面板堆石坝表面止水新型盖板的研究与应用

(中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410005)

目前，国内面板堆石坝混凝土面板的周边缝、垂直缝普遍采用“氯丁橡胶棒+塑性填料+橡胶盖板+不锈扁钢+不锈钢膨胀螺栓固定”的表面止水方式，但该盖板耐久性差，容易发生翻卷而失效，一旦失效，盖板下的塑性填料在水压力的作用下易发生挤压变形，从而减弱面板抗渗能力，影响大坝的安全运行。通过引进建筑聚脲防水材料，采用“二脲一布”全封闭新型柔性防渗盖板，作为面板堆石坝混凝土面板周边缝和垂直缝表面止水盖板替代橡胶盖板，试验证明效果良好。

1 “二脲一布”新型复合盖板结构特点

1.1 “二脲一布”盖板结构

混凝土面板的周边缝和垂直缝采用“二脲一布”形成盖板，即底层、面层均为聚脲，在两层聚脲中间铺设增强胎基复合布，聚脲固化后形成“单组分聚脲+增强复合布”组合的全封闭柔性防渗盖板。

1.2 聚脲材料特性

聚脲材料分为双组分聚脲和单组分聚脲，双组分聚脲由A(异氰酸酯-预聚体材料)、R(端胺基聚醚和胺扩链剂-活性材料)两个组分组成，AR组分混合后，在不到1min时间内生成聚脲而固化。

单组分聚脲是将R组分的端胺基经化学封闭后，与多异氰酸酯-NCO高分子预聚体混合，在无水状态下可保持体系稳定。使用时，空气中的水分会解除封闭体，释放出活性的端胺基与异氰酸酯-NCO高分子预聚体反应形成聚脲。单组分聚脲主要的特性指标见表1。

表1 单组分聚脲主要的特性指标(检测标准ASTM UVB-313，3000h)

与双组分聚脲相比，单组分聚脲有以下优点：

a.双组分聚脲需要混合、喷涂设备，在斜坡坝面喷涂设备移动和操作不方便，存在安全隐患。单组分聚脲采用桶装，即开即用，不需要专门的混合、喷涂设备，由人工自上而下涂刷，安全可控。

b.混凝土面板周边缝、垂直缝盖板投影宽度仅为15～20cm，采用双组分聚脲设备喷涂时受喷面积大不经济，并且周边缝、垂直缝盖板有阴角部位，不利于全覆盖。

c.单组分固化时间6～8h，满足复合布铺设时间要求，而双组分聚脲固化时间在1min内，影响复合布与聚脲的黏合性能。

1.3 增强复合布的选择

使用单组分聚脲专用胎基布，单组分聚脲专用胎基布主要检测结果见表2。

表2 聚脲专用胎基布的检测结果

1.4 界面剂的选择

根据目前国内裂缝处理的经验，选用E14潮湿面界面剂，E14潮湿面界面剂是一种100%固含量的环氧底漆，该底漆可在饱和水或干表面施工，是一种特种高性能环氧树脂，含有排湿基团，因此能够在饱和水表面涂装，且具有良好的黏接力，E14界面剂涂刷后固化时间一般在7h以上，黏接强度均大于2.5MPa，7d龄期的黏接强度接近最大值。E14潮湿面的特点有：可用于潮湿面混凝土，具有渗透性，可渗入混凝土表面，与混凝土之间的黏接强度高，主要性能指标见表3。

表3 E14潮湿面界面剂的主要性能指标

2 “二脲一布”新型盖板性能试验研究

2.1 盖板物理力学性能

“二脲一布” 新型盖板在实验室成型后，进行盖板物理力学性能室内试验，试验内容主要包括拉伸强度、伸长率、撕裂强度、硬度和附着力等，见表4。

表4 聚脲的主要力学性能指标

2.2 盖板抗冻性能试验研究

“二脲一布” 新型盖板在23℃和-45℃进行断裂伸长率和拉伸强度对比试验，试验结果表明，新型盖板在-45℃的情况下仍具有较高的柔性，断裂伸长率大于100%，拉伸强度随试验温度降低而增大，见表5。

2.3 老化试验研究

氙灯人工气候老化试验是以氙灯为光源，模拟强化光、热、空气、温度、湿度和降雨等主要因素的一种人工气候老化试验方法，从室内老化综合试验结果来看，“二脲一布”新型盖板抗老化能力均较常用的防水材料天然橡胶和三元乙丙橡胶盖板好，对比试验成果见表6。

表5 新型盖板抗冻性能试验成果

表6 新型盖板老化试验对比成果 单位：%

3 “二脲一布”新型盖板施工工艺及操作要点

3.1 “二脲一布”新型盖板工艺流程

“二脲一布”新型盖板工艺流程为： 基础面清理→涂刷底胶→手工嵌填“V”形槽内塑性填料→面板混凝土缝间表面填料鼓包机械成型施工→“二脲一布”新型盖板施工。

3.2 “二脲一布”新型盖板操作要点

沿柔性填料两侧混凝土面板表面涂刷潮湿型界面剂(每侧界面剂涂刷宽度25cm)，涂刷均匀、无漏涂。

待潮湿型界面剂表干后(12h)，直接刮涂聚脲。

涂刷第一遍聚脲后，等聚脲表干(估计6～8h)，聚脲与混凝土之间的接触宽度大于20cm时，再涂刷第二遍聚脲，并马上黏贴胎基布(聚脲胎基布)，胎基布与混凝土面的搭接长度为10cm，并与刮涂聚脲融为一体。聚脲表干后再涂刷第三遍和第四遍聚脲，直至涂层厚度达到4mm；涂刷聚脲后保证看不到胎基布。

每次涂刷一次成型，不要来回涂，防止出现小包。

3.3 工程应用

3.3.1 聚脲高分子材料工程应用

聚脲高分子材料自21世纪引进中国以来，已被广泛应用于混凝土防护、卡车耐磨衬里、钢结构防腐、屋面防水等领域。水利水电工程首次应用是在2003年引滦入津输水工程和新安江水电站溢流坝面进行的现场试验， 2004年8月在尼尔基水电站蜗壳中正式应用，并先后应用于溪洛渡水电站、拉西瓦水电站、小湾水电站、构皮滩水电站和南水北调等38个水利水电工程。

3.3.2 “二脲一布”新型盖板的工程应用

聚脲高分子材料的亲和性与保护性、适变性、防渗性、耐久性是其他材料不可以比拟的，此材料已在水利水电工程中广泛应用于防水、防冲和防耐磨涂层等工程中。“二脲一布”新型盖板是在聚脲涂层基础上发展而来的，2104年在浙江抽水蓄能电站上水库主、副面板堆石坝，采用“二脲一布”新型盖板替代橡胶或三元乙丙盖片，这也是国内水利水电工程首次在混凝土面板缝间表面止水中，全长、全断面地应用了“二脲一布”新型盖板。

浙江抽水蓄能电站上水库主、副面板堆石坝在39条混凝土面板垂直缝、周边缝采用了“二脲一布”新型盖板，盖板总长1324m。实施效果见图1、图2。

图1 二脲一布盖板施工图

图2 二脲一布盖板蓄水实体图

新型盖板进行盖板厚度和黏结强度检测成果见表7。

表7 “二脲一布”新型盖板现场检测成果

4 结 语

“二脲一布”新型盖板在浙江抽水蓄能电站工程中全断面替代了橡胶和三元乙丙卷材盖板。工程应用效果和试验检测结果显示，“二脲一布”新型复合盖板与常规的橡胶盖板相比，具有以下优良性能：

a.“二脲一布”新型复合盖板强度、抗变形能力、耐久性和混凝土黏接力等优良性能是其他传统材料不可比拟的。并且“二脲一布”新型复合盖板不需要在面板混凝土钻孔固定，相对常规的橡胶卷材盖板减少了对混凝土的破坏，可提高混凝土质量。

b.单组分聚脲刮涂在塑性填料和混凝土表面，固化后形成全封闭的柔性防渗涂层，与混凝土黏结成一体，既可以作为一道独立的表层止水层，又可以保护下部塑性填料，是一种能够对面板接缝实行柔性全封闭的表面止水新型结构型式。同时，中间的复合胎基布对盖板可避免周边缝和垂直缝应力集中及涂层变薄的现象发生。

c.单组分聚脲在涂刷过程中可渗入混凝土内部的微细裂缝和气孔内，和聚脲涂层一道形成独立的全封闭防水结构层，大大提高了面板接缝防渗的可靠性及防渗效果。

d.“二脲一布”新型复合盖板不需要使用大型施工和喷涂设备，采用人工手刮或涂刷即可，具有作业流程简单、方便、安全、维修简单、不用做专门的保护和便于推广等特点。

e.盖板施工结束后，采用自然养护，养护期间不怕雨淋、暴晒，不用做专门的保护，20天即可达到设计性能。