中国水电建设集团十五局有限公司第二工程公司 陕西西安 710016
摘要：新疆卡拉贝利水利枢纽工程位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，是克孜河上具有季调节性能的控制性工程，具有以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合效益。库区降水量小而蒸发强烈，冬季气温较低且漫长，气温日、年变幅大，气候干燥且多风，恶劣的自然气候条件要求我们在保证混凝土本身抗冻、防渗性能的基础上，需通过在面板混凝土表面涂刷聚氨酯防冻涂层，进一步提高其耐久性。本文根据卡拉贝利大坝面板混凝土弹性聚氨酯防冻涂层施工实践，从其涂层设计的意图、材料选择、施工工艺、应用效果等方面进行阐述。
关键词:混凝土聚氨酯涂层耐久性
一.工程概况
新疆卡拉贝利水利枢纽工程位于新疆克孜勒苏柯尔克孜自治州乌恰县境内，是克孜河上具有季调节性能的控制性工程，具有以防洪、灌溉为主，兼顾发电等综合效益。水库总库容2.62亿m3，电站装机容量70MW。挡水建筑物为混凝土面板砂砾石坝，坝顶高程1775.50m，最大坝高92.50m，坝长760.72m，上游坝坡1:1.7，下游坝坡1:1.8。
大坝面板混凝土采用C30W10F300，中抗硫酸盐水泥，掺螺旋形聚乙烯醇纤维；面板自上而下逐渐增厚，顶部厚度为0.4m，底部最大厚度为0.71m，面板最大坡长175.15m。
二．设计意图
根据喀什气象站多年的气象要素监测资料显示，坝址区年平均极端最高气温40.1℃，年平均极端最低气温-24.4℃，历年平均最大风速为19.74m/s，属于气温严寒、多变的大风地区。由于面板混凝土长期处于水环境和潮湿的环境中，在气温、大风等恶劣气候条件影响下，极易受到冻融循环、融冰撞击和其它应力的反复作用而产生冻融破坏，而这些都会导致面板混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性能降低。
因此，本工程借鉴新疆地区已有的类似工程抗冻融破坏，提高面板混凝土耐久性能的成功应用经验，在大坝面板1750.00m高程以上的水位变幅区，增设弹性聚氨酯防冻涂层，以增加面板混凝土的的抗冻及防渗性能，提高混凝土的耐久性。
三．弹性聚氨酯防冻涂层施工
3.1 材料选择
通过了解设计意图，我们有针对性的对新疆地区类似工程的面板混凝土聚氨酯防冻涂层材料和施工方案进行调研，结合设计指标要求，最终选用了在严寒地区同类坝高及以上混凝土面板坝面成果应用的，具有高强度，高抗冻、抗渗性能的外露型单组分聚氨酯防水涂料进行涂刷。聚氨酯防冻涂层结构为：基层涂刷界面剂+外露型单组分聚氨酯防水涂料（涂刷厚度1.2mm±0.2mm）。
外露型单组分高强聚氨酯防水涂料以功能性聚醚多元醇、脂肪族异氰酸酯及固化剂为主要反应原料，与多种助剂和填料配制而成，接触空气中的湿气而固化。该产品为外露型涂料，较为环保，具有防水性、耐黄变、高强度，良好的抗冲磨、抗老化性能，与多种基材粘结性优良。广泛用于要求暴露、抗冲磨、防水防腐、耐久性要求高的工程。
此涂料具有优异的综合力学性能，防水、防腐、抗冲刷、耐磨，粘结性优良；整体成膜性好，固化后无接缝、抗渗能力强；具有良好的耐候性、耐久型，高、低温性能优异；并且施工简便，使用寿命长，综合成本低。
主要性能指标见表1。
表1 聚氨酯防冻涂层主要性能指标
3.2 施工工艺
（1）基层处理
首先采用角向磨光机清理面板，除去板面上的浮尘和松动部位，使混凝土表面形成毛面以便粘接，然后将面板上的粉尘、杂物清洗干净，便于后续施工。
（2）涂刷界面粘接剂
待基面干净干燥后将专用界面剂使用滚筒涂刷于面板混凝土上，需覆盖所有混凝土的表面，涂刷均匀，不得有露点现象。
（3）外露型单组分高强聚氨酯防水涂料涂刷
利用喷涂机或人工刮板快速将材料涂刮在界面剂已表干的混凝土板面上，要求涂刮均匀、无漏点。施工完成后涂层厚度按设计要求保证在1.2mm±0.2mm。涂刮遍数一般人工涂刷需2～3遍，机械喷涂需要4～5遍即可满足要求，具体遍数需根据现场生产性试验及施工过程的实际情况确定，以满足设计指标为准。
3.3 质量检查与评价
面板表面弹性聚氨酯防冻涂层实行全过程质量检查，主要检查涂刷厚度和粘结强度，每涂刷2000m2进行一次检查并由现场监理监督执行：
（1）附近同等环境条件下选取1.0m2左右进行刮涂，7d后强度达到要求最终强度的60%以上后可进行粘结强度检测，14天强度可达到100%。
（2）在1.0m2的检测区域内，选取3.0个位置进行粘结强度检测，每处用专用刀切透涂层至混凝土面。
（3）将标准钢块用专用胶粘贴在测试位置，48h后采用粘结强度测试仪进行检测。
（4）粘结强度测试结果以平均值R表示，粘结强度按此公式计算：R=P/A，R--粘结强度（Mpa）；P---试样破坏时的荷载（N）；A---钢标准块粘结面积（mm2）。
下表2中仅列举了大坝弹性聚氨酯防冻涂层粘结强度测试及厚度检测统计表中的6组数据作为示意。
表2 粘结强度测试及厚度检测结果样表
根据本工程质量检查要求及最终检测数据统计结果，聚氨酯防冻涂层共计涂刷47286m2，粘结力及厚度检测24组，平均每1970m2检测一组，测得最小粘结力2.88Mpa，最大粘结力3.88Mpa，平均粘结力3.306Mpa；最小涂层厚度1.1mm，最大涂层厚度1.4mm，平均涂层厚度1.3mm，质量检测结果全部合格。面板表面弹性聚氨酯防冻涂层施工共计74个单元工程，验收合格率100%，优良率98.6%。
自2017年9月16日水库下闸蓄水至今已一年多时间，弹性聚氨酯防冻涂层与面板粘结牢固，未见鼓包和脱落现象；裂缝处理与表层止水结合处以及涂层范围内无老裂缝延伸发展以及新裂缝产生的迹象；涂层颜色均匀、富有弹性，具有一定的美观及抗老化性能。其对混凝土耐久性的增强有待长时间的验证。
3.5 涂层效果简析
混凝土发生冻融破坏的基本条件是交替变化的负温和混凝土内部水分，二者缺一不可。当混凝土内部温度降至冰点以下时，水分结冰而产生膨胀内应力，气温升高，冰融化后膨胀应力消失，导致混凝土内部产生较大的疲劳应力，最终导致的结果就是混凝土产生裂缝并逐渐发展，这将严重影响混凝土的耐久性。水是混凝土结构耐久性降低诸多因素的载体，水库蓄水后，压力作用下水沿着毛细管和裂隙进入混凝土内部，温度变化导致混凝土产生冻融破坏，因此提高混凝土抗冻性关键因素之一是避免水进入混凝土内部。面板浇筑完成后通过裂缝处理消除了混凝土表面及内部裂缝数量尤其是消除了贯通型裂缝；再通过在混凝土表面设置聚氨酯涂层，将水和混凝土隔绝开来，避免了因为水力作用导致裂缝发展，有效避免水进入面板内部，确保了混凝土的耐久性。
四．结论:
卡拉贝利大坝工程在1750m以上面板表面涂刷弹性聚氨酯防冻涂层的做法：一方面隔离了面板混凝土与水的接触，避免水进入面板内，提高了面板的防水、防渗效果；另一方面增加了面板与外界的热交换，维持冰面和面板间有一层不冻水，达到抗冰拔、抗冰推效果，提高了混凝土的耐久性；此做法有效提高混凝土面板的抗冻性，使面板混凝土不易受冻融、物理撞击、侵蚀等破坏，确保了大坝的安全，为水库的安全运行提供了保障。
论文作者:王宁远
论文发表刊物:《防护工程》2018年第29期
论文发表时间:2018/12/28
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