面板堆石壩表面止水新型蓋板的研究與應用

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410005)

目前，國內(nèi)面板堆石壩混凝土面板的周邊縫、垂直縫普遍采用“氯丁橡膠棒+塑性填料+橡膠蓋板+不銹扁鋼+不銹鋼膨脹螺栓固定”的表面止水方式，但該蓋板耐久性差，容易發(fā)生翻卷而失效，一旦失效，蓋板下的塑性填料在水壓力的作用下易發(fā)生擠壓變形，從而減弱面板抗?jié)B能力，影響大壩的安全運行。通過引進建筑聚脲防水材料，采用“二脲一布”全封閉新型柔性防滲蓋板，作為面板堆石壩混凝土面板周邊縫和垂直縫表面止水蓋板替代橡膠蓋板，試驗證明效果良好。

1 “二脲一布”新型復合蓋板結構特點

1.1 “二脲一布”蓋板結構

混凝土面板的周邊縫和垂直縫采用“二脲一布”形成蓋板，即底層、面層均為聚脲，在兩層聚脲中間鋪設增強胎基復合布，聚脲固化后形成“單組分聚脲+增強復合布”組合的全封閉柔性防滲蓋板。

1.2 聚脲材料特性

聚脲材料分為雙組分聚脲和單組分聚脲，雙組分聚脲由A(異氰酸酯-預聚體材料)、R(端胺基聚醚和胺擴鏈劑-活性材料)兩個組分組成，AR組分混合后，在不到1min時間內(nèi)生成聚脲而固化。

單組分聚脲是將R組分的端胺基經(jīng)化學封閉后，與多異氰酸酯-NCO高分子預聚體混合，在無水狀態(tài)下可保持體系穩(wěn)定。使用時，空氣中的水分會解除封閉體，釋放出活性的端胺基與異氰酸酯-NCO高分子預聚體反應形成聚脲。單組分聚脲主要的特性指標見表1。

表1 單組分聚脲主要的特性指標(檢測標準ASTM UVB-313，3000h)

與雙組分聚脲相比，單組分聚脲有以下優(yōu)點：

a.雙組分聚脲需要混合、噴涂設備，在斜坡壩面噴涂設備移動和操作不方便，存在安全隱患。單組分聚脲采用桶裝，即開即用，不需要專門的混合、噴涂設備，由人工自上而下涂刷，安全可控。

b.混凝土面板周邊縫、垂直縫蓋板投影寬度僅為15～20cm，采用雙組分聚脲設備噴涂時受噴面積大不經(jīng)濟，并且周邊縫、垂直縫蓋板有陰角部位，不利于全覆蓋。

c.單組分固化時間6～8h，滿足復合布鋪設時間要求，而雙組分聚脲固化時間在1min內(nèi)，影響復合布與聚脲的黏合性能。

1.3 增強復合布的選擇

使用單組分聚脲專用胎基布，單組分聚脲專用胎基布主要檢測結果見表2。

表2 聚脲專用胎基布的檢測結果

1.4 界面劑的選擇

根據(jù)目前國內(nèi)裂縫處理的經(jīng)驗，選用E14潮濕面界面劑，E14潮濕面界面劑是一種100%固含量的環(huán)氧底漆，該底漆可在飽和水或干表面施工，是一種特種高性能環(huán)氧樹脂，含有排濕基團，因此能夠在飽和水表面涂裝，且具有良好的黏接力，E14界面劑涂刷后固化時間一般在7h以上，黏接強度均大于2.5MPa，7d齡期的黏接強度接近最大值。E14潮濕面的特點有：可用于潮濕面混凝土，具有滲透性，可滲入混凝土表面，與混凝土之間的黏接強度高，主要性能指標見表3。

表3 E14潮濕面界面劑的主要性能指標

2 “二脲一布”新型蓋板性能試驗研究

2.1 蓋板物理力學性能

“二脲一布” 新型蓋板在實驗室成型后，進行蓋板物理力學性能室內(nèi)試驗，試驗內(nèi)容主要包括拉伸強度、伸長率、撕裂強度、硬度和附著力等，見表4。

表4 聚脲的主要力學性能指標

2.2 蓋板抗凍性能試驗研究

“二脲一布” 新型蓋板在23℃和-45℃進行斷裂伸長率和拉伸強度對比試驗，試驗結果表明，新型蓋板在-45℃的情況下仍具有較高的柔性，斷裂伸長率大于100%，拉伸強度隨試驗溫度降低而增大，見表5。

2.3 老化試驗研究

氙燈人工氣候老化試驗是以氙燈為光源，模擬強化光、熱、空氣、溫度、濕度和降雨等主要因素的一種人工氣候老化試驗方法，從室內(nèi)老化綜合試驗結果來看，“二脲一布”新型蓋板抗老化能力均較常用的防水材料天然橡膠和三元乙丙橡膠蓋板好，對比試驗成果見表6。

表5 新型蓋板抗凍性能試驗成果

表6 新型蓋板老化試驗對比成果 單位：%

3 “二脲一布”新型蓋板施工工藝及操作要點

3.1 “二脲一布”新型蓋板工藝流程

“二脲一布”新型蓋板工藝流程為： 基礎面清理→涂刷底膠→手工嵌填“V”形槽內(nèi)塑性填料→面板混凝土縫間表面填料鼓包機械成型施工→“二脲一布”新型蓋板施工。

3.2 “二脲一布”新型蓋板操作要點

沿柔性填料兩側混凝土面板表面涂刷潮濕型界面劑(每側界面劑涂刷寬度25cm)，涂刷均勻、無漏涂。

待潮濕型界面劑表干后(12h)，直接刮涂聚脲。

涂刷第一遍聚脲后，等聚脲表干(估計6～8h)，聚脲與混凝土之間的接觸寬度大于20cm時，再涂刷第二遍聚脲，并馬上黏貼胎基布(聚脲胎基布)，胎基布與混凝土面的搭接長度為10cm，并與刮涂聚脲融為一體。聚脲表干后再涂刷第三遍和第四遍聚脲，直至涂層厚度達到4mm；涂刷聚脲后保證看不到胎基布。

每次涂刷一次成型，不要來回涂，防止出現(xiàn)小包。

3.3 工程應用

3.3.1 聚脲高分子材料工程應用

聚脲高分子材料自21世紀引進中國以來，已被廣泛應用于混凝土防護、卡車耐磨襯里、鋼結構防腐、屋面防水等領域。水利水電工程首次應用是在2003年引灤入津輸水工程和新安江水電站溢流壩面進行的現(xiàn)場試驗， 2004年8月在尼爾基水電站蝸殼中正式應用，并先后應用于溪洛渡水電站、拉西瓦水電站、小灣水電站、構皮灘水電站和南水北調(diào)等38個水利水電工程。

3.3.2 “二脲一布”新型蓋板的工程應用

聚脲高分子材料的親和性與保護性、適變性、防滲性、耐久性是其他材料不可以比擬的，此材料已在水利水電工程中廣泛應用于防水、防沖和防耐磨涂層等工程中。“二脲一布”新型蓋板是在聚脲涂層基礎上發(fā)展而來的，2104年在浙江抽水蓄能電站上水庫主、副面板堆石壩，采用“二脲一布”新型蓋板替代橡膠或三元乙丙蓋片，這也是國內(nèi)水利水電工程首次在混凝土面板縫間表面止水中，全長、全斷面地應用了“二脲一布”新型蓋板。

浙江抽水蓄能電站上水庫主、副面板堆石壩在39條混凝土面板垂直縫、周邊縫采用了“二脲一布”新型蓋板，蓋板總長1324m。實施效果見圖1、圖2。

圖1 二脲一布蓋板施工圖

圖2 二脲一布蓋板蓄水實體圖

新型蓋板進行蓋板厚度和黏結強度檢測成果見表7。

表7 “二脲一布”新型蓋板現(xiàn)場檢測成果

4 結 語

“二脲一布”新型蓋板在浙江抽水蓄能電站工程中全斷面替代了橡膠和三元乙丙卷材蓋板。工程應用效果和試驗檢測結果顯示，“二脲一布”新型復合蓋板與常規(guī)的橡膠蓋板相比，具有以下優(yōu)良性能：

a.“二脲一布”新型復合蓋板強度、抗變形能力、耐久性和混凝土黏接力等優(yōu)良性能是其他傳統(tǒng)材料不可比擬的。并且“二脲一布”新型復合蓋板不需要在面板混凝土鉆孔固定，相對常規(guī)的橡膠卷材蓋板減少了對混凝土的破壞，可提高混凝土質(zhì)量。

b.單組分聚脲刮涂在塑性填料和混凝土表面，固化后形成全封閉的柔性防滲涂層，與混凝土黏結成一體，既可以作為一道獨立的表層止水層，又可以保護下部塑性填料，是一種能夠?qū)γ姘褰涌p實行柔性全封閉的表面止水新型結構型式。同時，中間的復合胎基布對蓋板可避免周邊縫和垂直縫應力集中及涂層變薄的現(xiàn)象發(fā)生。

c.單組分聚脲在涂刷過程中可滲入混凝土內(nèi)部的微細裂縫和氣孔內(nèi)，和聚脲涂層一道形成獨立的全封閉防水結構層，大大提高了面板接縫防滲的可靠性及防滲效果。

d.“二脲一布”新型復合蓋板不需要使用大型施工和噴涂設備，采用人工手刮或涂刷即可，具有作業(yè)流程簡單、方便、安全、維修簡單、不用做專門的保護和便于推廣等特點。

e.蓋板施工結束后，采用自然養(yǎng)護，養(yǎng)護期間不怕雨淋、暴曬，不用做專門的保護，20天即可達到設計性能。