大坝混凝土水下修补技术

大坝混凝土水下修补技术

张 捷

中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，浙江杭州，310014，zhang_j@

摘要：水电站大坝混凝土普遍存在缺陷问题，如混凝土开裂、冲蚀、剥落等，对于水面以上

的缺陷，可以有多种处理材料与工艺，但对于水下部位的缺陷，受修补材料、设备及工艺的

限制，长期以来一直得不到有效的解决。曾有一些工程采用传统方法进行过处理，但效果均

不太好、寿命也不长。本文介绍了近来年开发的一系列水下修补材料，包括可以在水中快速

固化、强度非常高并可以进行薄层修补的PBM聚合物混凝土，可以在水下进行快速封缝处理

的SXM水下快速密封剂，可以在水下混凝土及钢结构表面涂刷并具有良好粘接力的环氧水下

涂料，可以对水下伸缩缝进行柔性处理的SR防渗模块，以及可以在水中固化、综合性能优

异的双组份聚氨酯灌浆材料等，文章对材料的特性及适用范围进行了叙述，同时对目前常用

的水下检查与施工设备进行了介绍，并结合新安江电站大坝横缝水下处理（水下38米）、柘

溪水电站大坝劈头缝水下处理（最大水深60米）、四川龚嘴水电站冲砂底孔浮体闸门封水面

水下修补（水下60米）、云南漫湾电站水垫塘冲坑处理等工程实例，详细叙述了水下施工的

工艺。文章对国内目前水下处理的技术及发展现状进行了总结，并提出了进一步改进的方向，

对混凝土水下处理具有一定的指导意义。

关键词：混凝土水下修补；修补材料；PBM混凝土；施工工艺

1前言

在水电站大坝混凝土中，受材料、环境、运行条件等多方面因素的影响，经常会出现裂缝、冲坑、蜂窝等缺陷，为了保证大坝安全运行，一般均需对产生的缺陷进行修复处理。对于水位以上部位的缺陷，由于可选择的材料较多，工艺也较成熟，因此可通过常规的灌、贴、嵌、涂等方法进行修复处理。而对于水下部位的缺陷，则受材料与施工工艺、设备的影响，长期以来一直得不到有效的解决，对一些急需处理的工程也只能采用常规的方法来处理，其结果往往是不理想的。如比较典型的湖南柘溪电站，其大坝为支墩坝，在建成后即发现大坝上游面形成劈头裂缝，并产生较大漏水险情，针对这一情况，电站先后曾采用瓷泥、手抹环氧胶泥和压贴环氧砂浆块等材料多次进行水下堵漏处理，在当时取得了一定的效果，但随着时间推移，原粘贴块普遍存在松动脱落现象，从而形成新的渗漏。

近年来，在科研、施工企业的共同努力下，开发出了一系列可用于混凝土水下修补的材料，在施工设备和工艺上也有了很大的提高，解决了多项水下处理工程。本文介绍了一些目前常用的水下混凝土缺陷修补材料，并结合工程应用实例介绍了施工工艺，旨在为今后类似工程的处理提供一个参考。

2水下修补材料简介

2.1水下修补材料的特点

对于水下修补来说，关键是要解决好修补材料在水中与混凝土的粘接，其实质问题就是材料在带水的混凝土表面必须能够很好地铺展。由于目前用于混凝土缺陷修补的材料大多为有机高分子材料，这些材料在干燥的混凝土表面能够很好地铺展，因此处理效果较好，但在潮湿表面则效果较差，究其原因是由于大多数无机材料（如混凝土、木材等）均为高表面能材料，对水的吸附很大，因而在有水情况下，在其表面会存在着受表面剩余力场作用被吸附在表面的附着水，采用一般的方法无法将其排走。在这种情况下进行粘合，当粘合剂对被粘物表面进行覆盖时，在界面上不可避免地会留下一层水层，如不采取措施，就相当于在粘接面上形成了一个薄弱表面层，因而使得粘接效果大大下降。为了解决这个问题，必须从分子结构的设计上着手，在粘合剂分子结构中利用接枝或共混作用引入强极性亲水基团，这样当粘合剂分子与潮湿界面接触时，亲水性基团就可以溶于水膜，从而既大大降低了粘合剂与水膜的界面张力，同时也降低了水膜的表面张力，因此有利于粘合剂在水膜中自发溶解和扩散，这样就可以减少水的影响，使粘合剂的效果得到充分发挥，由此增加材料与潮湿面的粘接。另外，在粘合剂中添加一些能吸水的无机填料也是提高粘合剂与潮湿面粘接强度的一个有效的办法，当这些吸水性无机填料与水接触时，就发生不可逆的化学反应形成稳定的化合物，从而减少水的影响。

本介绍的几种水下修补用的材料正是基于上述理论的指导，对其分子结构进行了改性，在分子结构中引入了较多的亲水性基团，从而保证了材料与潮湿混凝土的良好粘接。

2.2水下修补材料种类及特点

2.2.1 聚合物混凝土

聚合物混凝土（Polymer Concrete）是以高分子树脂为粘接剂，将其与骨料（石子、砂、水泥）固结而形成的混凝土，它同时具有高分子和无机材料的综合性能。通过选择不同类型的树脂品种可以得到具有不同性能的混凝土，同时还可以通过调节固化剂及促进剂的用量，来改变它在水中的固化速度，从而可以达到快速固化的目的。

目前常用于水下的聚合物混凝土有PBM水下混凝土 和HK系列环氧混凝土，表1是它们的基本性能：

表1 两种水下聚合物混凝土的基本性能

项 目 PBM水下混凝土 HK环氧混凝土

抗压强度 >40MPa >60MPa

抗折强度 >14 MPa >20MPa

抗拉强度 >6 MPa >10MPa

粘接强度 >2 MPa >2MPa

采用上述两种材料制备的聚合物混凝土均有较高的强度，并且与混凝土和金属有极高的粘接强度。由于它们是通过高分子树脂将骨料包裹起来，通过调整树脂的粘度，可以做到胶料与骨料在水中流动过程中不离析，这样可以保证在水中可以直接通过水层进行浇筑，而不需要采用拔管

等措施，因此大大方便施工，这也是聚合物混凝土与水下不分散混凝土(NDC)的最大区别。同时由于这两类材料的初始粘度均不是很高，因此在水中可自流平、自密实，并可以进行薄层浇筑，这也是聚合物混凝土的优势。

上述两种聚合物混凝土均能用于水下混凝土的修补，但其应用范围有所不同。PBM聚合物混凝土是以不饱和聚酯为胶结料而形成的具有互穿网络结构的材料，通过引发剂引发链增长反应，因此可在水中快速固化，它的强度增长迅速，数小时即可投入使用，一天的抗压强度可达到30MPa 以上，适用于水下混凝土缺陷的快速修补。同时PBM只适用于长期处于水中的混凝土的修补，而对于处于水位变化区的混凝土的修补则不合适。而环氧混凝土是以环氧树脂作为胶结料，其固化产物的性能可在较大范围内调节，既可以制备高强度混凝土，也可以制成增韧混凝土甚至是弹性环氧混凝土，其固化速度也可通过加入不同的固化剂来调节，虽然相比PBM而言速度要慢得多，但其综合性能较PBM更优，同时还可以用于水位变化区混凝土的修补，因此有较广泛的适用性。

聚合物混凝土曾在葛洲坝大江电厂排砂底孔冲坑处理、湖南柘溪电站大坝劈头缝表面处理、云南漫湾电站水垫塘冲坑处理、青铜峡泄水孔底板淘空水下处理等工程中应用。

2.2.2 SXM水下快速密封剂

SXM是一种双组份快速密封剂，具有水下不分散、固化快、与水下混凝土粘接力强、无毒、使用方便等特点，可用于水下混凝土裂缝的密封、孔洞的修补，也可用于大坝混凝土伸缩缝、裂缝在进行水下化学灌浆时的灌浆管埋设及缝面止封处理等。其固化速度可在一定范围内进行调节，以满足不同工程的需要。SXM－2的性能指标见表2。

表2 SXM－2水下快速密封剂基本指标

项 目 指 标

A组分 灰色粉末

外 观

B组分 无色透明液体

凝结时间

初凝 <20

（20±2O C）（分） 终凝 <25

强度指标 4小时 8小时 24小时 3天

抗压强度（MPa） 14.5 17.6 27.3 28.4

抗折强度（MPa） 3.8 3.9 6.6 6.8

抗拉强度（MPa） 1.8 2.0 2.9 2.7

粘接强度（MPa） 1.3 1.2 1.5 1.5

2.2.3 水下环氧涂料（粘接剂）

HK系列环氧涂料是以环氧树脂为主，通过添加增韧剂、活化剂、固化剂等一系列的助剂而制成，以适应不同的工程需要。其中HK-963水下涂料在分子结构中引入了强极性亲水基团，并采用专用的的水下固化剂，使得它在水中具有较好的涂刷性能，且与钢板、混凝土等材料有着很强的粘接力，广泛适用于水下工程的缺陷修补、结构补强、表面保护等等，其基本性能见表3。