碾壓混凝土大壩輔助防滲材料應(yīng)用綜述

高建山，張國慧

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福州 350003)

碾壓混凝土大壩輔助防滲材料應(yīng)用綜述

高建山，張國慧

(中國水利水電第十六工程局有限公司，福州 350003)

碾壓混凝土的防滲問題一直是壩工界關(guān)注的重點(diǎn)之一。碾壓混凝土壩的防滲性主要包括碾壓混凝土本體的防滲性和輔助材料的防滲。目前國內(nèi)碾壓混凝土的輔助防滲材料主要分為水泥基結(jié)晶型防水材料、聚氨酯防滲涂料及高分子防滲材料。本文結(jié)合新疆沙爾布拉克水利樞紐工程及部分碾壓混凝土大壩輔助防滲材料的使用情況，對輔助防滲材料的應(yīng)用情況進(jìn)行綜述。

碾壓混凝土;輔助防滲材料;應(yīng)用

1 前言

近20多年來，我國的碾壓混凝土筑壩技術(shù)從早期的探索期、過渡期發(fā)展到目前的成熟期，碾壓混凝土壩已成為首選的壩型之一。由于碾壓混凝土壩是重要的擋水建筑物，不允許滲漏，所以高水頭碾壓混凝土壩的防滲性能一直是壩工界關(guān)注的重點(diǎn)之一。碾壓混凝土具有水泥用量和膠凝材料用量少的特點(diǎn)，拌和物為無坍落度的半塑性混凝土，比傳統(tǒng)的常態(tài)混凝土材料之間粘結(jié)力要小得多，大壩迎水面防滲區(qū)碾壓混凝土層間結(jié)合質(zhì)量對大壩的防滲性能有很大影響，將直接關(guān)系到壩體的安全運(yùn)行。為此，非常有必要研究提高碾壓混凝土壩體防滲性能的措施，進(jìn)一步提高壩體的抗?jié)B能力，因此，采用輔助材料提高碾壓混凝土壩的防滲性是十分有必要的。本文結(jié)合貴州光照水電站、新疆沙爾布拉克水利樞紐工程及部分工程碾壓混凝土大壩輔助防滲材料的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

2 不同種類輔助防滲材料特點(diǎn)

2.1 聚氨脂防水涂料

根據(jù)國標(biāo)《聚氨酯防水涂料》(GB/T 19250—2003)中的分類，該產(chǎn)品分為單組份(S)和多組份(M)兩種，在水工碾壓混凝土大壩中一般使用多組份防水材料。筆者針對新疆沙爾布拉克水利樞紐工程RCC大壩工程防滲項(xiàng)目做了專題應(yīng)用研究，其工藝如表1所示：

表1 聚氨酯防水涂料材料主要檢測項(xiàng)目

2.1.1 聚氨酯防水涂料施工工藝

2.1.1.1 清理基層

需要防水處理的混凝土基面首先使用高壓水槍沖洗后自然風(fēng)干，對于混凝土表面有錯(cuò)臺(tái)、麻面等不平整的地方，使用打磨機(jī)進(jìn)行打磨，不易找平處用砂漿抹平。

2.1.1.2 涂刷冷底子油

將聚氨酯防水材料的組份按照廠家規(guī)定的比例準(zhǔn)確稱量、認(rèn)真拌和后，使用毛刷進(jìn)行混凝土基面的冷底層涂刷，設(shè)計(jì)要求的混凝土基面均要嚴(yán)格涂刷，不能有遺漏。

2.1.1.3 涂刷混凝土基層

涂刷在混凝土面的底層組份固化后即可進(jìn)行涂刮;將聚氨酯防水材料的不同組份按照廠家提供的比例準(zhǔn)確計(jì)量、均勻拌和后，使用刮板進(jìn)行底層的刮涂，刮涂厚度控制在1.0mm左右，要求材料涂刮均勻。

2.1.2 應(yīng)用效果

新疆沙爾布拉克水利樞紐RCC大壩工程上游迎水面采用聚氨酯防水涂料，2009年蓄水以來無壩體滲水現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料

根據(jù)國標(biāo)《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》(GB 18445—2001)的說明，本系列防水材料屬無機(jī)類粉體型防水材料，是由水泥、石英砂、硅灰及多種活性化合物組成的粉末狀水泥基防水材料。這種產(chǎn)品于1942年在德國發(fā)明，20世紀(jì)50年代起在歐美等發(fā)達(dá)國家開始大量應(yīng)用于水利、橋梁及國防工程，由于技術(shù)保密等原因，到了20世紀(jì)90年代才開始連續(xù)進(jìn)入我國市場。水泥基滲透結(jié)晶型防水系列產(chǎn)品在國內(nèi)最早由國外承包商設(shè)計(jì)并應(yīng)用于深圳大亞灣核電站混凝土防水工程。隨后在我國國內(nèi)土木工程的混凝土防滲、建筑物修補(bǔ)工程中逐漸得到推廣應(yīng)用。

2.2.1 材料作用機(jī)理

水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的作用機(jī)理：以它特有的活性化學(xué)成分，利用混凝土本身固有的化學(xué)特性和多孔缺陷性特征，以水為載體，將特有的化學(xué)催化物隨水滲透到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙及裂縫中，借助水的作用與未能完全水化的水泥顆粒進(jìn)行再次充分的水化后形成不溶于水的針狀結(jié)晶體，堵塞混凝土的滲透性通道，并與混凝土結(jié)合成為一體，在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成結(jié)構(gòu)自防水陣營。由于結(jié)晶體填塞了毛細(xì)管道及滲漏性的裂縫，改善了混凝土致密性，同時(shí)也增強(qiáng)了混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和混凝土的體積穩(wěn)定。從而使混凝土達(dá)到了永久性的結(jié)構(gòu)自防水和保護(hù)混凝土鋼筋不受有害物質(zhì)侵蝕的防滲目的。

筆者參與了貴州光照水電站RCC大壩輔助防滲施工過程，其主要檢驗(yàn)項(xiàng)目如表2所示：

表2 水泥基滲透性防水材料主要檢驗(yàn)項(xiàng)目

2.2.2 現(xiàn)場施工工藝

混凝土表層處理→有壓水清洗或風(fēng)吹→一次涂刷防滲涂料→二次涂刷防滲材料→按不同條件分類養(yǎng)護(hù)

2.2.2.1 涂刷前基層混凝土表面處理

涂刷施工最佳涂刷時(shí)間在混凝土澆筑完成后的7～14天之間完成。施工前應(yīng)檢查施工基面，經(jīng)過處理的基層必須符合以下要求：堅(jiān)固、平整、干凈、不松脫、不起砂、不脫層，并符合設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

基層表面上的浮灰、水泥浮漿、返霜、油脂和污垢等以及基層表面上的突起、疙瘩以及起殼、分層等疏松部位都要鏟除，混凝土表面的脫模劑應(yīng)予以清除。表面預(yù)處理時(shí)，不得使用酸洗。對基層上的蜂窩、麻面的松動(dòng)石子應(yīng)剔除，對于裂縫、缺陷，應(yīng)先按相關(guān)規(guī)定進(jìn)行修補(bǔ)。若混凝土表面較光滑，宜用鋼絲刷、砂磨機(jī)等工具將表面打磨粗糙后，再用有壓水沖洗施工面，在涂刷防滲材料前，應(yīng)保證有水充分浸透需要防滲處理的混凝土基面，浸透深度不小于5mm。經(jīng)質(zhì)檢工程師檢查驗(yàn)收滿足設(shè)計(jì)要求并同意后方可進(jìn)行涂刷施工。

2.2.2.2 現(xiàn)場配料

其性能應(yīng)滿足《水泥基滲透結(jié)晶型防水材料》(GB 18445—2001)有關(guān)規(guī)定，可參考廠家推薦的配料方案。

2.2.2.3 現(xiàn)場施工

根據(jù)筆者在貴州光照水電站的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)：在準(zhǔn)備施工前，應(yīng)提前24h用霧狀噴淋設(shè)備保持施工面的濕度，在施工前2h停止噴霧，保證施工時(shí)混凝土表面處于飽和狀態(tài)，潮濕而不應(yīng)有流水。

本工程廠家推薦采用涂刷法，用毛刷分兩遍涂刷于已經(jīng)清理的混凝土表面，第一遍涂刷施工沿壩體自上而下涂刷，第二遍涂料施工垂直于第一遍涂刷方向施工。進(jìn)行第二遍施工時(shí)保證在相應(yīng)的方向多次涂刷，涂刷必須均勻一致，必須保證涂層的厚度均勻和平整。涂刷施工時(shí)，涂層的厚度作為質(zhì)量控制重點(diǎn)。

涂刷工程完工后，防滲層應(yīng)在三天內(nèi)用霧狀清水精心養(yǎng)護(hù)，嚴(yán)格控制涂層不能脫水，同時(shí)應(yīng)進(jìn)行遮陽防護(hù)，在三天內(nèi)不得在已經(jīng)涂刷的防滲層上進(jìn)行其他工序施工。

施工注意事項(xiàng)：

a.施工時(shí)務(wù)必注意天氣，如2～3h內(nèi)可能有雨則不能進(jìn)行施工。

b.如急于施工時(shí)，壩體基部太潮濕(濕度超過15%)，部分部位需要用噴燈烘烤基面至白再立即噴涂(應(yīng)薄而均勻)，這樣涂膜易干固粘牢。

c.施工中，如遇雨將前面所做涂膜淋濕，必須在天晴自然涼干2～3h后才能夠繼續(xù)做下一道。

d.施工現(xiàn)場及材料存放地嚴(yán)禁煙火，并配備適量的泡沫滅火器，以防火災(zāi)。

e.防滲涂層施工時(shí)采取專用引水管道等有效措施，防止壩體混凝土施工廢水影響防滲涂層施工質(zhì)量。

2.2.3 應(yīng)用效果

貴州光照水電站RCC大壩自2006年蓄水發(fā)電以來，經(jīng)廊道內(nèi)與壩面外觀檢查及觀測數(shù)據(jù)分析，均證實(shí)壩體無滲水點(diǎn)。

2.3 合成高分子防滲涂料

2.3.1 合成高分子涂料主要檢測項(xiàng)目

根據(jù)相關(guān)資料，合成高分子防滲涂料耐用時(shí)間可滿足水工建筑物設(shè)計(jì)年限，在施工時(shí)既可涂刷也可噴涂，在國內(nèi)已經(jīng)有兩個(gè)以上工程應(yīng)用實(shí)例，其檢測指標(biāo)如表3所示：

表3 合成高分子涂料主要檢測項(xiàng)目

2.3.2 合成高分子防水涂料施工工藝

根據(jù)廠家推薦的工藝，合成高分子涂層一般均結(jié)合無紡布或玻璃纖維網(wǎng)格布采用兩布六涂的施工工藝;使用高壓水和風(fēng)清洗吹掃需要處理的混凝土基層，保證基層干燥、無雜物、無浮塵，對于表面有明顯苔痕、凹凸不平的地方，使用角磨機(jī)進(jìn)行磨光或者用電動(dòng)刷進(jìn)行打磨，具體流程如下：

表層處理→素料打底→鋪布→素面涂刷→第二次鋪布涂刷→蓋面養(yǎng)護(hù)

2.3.2.1 素涂打底

使用漆刷蘸涂料從上到下依次涂刷，反復(fù)涂刷2～3次，使涂膜干固后粘結(jié)牢固，涂刷均勻，要求不掛簾。

2.3.2.2 鋪網(wǎng)格布

在用涂料將基面涂刷后，用玻纖網(wǎng)格布由上至下豎向鋪貼，再用涂料由網(wǎng)格布中心向兩邊趕刷使布與布之間搭接密實(shí)，搭接頭不小于10cm。

2.3.2.3 素涂防滲材料

待第一道鋪布涂層干固12h以后，再用涂料從上到下或從左到右依次涂刷一遍，之后待干固10h左右。

2.3.2.4 第二次鋪布涂刷

第二次鋪布由上向下逐次水平橫鋪，涂料從左向右均勻涂刷，涂料要均勻薄層涂刷然后將布貼上，再用刷子蘸涂料從中心進(jìn)行上下趕刷，使網(wǎng)格布平整實(shí)貼。

2.3.2.5 蓋面處理

待第二道涂布完全干后，進(jìn)行2～3遍素料蓋面，蓋面時(shí)從上到下依次涂刷;第二次涂層完全干硬后再涂一次，待自然干固兩天以上后即可投入使用。

3 近年國內(nèi)主要RCC大壩輔助防滲材料應(yīng)用情況

近年國內(nèi)主要RCC大壩輔助防滲材料應(yīng)用情況見表4。

表4 近年國內(nèi)部分RCC大壩輔助防滲材料應(yīng)用

4 結(jié)語

a.國內(nèi)外碾壓混凝土壩防滲結(jié)構(gòu)主要分為剛性結(jié)構(gòu)、柔性結(jié)構(gòu)和聯(lián)合防滲結(jié)構(gòu)。剛性防滲結(jié)構(gòu)是以混凝土材料為主的防滲結(jié)構(gòu)，柔性防滲結(jié)構(gòu)是以防滲性能好、變形能力強(qiáng)的柔性材料為主的防滲結(jié)構(gòu)，聯(lián)合防滲結(jié)構(gòu)為剛性和柔性結(jié)構(gòu)的結(jié)合。

b.根據(jù)氣候條件選擇輔助防滲材料：年平均氣溫低于－5℃的地方宜選用彈性聚氨酯材料，亞熱帶地區(qū)宜選擇水泥基結(jié)晶型材料，高分子合成涂料適用于各類氣候條件。

c.高分子合成防滲材料具有黏結(jié)性強(qiáng)、抗?jié)B強(qiáng)度高、適應(yīng)低溫等惡劣氣候條件及抗裂性能好的優(yōu)點(diǎn)。

d.聚氨酯防滲涂料能在混凝土表面形成封堵涂層，適用于低水頭的大壩，而改性后的聚氨酯涂層更具有耐磨防腐等作用。

e.水泥基滲透結(jié)晶型防水材料可依靠材料本身特有的活性化學(xué)成分通過水的作用向混凝土內(nèi)部縫隙滲透并形成不溶于水的結(jié)晶體，填塞混凝土毛細(xì)孔道從而使混凝土防滲性能突出。

1 GB 18445—2001水泥基滲透結(jié)晶型防水材料［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001．

2 GB/T 19250—2003聚氨酯防水涂料［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003．

3 CEDS 195：2006聚合物水泥、滲透結(jié)晶型防水材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］．北京：中國計(jì)劃出版社，2006．

4 馮海波，羅永葵．防滲涂料在藺河口碾壓混凝土拱壩中的應(yīng)用［J］．水力發(fā)電，2006(3)．

3 劉現(xiàn)鋒．水泥基結(jié)晶型防水材料在龍灘水電站大壩防滲的應(yīng)用［J］．水電勘測設(shè)計(jì)，2007(3)．

Summary of Applying Auxiliary Impermeable Materials in Roller Compacted Concrete Dam

GAO Jian-shan，ZHANG Guo-hui
(Sinohydro Bureau16Co．，Ltd．，F(xiàn)uzhou350003，China)

Roller compacted concrete anti-seepage problem is always one of keys concerned in dam construction field．The anti-seepage features of roller compacted concrete dam mainly includes two aspects:RCC body anti-seepage feature and auxiliary material anti-seepage．The auxiliary anti-seepage materials of current domestic roller compacted concrete are mainly divided into cement-based crystalline waterproofing materials，polyurethane anti-seepage coating and polymer impermeable materials．The paper summarizes the application of auxiliary seepage control materials combining with the use condition of auxiliary anti-seepage materials in Xinjiang Schall Burak hydro-junction project and some roller compacted concrete dams．

RCC;auxiliary anti-seepage material;application

TV441

A

1005-4774(2013)08-0039-04