水利工程坝后保温板抗裂防冻害技术应用研究

水利工程坝后保温板抗裂防冻害技术应用研究

张文斌 刘宝荣 程鑫

内蒙古河源水利水电工程建设有限责任公司 内蒙古 巴彦淖尔 015000

摘 要：本论文针对内蒙古某水利枢纽工程大坝后混凝土面板保温材料进行了试验，开发了一种不需要养护的水胶比22%，粉煤灰掺量10%，单位用水量13 kg/m3，减水剂掺量2%，水泥 P.042.5 R，石英砂（细度模数）,3 d抗压强度25.3 MPa，抗折强度5.1 MPa，适合于严寒地区水工建筑混凝土的保温。介绍了水工建筑物混凝土保温板抗裂防冻害技术施工工艺，为水工建筑物在严寒地区的安全运行提供参考。

关键词：水利工程；水工建筑物；保温板；抗裂防冻害

引言：

在严寒地区，每年的气候变化幅度较大，最大的温度变化可达90℃，并伴随着寒潮的频繁发生，使水工混凝土面临着溶蚀、冻融剥蚀、冰拔、冰推、冰撞等冻害问题，这些对整个水工建筑物的整体和耐久性构成了严重的威胁。通过大量的国内外工程实践，表明在寒冷地区，保温技术是预防水工混凝土冻害的一种行之有效的措施，它可以在冬天阻挡大气负温对其基面的侵蚀，从而增加地温，减少冻深，消除混凝土板的冻胀，从而实现对水工混凝土的抗冻膨胀。在实践中，由于保温板密度低、老化时间不足、粉化等因素，以及与被粘合的物料不相容、不匹配、抹面灰与隔热板之间的热传导率相差太大等外部因素，导致保温层脱落、抹面灰开裂，从而丧失保温效果。在极端情况下，由于绝热板的内外表面温度差异很大，导致了绝热板内部的温度不均匀，由于材料自身的热胀冷缩特性，导致了保温板的变形、保温板与基础混凝土的粘接破坏。单组分聚脲防水涂料广泛用于水工建筑的抗冻害保护，并获得了较好的保护效果。本文针对内蒙古某水利工程大坝后保温工程，采用自改性高分子抗裂砂浆、单组分聚脲防水漆等材料，采用分缝嵌填+表面分层逐步释放应力，结合现场实际，对其在不进行养护的情况下进行了应用，希望能为控制严寒地区的水工混凝土保温、裂缝、防冻害提供参考。

一、工程概况及难点分析

（一）工程概况

内蒙古某水利枢纽工程属于一类大型 I类大型水利枢纽，属于不完全的多年调蓄工程。该枢纽工程的主体结构包括：碾压混凝土重力坝主坝、 l#和2#副坝（沥青心墙土石坝）、泄水体（泄水孔、泄水底孔）、发电、引水系统、工厂等。坝址多年平均径流为33.27亿立方米，年平均流量为105立方米/秒。水库正常水位739 m，设计洪水位741.69 m；死水位680 m，设计洪水位1.28亿 m³；防洪高水位739 m，设计洪水位741.69 m；校核洪水位743.63 m，总库容24.19亿 m³。该电厂拥有140 MW的总装机，每年发电5.19亿千瓦。工程的建设时间为58个月，总投资26.87亿元^[1]。

（二）难点分析

坝面保温板抗裂防冻施工中遇到的困难：目前市场上水泥、砂石的原材料质量参差不齐，质量难以保证；施工面广，施工难度大，洒水养护难以实现；施工现场风较大，加速抗裂砂浆表面水分散发，增加开裂几率；抗裂砂浆施工后，需要迅速提升强度，承受一定的压力；隔热层和抗裂砂浆的导热系数必须接近；抗裂砂浆和粘结材料的相容性和匹配性；结合材料和表面密封防护材料的相容性和匹配性；隔热板的裂缝处理；抗裂砂浆的内部应力。

二、抗裂防冻害技术防护原则

抗裂、抗冻害技术防护原则：分层柔性释放应力；一般水泥砂浆不能用作保温系统的保护层；保护层的抗裂是主要的屏障；充分考虑了不同层材料的相容性和一致性；强化绝热板之间的柔性密封；抗裂砂浆采用块状保护，解除内部应力，并将其封闭；最外层具有良好的耐久性和柔性，且不会与冰面粘合^[2]。

3. 施工工艺及应用效果

（一）原材料

乳液(A): 自制;丙烯酸共聚乳液(B)

标准型聚羧酸减水剂( 固含量10% );

普通硅

水泥(42.5、 42.5R、52.5、 52.5R)

水洗砂、石英砂

水:饮用水

粉煤灰:I级

（二）仪器设备

SHBY-40恒温恒湿养护箱

TYA-300B I型微型计算机控制恒载荷抗折抗压仪

DW-40低温测试盒

HC-2000A智能胶合强度检测装置

根据发明的水泥砂浆断裂特性测定法，对砂浆的抗裂性进行了快速测定，并将其与保温材料的适用性进行了比较。其它性能按SL352--2006 《水工混凝土试验规程》进行，对裂缝的评价，综合在保温板裂缝出现3天后，进行下道施工保护，以3 d的性能为准。

3. 设计

1.外保温工程的密封、防水施工中，应附有结构设计图纸及节点详细图纸。工程水平或倾斜的部分和向下的部分应进行防水，安装在外墙上的设备和管道应固定在基础上，设备、管道和预留的孔洞应作密封和防水的设计。

2.在设计中，除了系统的变形缝，还应在连续高宽超过23 m的基础上，设一条或多条外保温系统的变形缝，并将其隔断。并对其进行了弹性密封。在绝热系统的收口截断处，应明确地说明不同材质的接头处的防水密封工艺。在外墙与室外地面300~500 mm的地方，要有一条4-6 mm的裂缝，并用硅铜密封胶填充，以避免因地面冻胀而产生的变形裂缝。

3.在相同标准高度的基础防潮体系中，加一道防潮膜，以防止地基中的湿气透过孔洞进入上墙体。降低上绝热空洞中的湿气递增，对薄层粉刷的影响。

4.外保温材料应有防裂层，其防裂层的厚度不得低于4毫米或6毫米。在保护层外侧，应另加一块含抗裂性纤维的防水砂浆。在基础上，应设置水泥砂浆，在找平的灰浆中加入抗裂剂。

5.在外墙装饰面层采用装饰面板开缝方式安装时，隔热层表面必须具备防水或其它防水措施。

（四）施工工艺

(1)对隔热板的基面进行打磨，清理和补板。采用斜面研磨机，将保温材料表面碳化、失去强度的部分打磨，并用电吹风将其清洗，对于缺失、翘起的部分，重新进行修补。

(2)保温板的裂缝处。保温板采用特殊的柔性胶粘剂进行了封堵。

(3)涂布防裂水泥。按照要求配制的抗裂砂浆，其厚度为1厘米，采用分段喷涂法，长度×宽度为4 m×6 m，中间预留的伸缩缝深度×宽度为1 cm×1 cm。在不浇水的情况下，3天后进行下一步操作。

(4)将密封剂嵌入。保温板的预留缝采用低模量的弹性密封胶填充，使其表面平整。

(5)用聚脲基材涂布。防裂砂浆表面打磨，清理，涂聚脲底漆。

(6)将聚酯网片覆盖。在 PU底漆完成后，再用聚酯格栅板进行铺装，其网孔大小为5毫米*5毫米。

(7)用单一成分的聚脲防水漆进行涂布。在漆干后，即可进行单组分聚脲防水漆的涂布，涂膜应均匀，不会有任何的下落，可分2~3次进行^[3]。

（五）应用效果

通过坝后保温板的板缝充填、涂覆、分缝、嵌填弹性密封剂、抗裂砂浆表面单组分聚脲防水涂料的耐久性保护试验表明，采用这种方法可以有效地改善坝面和坝体的温度分布，并使坝体温度变化小，从而降低了保温板变形概率，避免了表层裂缝，确保了坝体的正常使用。在其表面刮涂聚脲类防老剂后，可明显改善其抗老化性，对冰拔、冰推、冰撞等冻害，从而改善其耐久性。

结语

本文以内蒙古某水利工程大坝后保温工程为背景，采用自改性高分子抗裂砂浆、单组分聚脲防水涂料等材料，采用分缝嵌填+分层分层逐步释放应力，探讨了该技术在大坝防冻害中的应用效果。研究表明：在不进行养护时，水胶比为22%，粉煤灰掺量为10%，单位用水量13公斤/立方米，减水剂掺量2%，水泥 P. O42.5 R，石英砂（2.3）砂，其抗裂强度为25.3 MPa，抗折强度为5.1 MPa。在严寒地区，保温板的抗裂性和适用性是非常关键的，为了取得理想的效果，必须采取逐步渐进的柔性松散应力施工方法。

参考文献

[1]王乐．中小型水工建筑物冻害成因及其防治策略分析[J]．河南水利与南水北调，2017(7)：83.84．

[2]钱耀丽，赵联桢．聚氨酯保温材料在严寒地区水利工程中的应用[J]．甘肃水利水电技术，20l9，46(7)：23—24．