防渗裂缝自愈剂在奋斗水库筑坝工程中的应用

周星任，陈佳礼，杨盛凯，张国慧

(中国水利水电第十六工程局有限公司勘测设计院，福建 福州 350003)

防渗裂缝自愈剂在奋斗水库筑坝工程中的应用

周星任，陈佳礼，杨盛凯，张国慧

(中国水利水电第十六工程局有限公司勘测设计院，福建 福州 350003)

结合奋斗水库筑坝建设工程特点，阐述了天然砂石骨料在奋斗水库筑坝施工建设中的应用技术和新型(裂缝自愈型)防水材料“防渗裂缝自愈外加剂(SKJ-Bestone A)”的原理和应用技术.应用表明变态混凝土掺入防渗裂缝自愈外加剂(SKJ-Bestone A)后，改善了变态混凝土的和易性，混凝土的凝结时间稍有缩短，力学性能与不掺相比基本相当，但耐久性能得到提高，特别是抗渗性能提高明显，且对变态混凝土产生的裂缝具有愈合作用，可以在防渗抗裂混凝土中推广应用.

碾压混凝土坝；裂缝；防渗；自愈

1 工程概况

奋斗水库行政区划属于黑龙江省穆棱市，距穆棱镇东南14.1 km的穆棱河干流上游.水库以城镇供水为主，结合防洪，兼顾灌溉和发电等综合利用任务.水库为大(Ⅱ)型，属Ⅱ等工程.主要建筑物挡水坝段、泄水坝段、进水口坝段、鱼道坝段为Ⅱ级，导流洞封堵标准为Ⅱ级，厂房、鱼道、进出水口、鱼池次要建筑物为Ⅲ级，电站坝后式厂房为小(Ⅱ)型，Ⅲ级建筑物.导流建筑物为Ⅳ级；进场道路等级参照Ⅳ级，坝下交通桥为大桥，汽车荷载等级为公路Ⅱ级；坝肩边坡为Ⅱ级，电站厂房边坡为Ⅲ级.水库最大坝高45.9 m,坝顶高程385.90 m,正常蓄水位为382.00 m，死水位为362.00 m，校核总库容为2.13×108m3，其中兴利库容为1.47×108m3，防洪库容0.49×108m3；装机容量4.0 MW，多年平均发电量1 060×104kW·h.枢纽采用全断面碾压混凝土重力坝(RCC坝)，水库混凝土工程量共约277 247 m3，其中常态混凝土45 426 m3，碾压混凝土209 076 m3，变态混凝土22 745 m3.

大坝上游设置第一防渗层变态混凝土和第二防渗层碾压混凝土，水库大坝属中坝，坝体防渗特别重要.根据建设单位要求，为提高本工程大坝防渗层混凝土及大坝混凝土层间结合的抗渗性能，引进“防渗裂缝自愈外加剂(SKJ-Bestone A)”(以下简称防渗自愈剂)掺入防渗层碾压及变态混凝土和大坝混凝土层间结合砂浆，以提高防渗性能，保证大坝质量.根据现场实际原材料、混凝土生产设备及环境条件展开防渗变态混凝土、防渗砂浆及灰浆的试验，用以分析掺入防渗自愈剂对混凝土性能的影响.

2 防渗自愈剂的应用技术领域

2.1 天然骨料的应用

本工程采用全断面碾压混凝土重力坝(RCC坝).RCC坝中的混凝土砂砾石骨料由腰岭子砂砾石料场开采加工，混凝土细骨料为天然砂，采砂时获得40%粗骨料(砾石)，剩下60%粗骨料采用人工碎石.混凝土所使用的细骨料是天然砂，使用的天然砂细骨料细颗粒较少，经试验，粒径<0.16 mm的细砂含量仅为2.5%，小于原《奋斗水库工程碾压混凝土配合比试验报告》中天然砂的细颗粒含量，采用原报告中10%的粉煤灰替砂量，无法满足碾压混凝土对细骨料粒径<0.16 mm含量的要求(根据规范要求及施工经验，细骨料中<0.16 mm粒径颗粒最佳含量宜为16%～22%)[1].

2.2 优化天然骨料的应用参数

根据碾压混凝土工艺性试验取芯成果表明：部分粗骨料表面裹粉，因碾压混凝土用水量较少，无法充分溶释粘附在粗骨料表面的石粉，在骨料与砂浆形成薄弱面[2].针对以上原因，为确保碾压混凝土施工质量，专家组建议采取以下几项措施加以解决：

(1)优化碾压混凝土配合比

①增加碾压混凝土中细颗粒含量，提高混凝土浆砂体积比，使碾压混凝土泛浆更充分，以改善碾压混凝土层间结合及提高其密实性，将粉煤灰替砂量由原先的10%上调至12%.

②本地区昼夜温差大，白天温度高于30 ℃，水分蒸发较快，VC值[碾压混凝土拌和物的工作度，在规定振动频率及振幅、规定表面压强下，振至表面泛浆所需要的时间(以s计)]损失较大.为满足现场施工要求，在配合比中增加3 kg/m3用水量，将碾压混凝土拌和物机口VC值由目前的2～5 s下调至1～4 s.

③配合比的其它参数不变.由于变态混凝土由碾压混凝土加浆而成，根据上述碾压混凝土优化方案，相应调整变态混凝土配合比.优化后碾压及变态混凝土配合比(见表1).

表1 RCC配合比优化后参数

(2)加强粗骨料筛分冲洗力度，减少粗骨料表面裹粉量.

(3)延长碾压混凝土拌和时间，将碾压混凝土搅拌时间由目前采用的70 s调整为90 s.

2.3 防渗性

石粉是碾压混凝土原料砂的重要指标,在水工界中一般采取人工砂、天然砂外掺石粉或粉煤灰代砂等技术措施,但因奋斗水库工程是百年之大计,建设单位非常重视，在中国水科院的引导下，采用新型(裂缝自愈型)防水材料“防渗自愈剂”通过现场试验研究,在使用天然砂石骨料拌制的碾压混凝土中，引进“防渗自愈剂”掺入防渗层碾压及变态混凝土和大坝混凝土层间结合砂浆，以提高防渗性能[3]，弥补了天然骨料中裹粉所构成难以冲洗造骨料与砂浆形成的薄弱面.再辅以适量的粉煤灰代砂,拌制的混凝土可以应用在碾压混凝土坝,为使用天然骨料作为碾压混凝土用料以及在防渗工程方面提供施工经验.

3 防渗自愈剂的应用及原理

变态混凝土是介于常态混凝土和碾压混凝土之间的一种特殊混凝土，是在已经摊铺的碾压混凝土中掺入一定比例的灰浆，然后振捣密实的混凝土，能解决由于碾压混凝土坝贴近模板周边的部分存在不便于碾压，难以获得光洁致密表面的问题[4].变态混凝土在碾压混凝土筑坝施工中的应用，有效解决了靠近模板部位碾压不便的问题，提高了碾压混凝土的施工速度，减少了异种混凝土之间的薄弱结合部位，但人工振捣密实情况，如若控制不好，依然可能存在一定的质量缺陷，而防渗自愈剂具有增加了混凝土或砂浆体的密实度，从而达到了防水的目的.引进防渗自愈剂掺入防渗层碾压及变态混凝土和大坝混凝土层间结合砂浆，以提高防渗性能，保证大坝质量，提高了碾压混凝土防渗效果.

4 防渗自愈剂的应用效果

4.1 砂浆配制方案

未添加、添加防渗自愈剂砂浆配合比(见表2),试验结果(见表3).

表2 未添加、添加防渗自愈剂砂浆配合比

注：减水剂、引气剂掺量为胶凝材料用量的0.8%、0.005%

表3 未添加、添加防渗自愈剂砂浆试验结果

由上表3试验结果可见，添加防渗自愈剂砂浆稠度较不添加的变化不大，高标号砂浆28 d龄期强度低于不添加的砂浆，90 d龄期强度高于不添加的砂浆.此特性对砂浆摊铺更容易、对砂浆施工质量有利.

4.2 变态混凝土配制方案

变态混凝土是由碾压混凝土加5.0%(体积比)变态混凝土灰浆配制而成.此处构成变态混凝土的碾压混凝土不添加防渗自愈剂，其全部添加到灰浆中配制变态混凝土灰浆，再将碾压混凝土与变态混凝土灰浆在拌和机搅拌均匀，即机拌变态混凝土.机拌变态混凝土具有拌和均匀、加浆比例精确、易于施工的特点.此处试验也采取碾压混凝土加变态混凝土灰浆机拌的方式配制变态混凝土.未添加、添加防渗自愈剂变态混凝土配合比(见表4)[6],试验结果(见表5～表7)[7].

表4 未添加、添加防渗自愈剂变态混凝土配合比

注：(1)C9025W6F300二级配、C9020W6F100二级配引气剂掺量为胶凝材料用量的0.16%、0.10%；(2)变态混凝土设计坍落度为30～50 mm

表5 未添加、添加防渗自愈剂变态混凝土拌和物及力学性试验结果

表6 未添加、添加防渗自愈剂变态混凝土极限拉伸

表7 未添加、添加防渗自愈剂变态混凝土耐久性(抗冻、抗渗)试验结果

注：(1)抗渗试验采用《水工混凝土试验规程》(SL352—2006)中的4.22节“混凝土相对渗透性试验”方法，恒压水压力1.2 MPa，稳压24 h；(2)计算相对渗透性系数时混凝土吸水率取0.03

上述试验结果可见，变态混凝土添加防渗自愈剂混凝土拌和物较未添加该外加剂的和易性变化不大，混凝土含气量略有减小；添加防渗自愈剂的C9025W6F300二级配变态混凝土设计龄期(90 d)抗压强度较未添加该外加剂的抗压强度略有降低，劈裂抗拉强度、轴拉强度90 d龄期略有提高，渗水高度降低，抗渗效果较好，抗冻性能略有提高；添加防渗自愈剂的C9020W6F100二级配变态混凝土设计龄期(90 d)抗压强度较未添加该外加剂的抗压强度有所提高，劈裂抗拉强度、轴拉强度略有降低，渗水高度略有降低.由于未添加防渗自愈剂的变态混凝土本身抗渗效果能满足设计抗渗等级要求，因此添加防渗自愈剂提高抗渗效果不明显，抗冻性能略有提高.

5 结 语

根据奋斗水库实际工程条件，通过中国水科院的研究，引进防渗自愈剂掺入防渗层，变态混凝土和大坝混凝土层间结合砂浆，投入筑坝施工建设工程中后，改善了变态混凝土的和易性，混凝土的凝结时间稍有缩短，力学性能与不掺相比基本相当，但耐久性能得到提高，特别是抗渗性能提高明显，且对变态混凝土产生的裂缝具有愈合作用，可以在防渗抗裂混凝土中推广应用.防渗自愈剂的应用是新型材料在碾压混凝土筑坝应用技术中的一个新台阶,可为其他类似工程提供参考.

[1] 中国水利水电科学研究院.J1754—2014水工混凝土砂石骨料试验规程[S].北京：中国电力企业联合会，2014.

[2] 李树芳.浅析碾压混凝土重力坝的抗渗性能和防渗措施[J].科研,2016(10):155.

[3] 周月霞.水工隧洞混凝土裂缝分析及加固研究[D].北京：中国水利水电科学研究院,2016.

[4] 雷秀玲,孟继慧,刘亚莲,等.高抗冻变态混凝土配制技术研究[J].东北水利水电,2016,34(10):41-42.

[5] 王 芳.水工混凝土的抗渗性研究[J].甘肃科技,2011,27(11):131-132.

[6] 中华人民共和国水利电力部.SD105-82水工混凝土试验规程[S].北京：中国水利电力出版，1983.

[7] 陆 翔.混凝土施工中的抗渗抗裂研究[J].工程技术(建筑)，2017，3(6)：365.

Applicationof“BodyWaterproofAdmixture”inFengdouReservoirDamConstruction

ZHOU Xing-ren, CHEN Jia-li, YANG Sheng-kai, ZHANG Guo-hui

(Survey and Design Institute of Water Conservancy and Hydropower, Sinohyrdo 16th Co., Ltd., Fuzhou 350003, China)

Combined with the constructing characteristics of Fengdou Reservoir, the application of natural aggregate and the principles and application technology of new waterproof materials——impermeable crack self-healing admixture (SKJ-Bestone A) used in the dam construction project of Fengdou Reservoir are respectively delivered. The actual test shows that the introduction of impermeable crack self-healing admixture (SKJ-Bestone A) to GEVR improves the workability of concrete and the concrete setting time is slightly shortened, with equal mechanical properties compared with normal materials, while the durability is improved, especially the anti permeability performance improved significantly, achieving good healing effect on cracks of GEVR, which can be widely used in impermeable anti-crack concrete.

RCC dam; crack; seepage control; self healing

2017-05-15

周星任(1989-)，男，贵州兴仁人，助理工程师，研究方向为水利水电工程试验检测及施工管理.

10.3969/j.issn.2095-7092.2017.05.014

TV441

A

1008-536X(2017)05-0060-04