东台子水库混凝土坝防护技术应用研究

东台子水库混凝土坝防护技术应用研究

李露露

中国水利水电第一工程局有限公司，吉林 长春 130000

【摘要】本文以东台子水库混凝土坝防护需求为研究对象，应用研究了单组分(脂肪族)聚脲防护涂料、氟碳防护涂料、GMT新型快速修复抗冲磨材料等防护材料和配套施工技术，有效的提高了混凝土坝抗冲磨、抗冻害、耐老化、防碳化等性能，使混凝土坝使用安全和寿命大幅提升。

【关键词】混凝土坝  防护  聚脲  氟碳  抗冲磨  抗冻害

1 前言

赤峰市林西东台子水库是一座综合利用大(2)型Ⅱ等水利枢纽工程，主要包括电站厂房、右岸混凝土坝、沥青混凝土心墙堆石坝和鱼道。混凝土坝运行时自然条件极其恶劣，且建设期混凝土表面存在麻面、气泡、错台外观质量缺陷，势必对后期建筑物运行安全存在一定影响。主要方面可概括为：一是东台子水库所处地属中温带半干旱大陆性季风气候，极端最高气温42.1℃，极端低温-33.7℃，年平均气温4.8℃，多年平均日照为2949.4h，多以大风天气，多年平均年最大风速22.00m/s，尤以春季为甚，风沙较大；二是西拉木伦河是一条多泥沙河流，多年平均含沙量为11.14kg/m³,实测最大含沙量为277kg/m³，对过流面的冲刷尤甚；三是混凝土坝使用骨料为具有潜在危害性反应的碱活性骨料；四是建设期混凝土表面的麻面、气泡、错台外观质量缺陷，可能造成后期混凝土易出现碳化、老化、冻融等质量问题。

为克服和解决以上混凝土坝建设期外观质量缺陷和运行时自然恶劣条件，避免其影响建筑物整体使用安全和寿命，且有必要前期对混凝土外观质量缺陷进行综合治理。因此在混凝土坝修建完成后，涂刷防护涂层是一种快速提高既有混凝土结构耐久性能的有效措施，但不同的防护涂层的效果各有差异。即对混凝土坝进行防护施工，其不同部位根据功能使用要求对其混凝土基面进行整体防护，达到增强其在运行过程中的抗冲磨、抗冻害、耐老化、防碳化等目标效果。

2单组分(脂肪族)聚脲防护涂料及施工工艺

2.1 单组分(脂肪族)聚脲防护涂料

单组分(脂肪族)聚脲防护涂料通过分子结构设计和构建、有机与无机杂化键合、合成工艺优化、耐老化、抗冻害等方面的研究，以功能性聚醚多元醇、脂肪族异氰酸酯及自制的潜固化剂为主要原料，与多种助剂和填料配制而成，接触空气中的湿气室温固化，在整个反应过程不生成二氧化碳，可成膜任意厚度而不起泡。该产品为外露型涂料、耐黄变、环保、高强度、良好的抗冲磨、防水性、与多种基材粘结性优良[5]。其主要特点为：

(1) 超高力学性能，抗拉强度可达16～40MPa；

(2) 适应变形能力大，延伸率可达350～550%；

(3) 与基材浸润效果好，与混凝土基材粘接强度≥4.0MPa；

(4) 抗紫外线能力强，表面不粉化；

(5) 施工便利，颜色可调，即可手刷，又可喷涂；

(6) 性能稳定，低温柔性好；

(7) 对酸、碱、盐侵蚀能力强及高抗冲耐磨性优良。

单组分(脂肪族)聚脲防护涂料适用于水电大坝、溢洪道、引水隧洞的抗冲磨防护，综合成本低，是新型的环保型防护涂料。

2.2 施工工艺

(1) 基面处理：施工前进行基层处理、验收，如表面气泡比较集中的部位，应先用高强度水泥砂浆进行局部修补，再对基面采用角磨机进行打磨处理，将浮渣、凹凸不平部位、污物等清理完成，再采用大功率吹风机清除，保证基层清洁干燥、平整、坚实、无杂物、无起砂，无空鼓、浮尘、油污等。

(2) 界面剂涂刷：涂刷专用界面剂，做到涂刷均匀，不多涂、不漏涂。用量约0.18～0.20kg/m2，根据现场温度，间隔时间为5h(23℃)后涂刷后序涂层。每个工程的环境温度不一，时间长短有所差异，判断标准为界面剂出现干燥但有黏手状态时，即可进行下道施工。

(3) 聚脲中层刮涂：待基层界面剂干燥后，聚脲拌制均匀后，刮涂至混凝土基面，对表面的气泡、细微裂缝等进行封闭及修复找平，不仅可以保证基面平整，还能抗流挂和触变，具有多重作用。

(4) 界面剂涂刷：待聚脲中层刮涂起强后，表面不平整处再次进行打磨。再次涂刷专用界面剂，做到涂刷均匀，不多涂、不漏涂。用量约0.18～0.20kg/m2，根据现场温度，间隔时间为5h(23℃)后涂刷后序涂层。每个工程的环境温度不一，时间长短有所差异，判断标准为界面剂出现干燥但有黏手状态时，即可进行下道施工。

(5) 聚脲刮涂：待界面剂干燥后，再采用人工手刮单组分(脂肪族)聚脲，采用塑料刮板均匀刮涂单组分聚脲，刮涂分多次进行，单次刮涂厚度均保持在0.5±0.1mm范围内，下次涂层刮涂需保证上次表面刮涂表干后才可进行，分层刮涂时间间隔一般在12h以内。

3氟碳防护涂料及施工工艺

3.1 氟碳防护涂料

氟碳防护涂料通过疏水结构的调整、有机与无机结构的高度融合、耐老化、抗冻害等方面的研究，采用高品质水性氟树脂为基料，配以耐酸、耐碱、耐候的无机陶瓷颜料和高性能的助剂，是一种交联固化型的双组分水性氟碳涂料，由于加入含氟量相对高，其耐酸、耐碱、抗腐蚀，耐候佳，抗污染等性能优异。其主要特点为：无毒无害、绿色环保；双组份交联固化，成膜效果好；优异的耐候性和耐久性；优异的耐油性、耐水性和耐溶剂性能；施工简单，辊涂、喷涂即可；户外耐候性可达二十年以上。氟碳防护涂料适用于混凝土桥梁、大坝混凝土、核电站混凝土等重防腐领域的混凝土。

3.2 施工工艺

(1) 基面处理：施工前进行基层处理、验收，如表面孔洞比较大的部位，应先用高强度水泥砂浆进行局部修补。然后对混凝土基面上的浮尘、凹凸不平部位采用角磨机进行打磨处理，再将表面打磨下来的砂粒、灰尘采用大功率吹风机清除干净，从而使基面洁净、平整。

(2) 界面剂涂刷：在涂刷界面剂前保证基面浮尘清除干净。界面剂由人工采用滚筒方式涂刷，局部位置采用排刷涂刷，涂刷部位应无流挂、无漏涂，做到涂刷均匀。

(3) 薄层修复材料涂刷：专用界面剂涂刷后等待一段时间，保证表面干燥后，再进行薄层修复材料涂刷，涂刷厚度需大于1.0mm，对表面的气泡、细微裂缝等进行封闭及找平，不仅可以保证基面平整，还能有效防止流挂和触变。

(4) 界面剂涂刷：界面剂再次由人工采用滚筒方式涂刷，局部位置采用排刷涂刷，涂刷部位应无流挂、无漏涂，做到涂刷均匀。

(5) 氟碳涂料涂刷：待专用界面剂干燥后，滚涂氟碳涂料(使用前预先上下搅拌均匀，防止出现上下不均、成膜不好的现象)，材料用量约200g/m2，人工效率约200～300m2/人·天。需涂刷第二遍的，待第一遍干燥后，再涂刷第二遍，否则有龟裂风险。

3应用研究

混凝土坝上游面主要受后期水库运行时冻害、老化等侵害，特别是混凝土裂隙渗水以及表面含水低温结冰后会发生冻胀，极易损伤混凝土表面，甚至造成大体积混凝土局部冻融破坏。涂刷防护涂层可以在混凝土表面形成保护层，阻止水溶介质进入混凝土，防止混凝土内部发生冻融破坏，进而提高混凝土耐久性，同时也起到了抗硫酸盐、氯离子等侵蚀的作用。选择单组分(脂肪族)聚脲防护可有效的降低库区运行时侵害，选择防护厚度为1.5mm。单组分(脂肪族)聚脲对混凝土形成膜，防水性好，可有效的阻止水分侵入，具有良好的拉伸强度和抗冻性能。可有效防止混凝土表面因细微裂缝或气泡造成冻融破坏，且防护膜具备一定的延展性，极端气温可适应混凝土微小的变形，增加混凝土抗渗、抗老化、抗冻融性能。

混凝土坝泄洪排沙时，底孔孔内最大流速为22m/s，流速较大，且表面因过水断面含泥沙的水流冲刷磨蚀，对混凝土基面抗冲磨要求较高。为改善水工结构的抗冲磨、空蚀以及冻融能力，数十年来，国内外学者一直致力于研究高速水流的侵蚀和破坏以及水利水电设施的维护，所涉及的抗冲磨材料诸多[9]～[10]。因此对常态混凝土基面采用性能优异的高强度耐磨砂浆防护（GMT新型快速修复抗冲磨材料），具有防渗、抗冲蚀以及粘结能力强等优势，选择防护厚度为5mm，可有效的解决高速水流冲刷、磨蚀等问题。

混凝土坝下游面主要受恶劣自然天气条件侵害，选择氟碳防护，涂刷2遍。其优异的耐水性、耐油性和耐溶剂性能，有效的防止混凝土碳化，可避免混凝土受冻害、风沙影响风化破坏等，以及恶劣自然天气条件的其他侵害问题。

4 结论

东台子水库混凝土坝修建完成后，对其不同部位根据功能使用要求对其混凝土基面进行整体防护处理，解决了前期混凝土外观质量问题，更有效增强混凝土坝在运行过程中的抗冲磨、抗冻害、耐老化、防碳化等预期目标效果，使混凝土坝使用安全和寿命大幅提升，可为同类坝型提供借鉴。

5 参考文献

[1] 于佳华.东台子水库库区冲淤计算分析[J].中国水能及电气化,2015(3):4.

[2] 王娇.基于冻融循环与硫酸盐侵蚀耦合作用的水工混凝土耐久性试验研究[J].水利规划与设计,2019,No.190(08):82-85.

[3] 汪海龙.沿海地区水工混凝土中氯离子扩散效应模拟试验研究[J].水利规划与设计,2018,No.174(04):99-102.

[4] 宋立元.两款混凝土表面防护涂料性能对比试验及应用[J].水利技术监督,2018,No.145(05):23-25+224.

[5] 段发能,郭敏.浅谈新疆某水库混凝土面板抗冻害防护施工[J].建筑工程技术与设计,2018(21):2366.