面板壩接縫新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)試驗

孫志恒，邱祥興，張 軍

（1.中國水利水電科學(xué)研究院，北京 100038；2.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京 100761）

0 前 言

混凝土面板壩是近30多年來發(fā)展較快的壩型，它具有投資省、工期短、安全性好、施工方便、適應(yīng)性強等優(yōu)點，在國內(nèi)外得到了普遍的推廣和應(yīng)用。但是，在混凝土面板防滲體系中，接縫止水仍然是薄弱環(huán)節(jié)。2000年以后建設(shè)的高混凝土面板壩中，除水布埡周邊縫在約1/2壩高以下采用了三道止水，其余均只設(shè)兩道止水，取消了中部止水帶，由此可見接縫表層止水是整個止水體系中的一個重要部分，特別是對于高面板壩，整體止水系統(tǒng)的研究重點是表面止水的結(jié)構(gòu)形式與材料的選擇。

目前，在混凝土面板壩接縫 （周邊縫、趾板縫和面板接縫）表面止水設(shè)計中，通常采用在面板接縫止水表面設(shè)置防護蓋板。我國目前普遍采用柔性防水卷材作為防護蓋板，常用的有三元乙丙（EPDM）板、橡膠板和復(fù)合SB橡膠板等。洪家渡面板壩工程中提出了三復(fù)合蓋板，并把蓋板作為一道止水進行要求，其橡膠板由三元乙丙橡膠板和強度較高的橡膠板復(fù)合硫化而成。但是，這種做法存在以下問題：首先，混凝土面板表面的平整度很難控制，平整度誤差通常在1 cm以上，膨脹螺栓最小間距通常為15 cm，蓋板與混凝土表面間存在縫隙；其二，混凝土面板周邊縫縫口是曲折多變的，存在多個T形或L形折角，在施工過程接頭定做和角鋼安裝很難保證質(zhì)量，縫隙和缺陷的存在會增加周邊縫的庫水滲漏量；其三，防護蓋板通過螺栓及角鋼固定在混凝土表面，緊固螺栓施工工藝復(fù)雜，安裝較難，難以保證質(zhì)量；其四，螺栓在水位變化區(qū)容易發(fā)生冰凍拉拔脫落，且鋼板或角鐵壓條抗銹蝕能力較差，長期在水中及水位變化區(qū)容易生銹，耐久性較差。

1 面板壩表層新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)

混凝土面板接縫表層新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)是將SK刮涂聚脲 （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，與混凝土粘接成一體，既可以作為一道獨立的表層止水層，又可以保護下部GB、SR、IGAS等塑性填料，是一種能夠?qū)γ姘褰涌p實行有效的柔性全封閉的表面止水結(jié)構(gòu)。

SK刮涂聚脲的厚度根據(jù)壩高確定，塑性填料表面及其與面板接觸的拐角部位涂刷厚度一般為4～6 mm，兩側(cè)與混凝土接觸的長度大于20 cm，厚度大于2 mm。

混凝土面板壩接縫表層新型防護蓋板施工工藝為：沿接縫V形槽內(nèi)放置膠棒，膠棒上覆蓋GB柔性填料 （或其他柔性填料），對接縫周邊混凝土表面進行打磨、清洗，晾干后涂刷專用界面劑，待界面劑表干后直接刮涂第一層SK刮涂聚脲，并在接縫部位復(fù)合30~40 cm寬的胎基布，再涂刷數(shù)遍SK刮涂聚脲 （根據(jù)設(shè)計聚脲的厚度來確定涂刷遍數(shù)），直至接縫部位聚脲厚度達到設(shè)計值。SK刮涂聚脲與混凝土搭邊之間進行收邊處理，邊緣打磨成三角型，邊緣深度2～3 mm，邊沿涂刷的刮涂聚脲與混凝土平滑過渡。新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 接縫表層柔性防護蓋板材料

2.1 SK刮涂聚脲及技術(shù)參數(shù)

SK刮涂聚脲為單組分聚脲，由異氰酸酯預(yù)聚體和封閉的胺類化合物、助劑等構(gòu)成的液態(tài)混合物，采用涂刷、輥涂或刮涂方法施工，在空氣中水分作用下，封閉的胺類化合物產(chǎn)生端氨基并與預(yù)聚體產(chǎn)生交聯(lián)點而形成的彈性涂層。

SK刮涂聚脲為脂肪族材料，具有如下特點：①耐老化性能好，不變色；②無毒，可用于飲用水工程；③防滲、抗沖磨性能好；④強度高、延伸率大，與基礎(chǔ)混凝土粘接好；⑤耐老化，耐化學(xué)腐蝕；⑥材料抗凍性能好，在-45°C條件下，材料仍為柔性；⑦對混凝土裂縫及接縫表面封閉時可以復(fù)合胎基布；⑧局部缺陷修補使用同一種材料，施工簡單、方便，便于推廣。

SK刮涂聚脲分為 “抗沖磨型”和 “防滲型”兩種。根據(jù)工程的特點，面板壩接縫表面防護采用防滲型SK刮涂聚脲，其主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 SK刮涂聚脲（防滲型）主要技術(shù)指標(biāo)

2.2 SK刮涂聚脲與混凝土之間的粘結(jié)試驗

將SK刮涂聚脲用于混凝土面板壩接縫表層防護蓋板，聚脲與混凝土之間的粘結(jié)強度至關(guān)重要，為此專門研制了潮濕型界面劑，在混凝土表面先涂刷薄層界面劑，再涂刷SK刮涂聚脲，粘接強度會大大提高。粘接試驗結(jié)果表明，SK刮涂聚脲的本體強度增長比較慢，初凝時間較長，與混凝土表面的界面劑可以充分反應(yīng)，故SK刮涂聚脲與混凝土之間的粘結(jié)強度很高，并且隨著固化時間的延長而增大，在使用界面劑的前提下，SK刮涂聚脲與潮濕面混凝土之間的粘結(jié)強度大于2.0 MPa（或大于混凝土本體抗拉強度）；SK刮涂聚脲在混凝土干燥的條件下比潮濕條件下，與混凝土之間的粘結(jié)強度高。

圖1 面板壩接縫新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)

為了驗證水位以上、水位變化區(qū)及水位以下SK涂刷聚脲與面板混凝土之間的粘接強度及耐久性，在北京十三陵抽水蓄能電站上庫混凝土面板表面做了局部涂刷SK涂刷聚脲防護試驗，并進行了跟蹤測試。試驗從2008年開始，一直跟蹤測量到2012年，試驗結(jié)果見表2。從表2可以看出，無論在水上、水下還是水位變化區(qū)，經(jīng)過5年的運行，SK刮涂聚脲與面板混凝土之間的粘接強度大于2.0 MPa，隨著時間的推移，粘接強度基本上沒有變化，涂層耐久性很好。

表2 SK刮涂聚脲與面板混凝土現(xiàn)場粘結(jié)強度MPa

2.3 不同溫度下SK刮涂聚脲的強度及伸長率測試

為了研究SK刮涂聚脲本體抗凍性能，采用高低溫電子萬能試驗機測試SK刮涂聚脲在低溫環(huán)境下的拉伸強度及斷裂伸長率，防滲型刮涂聚脲測量結(jié)果見表3。

表3 SK刮涂聚脲力學(xué)性能檢測結(jié)果

從表3可以看出，SK刮涂聚脲 （防滲型）在低溫環(huán)境下仍具有良好的柔性，拉斷伸長率大于100%，拉伸強度大大提高。

2.4 氙燈人工氣候老化試驗

氙燈人工氣候老化試驗是以氙燈為光源，模擬和強化光、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。

試驗結(jié)果如表4所示。從表4的結(jié)果可以看出， SK刮涂聚脲耐老化性能最好，雙組份聚脲和三元乙丙蓋板耐老化性能次之，天然橡膠耐老化性能最差。

表4 氙燈人工加速老化實驗成果

3 新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)抗凍試驗

為了解SK刮涂聚脲對混凝土凍融破壞的防護效果，進行了室內(nèi)抗凍試驗。第一組抗凍試驗采用10 cm×10 cm×40 cm的模型試塊，混凝土試塊抗凍標(biāo)號小于F50。試件成型后養(yǎng)護28 d以上，在中部四周打磨20 cm寬，涂刷界面劑及SK涂刷聚脲（2mm厚），20天以后放入快速冷凍設(shè)備中，按DL/T 5150—2001《水工混凝土試驗規(guī)程》中的混凝土抗凍性試驗步驟進行。

抗凍試驗結(jié)表明，凍融100次時，未涂刷聚脲的混凝土已經(jīng)出現(xiàn)50%以上的混凝土表面剝蝕破壞，涂刷聚脲部分的混凝土未剝蝕；凍融300次時，未涂刷聚脲的混凝土已經(jīng)出現(xiàn)100%的混凝土表面剝蝕破壞，且凍融剝蝕較深，涂刷聚脲部分的混凝土未剝蝕。如果面板混凝土是抗凍的，無論端頭是否封閉，涂刷聚脲與混凝土之間粘接均很好。

4 新型防護蓋板止水結(jié)構(gòu)長期變形情況試驗

為了驗證新型柔性蓋板止水結(jié)構(gòu)在面板大變形的條件下的耐久性，加工了50 cm×50 cm×20 cm的混凝土試塊，兩塊試塊中間預(yù)留2～3cm寬的縫 （模擬接縫），接縫表明涂刷界面劑及SK刮涂聚脲，柔性填料表面的SK刮涂聚脲厚度為4～6 mm，柔性填料與混凝土面拐角處聚脲厚度為6 mm，混凝土表面的聚脲厚度為3～4 mm。將試件接近垂直放置，一側(cè)墊起，另一側(cè)懸空，利用模型自重讓接縫變形，并在自然環(huán)境下暴曬。模型一接縫一側(cè)混凝土板上下剪切錯動4 cm，頂部向后錯動8 cm，底部向前錯動4 cm；模型二接縫頂部長期受拉張開4.5 cm，并有前后3 cm的錯動，底部混凝土受擠壓。從目前觀察的情況來看，暴曬一年半后兩個模型接縫表層SK刮涂聚脲無破損及老化現(xiàn)象。

5 現(xiàn)場試驗

遼寧蒲石河抽水蓄能電站上庫擋水建筑物為鋼筋混凝土面板堆石壩，壩頂高程395.50 m，最大壩高78.5 m，年最高氣溫達35℃，最低氣溫-38℃，上水庫總庫容為1351萬m3。蒲石河抽水蓄能電站上水庫正常蓄水位392.00 m，死水位360.00 m，每天水庫水位陡降、陡升最大落差達32 m，面板堆石壩冬季運行與檢修受冰凍影響較常規(guī)電站更為嚴重。

2010年6月，采用新型柔性蓋板止水結(jié)構(gòu)在蒲石河蓄能電站上庫混凝土面板壩進行了現(xiàn)場試驗，試驗選擇面板36板與37板之間的一條張性接縫，縫長31 m?；炷撩姘鍓谓涌p表面采用槽內(nèi)嵌填橡膠棒及GB柔性填料，表面涂刷SK刮涂聚脲，刮涂聚脲內(nèi)部復(fù)合胎基布?；炷撩姘褰涌p表面防滲具體施工工藝如下：

（1）用角磨機沿混凝土接縫對混凝土表面打磨，并用清水進行清洗，除去灰塵，使表面干凈、無污物。

（2）自然晾干后，在接縫兩側(cè)混凝土表面涂刷GB柔性填料粘結(jié)膠；待粘結(jié)膠指觸不粘時 （2～3 h），安裝GB橡膠止水棒，然后嵌填GB柔性填料，GB柔性填料要填壓密實、平整。

（3）GB柔性填料嵌填結(jié)束后，沿GB柔性填料兩側(cè)混凝土表面涂刷潮濕型界面劑 （總寬60 cm），涂刷均勻、無漏涂。

（4）待潮濕型界面劑表干后 （4～5 h）， 直接刮涂SK刮涂聚脲。涂刷第一遍后，馬上粘貼胎基布，將胎基布 （30 cm寬）與SK刮涂聚脲融為一體。SK刮涂聚脲的厚度可以通過面積和涂刷遍數(shù)來控制，保證接縫部位 （25 cm范圍內(nèi)）聚脲厚度大于5 mm，邊緣部位聚脲厚度大于2 mm。涂刷均勻，每次涂刷一次成型，不要來回涂，防止出現(xiàn)小包。

（5）整體施工結(jié)束后，采用自然養(yǎng)護， 20 d左右材料可以達到95%以上強度。養(yǎng)護期間不怕雨淋、暴曬。

運行一年后對接縫新型防護蓋板進行了檢測，檢測結(jié)果表明SK刮涂聚脲表面未出現(xiàn)老化及邊緣脫開現(xiàn)象；拉拔試驗表明，SK刮涂聚脲與面板混凝土之間的粘接強度均大于2.5 MPa。目前已運行3年，情況良好。

6 結(jié) 語

通過對面板堆石壩面板接縫采用新型柔性蓋板止水結(jié)構(gòu)及配套施工技術(shù)的研究，并結(jié)合在蒲石河抽水蓄能電站上庫面板接縫進行的現(xiàn)場試驗表明，SK刮涂聚脲作為表層止水材料具有拉伸強度高、延伸率大、與基礎(chǔ)混凝土粘接好、耐老化性能好、耐沖擊性能好等特點；接縫表層新型柔性蓋板止水結(jié)構(gòu)具有表面防護可靠、防滲效果及耐久性好、易于施工、經(jīng)濟效益顯著等優(yōu)勢。SK刮涂聚脲作為表層防護涂層可以單獨作為一道獨立的防水結(jié)構(gòu)層，大大提高了面板接縫防滲的可靠性，并且便于維修，值得推廣應(yīng)用。

［1］孫志恒，李萌，倪燕，等.SK柔性防護涂料在伸縮縫及裂縫快速修復(fù)中的應(yīng)用［J］.大壩與安全， 2011（1）:48-51.

［2］郭衛(wèi)平，張軍.潘口水電站面板堆石壩防滲系統(tǒng)設(shè)計土石壩技術(shù)［C］//2010年論文集.北京： 中國電力出版社，2010.

［3］300 m級高面板堆石壩防滲和止水系統(tǒng)適應(yīng)性研究專題研究成果報告［R］.北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2010.

［4］王建峰，劉海友.巴貢水電站混凝土面板壩表面分縫止水施工研究［C］//現(xiàn)代堆石壩技術(shù)進展，2009.