橋梁、高速公路混凝土路面等工程。該材料應(yīng)用于密云水庫(kù)第九水廠(chǎng)輸水隧洞中，隧洞洞壁表面原有的微小裂縫修復(fù)較好，微滲水封堵效果明顯。采用回彈儀對(duì)洞壁混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，噴涂“納米膠”比不噴涂“納米膠”洞壁混凝土強(qiáng)度增加8MPa，由此證明，本工程采用“納米膠”新型防護(hù)修復(fù)材料，其效果已達(dá)到了技術(shù)要求。從本工程的實(shí)踐以及其他工程采用“納米膠”的成果來(lái)看，混凝土耐久性大為提高。