防滲裂縫自愈劑在奮斗水庫筑壩工程中的應(yīng)用

周星任，陳佳禮，楊盛凱，張國慧

(中國水利水電第十六工程局有限公司勘測設(shè)計院，福建 福州 350003)

防滲裂縫自愈劑在奮斗水庫筑壩工程中的應(yīng)用

周星任，陳佳禮，楊盛凱，張國慧

(中國水利水電第十六工程局有限公司勘測設(shè)計院，福建 福州 350003)

結(jié)合奮斗水庫筑壩建設(shè)工程特點，闡述了天然砂石骨料在奮斗水庫筑壩施工建設(shè)中的應(yīng)用技術(shù)和新型(裂縫自愈型)防水材料“防滲裂縫自愈外加劑(SKJ-Bestone A)”的原理和應(yīng)用技術(shù).應(yīng)用表明變態(tài)混凝土摻入防滲裂縫自愈外加劑(SKJ-Bestone A)后，改善了變態(tài)混凝土的和易性，混凝土的凝結(jié)時間稍有縮短，力學(xué)性能與不摻相比基本相當(dāng)，但耐久性能得到提高，特別是抗?jié)B性能提高明顯，且對變態(tài)混凝土產(chǎn)生的裂縫具有愈合作用，可以在防滲抗裂混凝土中推廣應(yīng)用.

碾壓混凝土壩；裂縫；防滲；自愈

1 工程概況

奮斗水庫行政區(qū)劃屬于黑龍江省穆棱市，距穆棱鎮(zhèn)東南14.1 km的穆棱河干流上游.水庫以城鎮(zhèn)供水為主，結(jié)合防洪，兼顧灌溉和發(fā)電等綜合利用任務(wù).水庫為大(Ⅱ)型，屬Ⅱ等工程.主要建筑物擋水壩段、泄水壩段、進(jìn)水口壩段、魚道壩段為Ⅱ級，導(dǎo)流洞封堵標(biāo)準(zhǔn)為Ⅱ級，廠房、魚道、進(jìn)出水口、魚池次要建筑物為Ⅲ級，電站壩后式廠房為小(Ⅱ)型，Ⅲ級建筑物.導(dǎo)流建筑物為Ⅳ級；進(jìn)場道路等級參照Ⅳ級，壩下交通橋為大橋，汽車荷載等級為公路Ⅱ級；壩肩邊坡為Ⅱ級，電站廠房邊坡為Ⅲ級.水庫最大壩高45.9 m,壩頂高程385.90 m,正常蓄水位為382.00 m，死水位為362.00 m，校核總庫容為2.13×108m3，其中興利庫容為1.47×108m3，防洪庫容0.49×108m3；裝機(jī)容量4.0 MW，多年平均發(fā)電量1 060×104kW·h.樞紐采用全斷面碾壓混凝土重力壩(RCC壩)，水庫混凝土工程量共約277 247 m3，其中常態(tài)混凝土45 426 m3，碾壓混凝土209 076 m3，變態(tài)混凝土22 745 m3.

大壩上游設(shè)置第一防滲層變態(tài)混凝土和第二防滲層碾壓混凝土，水庫大壩屬中壩，壩體防滲特別重要.根據(jù)建設(shè)單位要求，為提高本工程大壩防滲層混凝土及大壩混凝土層間結(jié)合的抗?jié)B性能，引進(jìn)“防滲裂縫自愈外加劑(SKJ-Bestone A)”(以下簡稱防滲自愈劑)摻入防滲層碾壓及變態(tài)混凝土和大壩混凝土層間結(jié)合砂漿，以提高防滲性能，保證大壩質(zhì)量.根據(jù)現(xiàn)場實際原材料、混凝土生產(chǎn)設(shè)備及環(huán)境條件展開防滲變態(tài)混凝土、防滲砂漿及灰漿的試驗，用以分析摻入防滲自愈劑對混凝土性能的影響.

2 防滲自愈劑的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域

2.1 天然骨料的應(yīng)用

本工程采用全斷面碾壓混凝土重力壩(RCC壩).RCC壩中的混凝土砂礫石骨料由腰嶺子砂礫石料場開采加工，混凝土細(xì)骨料為天然砂，采砂時獲得40%粗骨料(礫石)，剩下60%粗骨料采用人工碎石.混凝土所使用的細(xì)骨料是天然砂，使用的天然砂細(xì)骨料細(xì)顆粒較少，經(jīng)試驗，粒徑<0.16 mm的細(xì)砂含量僅為2.5%，小于原《奮斗水庫工程碾壓混凝土配合比試驗報告》中天然砂的細(xì)顆粒含量，采用原報告中10%的粉煤灰替砂量，無法滿足碾壓混凝土對細(xì)骨料粒徑<0.16 mm含量的要求(根據(jù)規(guī)范要求及施工經(jīng)驗，細(xì)骨料中<0.16 mm粒徑顆粒最佳含量宜為16%～22%)[1].

2.2 優(yōu)化天然骨料的應(yīng)用參數(shù)

根據(jù)碾壓混凝土工藝性試驗取芯成果表明：部分粗骨料表面裹粉，因碾壓混凝土用水量較少，無法充分溶釋粘附在粗骨料表面的石粉，在骨料與砂漿形成薄弱面[2].針對以上原因，為確保碾壓混凝土施工質(zhì)量，專家組建議采取以下幾項措施加以解決：

(1)優(yōu)化碾壓混凝土配合比

①增加碾壓混凝土中細(xì)顆粒含量，提高混凝土漿砂體積比，使碾壓混凝土泛漿更充分，以改善碾壓混凝土層間結(jié)合及提高其密實性，將粉煤灰替砂量由原先的10%上調(diào)至12%.

②本地區(qū)晝夜溫差大，白天溫度高于30 ℃，水分蒸發(fā)較快，VC值[碾壓混凝土拌和物的工作度，在規(guī)定振動頻率及振幅、規(guī)定表面壓強(qiáng)下，振至表面泛漿所需要的時間(以s計)]損失較大.為滿足現(xiàn)場施工要求，在配合比中增加3 kg/m3用水量，將碾壓混凝土拌和物機(jī)口VC值由目前的2～5 s下調(diào)至1～4 s.

③配合比的其它參數(shù)不變.由于變態(tài)混凝土由碾壓混凝土加漿而成，根據(jù)上述碾壓混凝土優(yōu)化方案，相應(yīng)調(diào)整變態(tài)混凝土配合比.優(yōu)化后碾壓及變態(tài)混凝土配合比(見表1).

表1 RCC配合比優(yōu)化后參數(shù)

(2)加強(qiáng)粗骨料篩分沖洗力度，減少粗骨料表面裹粉量.

(3)延長碾壓混凝土拌和時間，將碾壓混凝土攪拌時間由目前采用的70 s調(diào)整為90 s.

2.3 防滲性

石粉是碾壓混凝土原料砂的重要指標(biāo),在水工界中一般采取人工砂、天然砂外摻石粉或粉煤灰代砂等技術(shù)措施,但因奮斗水庫工程是百年之大計,建設(shè)單位非常重視，在中國水科院的引導(dǎo)下，采用新型(裂縫自愈型)防水材料“防滲自愈劑”通過現(xiàn)場試驗研究,在使用天然砂石骨料拌制的碾壓混凝土中，引進(jìn)“防滲自愈劑”摻入防滲層碾壓及變態(tài)混凝土和大壩混凝土層間結(jié)合砂漿，以提高防滲性能[3]，彌補(bǔ)了天然骨料中裹粉所構(gòu)成難以沖洗造骨料與砂漿形成的薄弱面.再輔以適量的粉煤灰代砂,拌制的混凝土可以應(yīng)用在碾壓混凝土壩,為使用天然骨料作為碾壓混凝土用料以及在防滲工程方面提供施工經(jīng)驗.

3 防滲自愈劑的應(yīng)用及原理

變態(tài)混凝土是介于常態(tài)混凝土和碾壓混凝土之間的一種特殊混凝土，是在已經(jīng)攤鋪的碾壓混凝土中摻入一定比例的灰漿，然后振搗密實的混凝土，能解決由于碾壓混凝土壩貼近模板周邊的部分存在不便于碾壓，難以獲得光潔致密表面的問題[4].變態(tài)混凝土在碾壓混凝土筑壩施工中的應(yīng)用，有效解決了靠近模板部位碾壓不便的問題，提高了碾壓混凝土的施工速度，減少了異種混凝土之間的薄弱結(jié)合部位，但人工振搗密實情況，如若控制不好，依然可能存在一定的質(zhì)量缺陷，而防滲自愈劑具有增加了混凝土或砂漿體的密實度，從而達(dá)到了防水的目的.引進(jìn)防滲自愈劑摻入防滲層碾壓及變態(tài)混凝土和大壩混凝土層間結(jié)合砂漿，以提高防滲性能，保證大壩質(zhì)量，提高了碾壓混凝土防滲效果.

4 防滲自愈劑的應(yīng)用效果

4.1 砂漿配制方案

未添加、添加防滲自愈劑砂漿配合比(見表2),試驗結(jié)果(見表3).

表2 未添加、添加防滲自愈劑砂漿配合比

注：減水劑、引氣劑摻量為膠凝材料用量的0.8%、0.005%

表3 未添加、添加防滲自愈劑砂漿試驗結(jié)果

由上表3試驗結(jié)果可見，添加防滲自愈劑砂漿稠度較不添加的變化不大，高標(biāo)號砂漿28 d齡期強(qiáng)度低于不添加的砂漿，90 d齡期強(qiáng)度高于不添加的砂漿.此特性對砂漿攤鋪更容易、對砂漿施工質(zhì)量有利.

4.2 變態(tài)混凝土配制方案

變態(tài)混凝土是由碾壓混凝土加5.0%(體積比)變態(tài)混凝土灰漿配制而成.此處構(gòu)成變態(tài)混凝土的碾壓混凝土不添加防滲自愈劑，其全部添加到灰漿中配制變態(tài)混凝土灰漿，再將碾壓混凝土與變態(tài)混凝土灰漿在拌和機(jī)攪拌均勻，即機(jī)拌變態(tài)混凝土.機(jī)拌變態(tài)混凝土具有拌和均勻、加漿比例精確、易于施工的特點.此處試驗也采取碾壓混凝土加變態(tài)混凝土灰漿機(jī)拌的方式配制變態(tài)混凝土.未添加、添加防滲自愈劑變態(tài)混凝土配合比(見表4)[6],試驗結(jié)果(見表5～表7)[7].

表4 未添加、添加防滲自愈劑變態(tài)混凝土配合比

注：(1)C9025W6F300二級配、C9020W6F100二級配引氣劑摻量為膠凝材料用量的0.16%、0.10%；(2)變態(tài)混凝土設(shè)計坍落度為30～50 mm

表5 未添加、添加防滲自愈劑變態(tài)混凝土拌和物及力學(xué)性試驗結(jié)果

表6 未添加、添加防滲自愈劑變態(tài)混凝土極限拉伸

表7 未添加、添加防滲自愈劑變態(tài)混凝土耐久性(抗凍、抗?jié)B)試驗結(jié)果

注：(1)抗?jié)B試驗采用《水工混凝土試驗規(guī)程》(SL352—2006)中的4.22節(jié)“混凝土相對滲透性試驗”方法，恒壓水壓力1.2 MPa，穩(wěn)壓24 h；(2)計算相對滲透性系數(shù)時混凝土吸水率取0.03

上述試驗結(jié)果可見，變態(tài)混凝土添加防滲自愈劑混凝土拌和物較未添加該外加劑的和易性變化不大，混凝土含氣量略有減?。惶砑臃罎B自愈劑的C9025W6F300二級配變態(tài)混凝土設(shè)計齡期(90 d)抗壓強(qiáng)度較未添加該外加劑的抗壓強(qiáng)度略有降低，劈裂抗拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度90 d齡期略有提高，滲水高度降低，抗?jié)B效果較好，抗凍性能略有提高；添加防滲自愈劑的C9020W6F100二級配變態(tài)混凝土設(shè)計齡期(90 d)抗壓強(qiáng)度較未添加該外加劑的抗壓強(qiáng)度有所提高，劈裂抗拉強(qiáng)度、軸拉強(qiáng)度略有降低，滲水高度略有降低.由于未添加防滲自愈劑的變態(tài)混凝土本身抗?jié)B效果能滿足設(shè)計抗?jié)B等級要求，因此添加防滲自愈劑提高抗?jié)B效果不明顯，抗凍性能略有提高.

5 結(jié) 語

根據(jù)奮斗水庫實際工程條件，通過中國水科院的研究，引進(jìn)防滲自愈劑摻入防滲層，變態(tài)混凝土和大壩混凝土層間結(jié)合砂漿，投入筑壩施工建設(shè)工程中后，改善了變態(tài)混凝土的和易性，混凝土的凝結(jié)時間稍有縮短，力學(xué)性能與不摻相比基本相當(dāng)，但耐久性能得到提高，特別是抗?jié)B性能提高明顯，且對變態(tài)混凝土產(chǎn)生的裂縫具有愈合作用，可以在防滲抗裂混凝土中推廣應(yīng)用.防滲自愈劑的應(yīng)用是新型材料在碾壓混凝土筑壩應(yīng)用技術(shù)中的一個新臺階,可為其他類似工程提供參考.

[1] 中國水利水電科學(xué)研究院.J1754—2014水工混凝土砂石骨料試驗規(guī)程[S].北京：中國電力企業(yè)聯(lián)合會，2014.

[2] 李樹芳.淺析碾壓混凝土重力壩的抗?jié)B性能和防滲措施[J].科研,2016(10):155.

[3] 周月霞.水工隧洞混凝土裂縫分析及加固研究[D].北京：中國水利水電科學(xué)研究院,2016.

[4] 雷秀玲,孟繼慧,劉亞蓮,等.高抗凍變態(tài)混凝土配制技術(shù)研究[J].東北水利水電,2016,34(10):41-42.

[5] 王 芳.水工混凝土的抗?jié)B性研究[J].甘肅科技,2011,27(11):131-132.

[6] 中華人民共和國水利電力部.SD105-82水工混凝土試驗規(guī)程[S].北京：中國水利電力出版，1983.

[7] 陸 翔.混凝土施工中的抗?jié)B抗裂研究[J].工程技術(shù)(建筑)，2017，3(6)：365.

Applicationof“BodyWaterproofAdmixture”inFengdouReservoirDamConstruction

ZHOU Xing-ren, CHEN Jia-li, YANG Sheng-kai, ZHANG Guo-hui

(Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Sinohyrdo 16th Co., Ltd., Fuzhou 350003, China)

Combined with the constructing characteristics of Fengdou Reservoir, the application of natural aggregate and the principles and application technology of new waterproof materials——impermeable crack self-healing admixture (SKJ-Bestone A) used in the dam construction project of Fengdou Reservoir are respectively delivered. The actual test shows that the introduction of impermeable crack self-healing admixture (SKJ-Bestone A) to GEVR improves the workability of concrete and the concrete setting time is slightly shortened, with equal mechanical properties compared with normal materials, while the durability is improved, especially the anti permeability performance improved significantly, achieving good healing effect on cracks of GEVR, which can be widely used in impermeable anti-crack concrete.

RCC dam; crack; seepage control; self healing

2017-05-15

周星任(1989-)，男，貴州興仁人，助理工程師，研究方向為水利水電工程試驗檢測及施工管理.

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.05.014

TV441

A

1008-536X(2017)05-0060-04