水库混凝土面板抗冻害表面处理

姚志伟，张建伟

（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省忻州市 035503）

水库混凝土面板抗冻害表面处理

姚志伟，张建伟

（山西西龙池抽水蓄能电站有限责任公司，山西省忻州市 035503）

针对山西西龙池电站下水库混凝土面板的防冻、防渗表面处理，提出涂刷改性聚氨酯防水涂层的抗冻害防护措施，此项处理措施可以对混凝土面板防冻融，提高混凝土耐久性起到积极作用，保护效果显著。

水库；防冻；保护

0 引言

山西西龙池抽水蓄能电站位于忻州市五台县境内，滹沱河与清水河交汇处上游约3km处的滹沱河左岸。电站为山西省第一座抽水蓄能电站，装机容量为1200MW，安装有4台300MW竖轴单级混流可逆式机组，额定水头640m，最高扬程704m。电站主要承担调峰填谷及事故备用等任务，同时兼备黑启动功能。

1 事件经过

西龙池电站下水库为岸边式水库，由一座沥青混凝土面板堆石坝和库岸围成，正常蓄水位838.0m，死水位798.0m，库底高程785.0m，最大库深55m，工作水深40m，最大水位降落速度6.2m/h。总库容494.2万m3，调节库容421.5万m3，下水库无天然径流补给，水库初期充水及永久补水水源均为2km外的泉水，经2级泵站抽水供给。由于水库存在库水外渗和无径流补给的特定因素，需将全库进行防渗处理，经技术、安全和经济比较，水库防渗型式为库岸岩坡采用混凝土面板防渗，坝坡与库底采用简式沥青混凝土面板防渗的混合式防渗形式。

西龙池电站下水库工程区处于北温带，靠近北寒带冬季严寒，年极端最高气温为39.1℃，极端最低温度为-30.4℃，在多年平均气温中，日平均气温低于0℃天数为107天，日平均气温低于-3℃天数为85天，库水位变化幅度大（最大工作水深40m，最大水位降落速度6.2m/h），且频繁，存在混凝土防渗面板冬季防冰冻问题。加之西龙池电站下水库混凝土防渗面板坐落在1:0.75较陡的边坡上，施工及养护均较困难，致使混凝土面板表面不光洁平整，裂缝也较多，本工程无径流补给，补水费用较高，故混凝土防渗面板的冬季防冻害问题更加突出。

2 原因分析

西龙池电站下水库处于严寒地区，年极端最低气温达-30.4℃，日平均气温低于-3℃的天数有85天，因此根据《水工建筑物抗冰冻设计规范》（DL/T 5082—1998），水库面板年平均冰冻日数估计不小于85天。由于抽水蓄能电站每天的日常运行为一天实现一个抽水—发电工作的循环过程，当在冬季运行抽水时，水位变化区的混凝土面板温度随着水位的下降，由水温下降到当时的气温-3℃以下，此时面板孔隙水将会随之结冰；发电时，随着水位上升，水位变化区处于冰冻状态的面板随着被水淹没，温度将上升到3℃以上，则面板解冻。因此，蓄能电站一个抽水—发电循环也伴随着面板的一个冻融循环，抽水蓄能电站混凝土面板遭受冻融循环现象将比常规水电站挡水面板所受冻融循环的频率要频繁得多。

下水库库岸部分采用混凝土面板防渗，由于库区冬季漫长而严寒，春季干旱而多风，受自然气候的影响，混凝土面板在水库的正常运行过程中必然会有新增裂纹不断产生、原有裂缝的开展、遭受冰融循环的破坏、冰拨作用的破坏、渗透破坏等一系列病害作用，上述病害循环往复，将极大威胁混凝土面板结构的安全乃至水库的正常运转，因此开展提高混凝土面板的使用耐久年限及抗冻害防护工作就显得尤为重要。

所以，抽水蓄能电站水位变化区的面板工作条件要比常规水电站防渗面板的工作条件在冻害问题上要恶劣得多，故需要对防渗面板提出更高的抗冻要求。

3 采取的措施及处理结果

冻融是气候寒冷地区影响混凝土耐久性的主要因素之一。当温度降到足够低时，混凝土内的水分将结冰而产生膨胀内应力，由温度变化引起混凝土内疲劳应力将是比较大的，这必将影响到混凝土的耐久性。混凝土产生冻融破坏必须具备两个条件：一是混凝土必须与水接触或混凝土中含有一定的含水量；另一是混凝土所处的自然环境必须存在反复交替的正负温度。

提高混凝土的抗冻性能主要有两种方式，一是提高混凝土本身的抗冻标号；另一种是对混凝土提供运行期的抗冻保护措施，也同样能达到提高混凝土的抗冻能力。由于西龙池下水库现已投入使用，第一种方式已不适用。混凝土低温下产生冻胀破坏的基本原因为水顺着裂隙和毛细管渗入混凝土中，在低温时水结冰而膨胀从而导致混凝土的破坏。因此，如果不让水渗入混凝土中间去，即使温度较低，也不会发生混凝土的冻胀现象。不使水渗入混凝土中间去，有两条途径，一条是提高混凝土的密实程度，尽可能减少混凝土中的空隙尤其是连通型的空隙的数量；另外一条是在混凝土表面涂防水涂料，把水和混凝土隔开。

因此对西龙池电站下水库库岸混凝土面板进行聚氨酯防水粘结涂料涂刷处理。

3.1 清理基层

使用水和风清洗吹扫需要处理的面板基层，保证基层干燥、无杂物、无浮尘，对于面板表面有明显苔痕的地方，使用角向磨光机或电动钢丝刷打磨。

3.2 涂刷冷底子油

将弹性聚氨酯防水材料的A、B组分按A∶B=1∶2的比例准确计量、均匀混合后，加入防水材料总量10%的高标号汽油拌和均匀，使用滚筒或毛刷进行基层的冷底油涂刷。要求覆盖所有需要防护处理的基层表面，不得有露点现象。

3.3 涂刷底层

冷底子油固化后，即可进行底层涂刮。将弹性聚氨酯防水材料的A、B组分按A∶B=1∶2的比例准确计量、均匀混合后，使用刮板进行底层的涂刮，涂刮厚度控制在0.5mm左右，要求材料涂刮均匀。

3.4 铺设中碱玻纤布

底层涂刮完毕后，自上而下铺设10×8玻纤布，并使用扫把扫压密实，要求铺设平整无褶皱。

3.5 涂刷中层

底层材料固化约10h后，即可进行中层涂刷，涂刷工艺同上。涂刷厚度控制在0.5mm左右，要求材料涂刷均匀。

3.6 涂刷面层

中层材料固化后，即可进行面层涂刷，涂刷工艺同上。涂刷厚度控制在0.5mm左右，要求涂刷均匀。施工总厚度不小于1.5mm。

以一个区为一个单位，截止到工程完工，混凝土面板抗冻害防护处理工程共计验收单元工程12个，优良12个，优良率100%。

3.7 达到的效果和实验

实验块选择为朝阳与背阴面各一块，为观察方便，均选择在块的下部。其中朝阳块处理范围内有两条0.2～0.3mm的裂缝。抗冻防护试验方案为改性聚氨酯涂层处理措施，改性聚氨酯涂层材料性能见表1。朝阳块涂层中加有中碱玻纤布，涂层厚度为1.5～2mm，面积约为200m2：背阴块涂层厚度为1.5mm，面积约100m2。涂层颜色均为银灰色。

表1 改性聚氨酯涂层材料主要技术指标要求表Tab.1 One Modified polyurethane coating material，main technical parameters table

经过一个冬季的裸露考验，用肉眼表面检查：涂层范围未发现原老裂缝处有裂缝开展和其他处有新裂缝产生的迹象，涂层与混凝土之间也未见有鼓包和脱落现象，可见黏接是牢固的；用手触摸检查：涂层仍富有弹性，说明涂层未发生明显的物理及化学变化，其有一定的耐老化性能。因此，试验应是成功的。并且，由于涂层颜色均匀，看不到原混凝土裂缝等缺陷痕迹，从美观上说，处理效果是好的。

4 结束语

从我国北方地区水利设施的冻害情况可以看出，目前我国水电行业的抗冻标准偏低，这在李金玉的研究成果和国外的水工建筑物的抗冻性要求中可以得出，这一点在《水工建筑物抗冻设计规范》（DL/T 5082—1998）的条文说明中也有体现。

抽水蓄能电站由于它特有的运行方式，使得它的混凝土面板在抗冻性要求方面需要提出更高的要求，因此基于现有抗冻规范要求的防渗面板设计有可能不能满足面板的抗冻性要求和耐久性要求。

经过表面聚氨酯隔水涂料处理后，由于涂层的保温和隔水作用，对面板裂缝的开展和冰冻均起到抑制作用。改性聚氨酯隔水涂料作为建筑物或一般水电工程挡水建筑物表层防水材料具有较好的耐久性，但在水位变幅较大的抽水蓄能电站挡水建筑物上大面积使用其耐久性如何，还有待时间的检验。

[1] 赵树东.堆石坝面板混凝土裂缝修复技术研究[J].中国高新技术企业，2010，（1）.ZHAO Shudong.Rockfill Dam Panel Concrete Crack Repair Technology Research[J].China High Technology Enterprises，2010，（1）.

[2] 龚有贵，缪买和，彭友勤，等.龙马水电站大坝混凝土面板裂缝修复[J].云南水力发电，2010，（1）.GONG Yougui，MIU Maihe，PENG Youqin，et al. The Dragon Hydropower Starion Dam Concrete Panel Crack Repair[J].Yunnan Water Power，2010，（1）.

[3] 董建华.混凝土面板裂缝控制与优化研究[J].现代商贸工业，2010，（2）.Dong Jianhua.The Concrete Crack Control Panel and Optimization Research[J].Modern Business Trade Industry，02，2010.

[4] 席隆海.水布垭大坝一期面板裂缝分析与处理[J].中国新技术新产品，2010，（6）.XI longhai. The Issue of Shuibuya Dam Panel Fracture Analysis and Processing[J].China New Technologies and Progucts，06，2010.

[5] 赵海洋.浅议九峰水库面板混凝土裂缝控制[J].浙江水利科技，2010，（2）.Zhao Haiyang. The Extraction of Nine Peaks Reservoir Concrete Crack Control Panel[J].The Water Conservancy Science and Technology of Zhe jiang，02，2010.

[6] 吴凤林，薛江明，杨华栋.砌石坝混凝土面板裂缝水下处理施工[J].水电与新能源，2010，（2）.WU Fenglin，XUE Jiangming，YANG Huadong.Build by laying Bricks or Stones Concrete Face of Rockfill Dam Crack Underwater Construction Processing[J].Water and Electricity and New Energy，02，2010.

[7] 高燕芳，牛栋.混凝土面板防渗及抗冻害处理技术的应用[J].山西水利科技，2009，（1）.GAO Yanfang，NIU Dong.The Processing Technology of the Concrete Seepage Control Panel and the Frost Resistance[J].Shanxi Hydrotechnics，01，2009.

[8] 李作光，范永思，于承跃，刘宝睿，刘桂红.丰满大坝重建施工期老坝漏水自动化设备改造及运行测试[J].水电与抽水蓄能，2016，2（3）：68-72.LI Zuoguang，Fan Yongsi，YU Chengyue，LIU Baorui，LIU Guihong.The Reform of Water Leakage Monitoring Equipment and Operation Tests in The Dam Rebuild[J].Hydropower and Pumped Storage，2016，2（3）:68-72.

Analyze the Handling of Resistance to Freezing Injury of the Reservoir

YAO Zhiwei, ZHANG Jianwei
(Shanxi Xilongchi Pumped Storage Power Station CO., LTD,Xinzhou 035503 China)

For Shanxi Xilongchi power station lower reservoir concrete face with resistance to freezingi njury ， defending against leakage surface treatment， put forward ameliorative measure of resistant to freezing injury that besmear modified polyurethane waterproof coating， the treatment measures of concrete face antifreezing melts， exert positive effects on improving the durability of concrete， the protection effect is remarkable.

reservoir; antifreeze; protect

TV738

A

570.20

10.3969/j.issn.2096-093X. 2017.01.018

2014-10-15

2015-6-15

姚志伟（1984—），男，大学本科，助理工程师，运维检修部专责，静止变频器系统和励磁系统的运行、维护工作，监控系统控制逻辑，抽水蓄能电站机电设备及水工构建筑物的运行、维护工作。Email:zhiwei-yao@sgxy.sgcc.com.cn

张建伟（1982—），男，大学本科，工程师/注册安全工程师，运检部主任；安全管理、抽水蓄能电气管理;抽水蓄能电站安全运行、维护、检修管理。Email:88511745@qq.com