水庫混凝土面板抗凍害表面處理

姚志偉，張建偉

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西省忻州市 035503）

水庫混凝土面板抗凍害表面處理

姚志偉，張建偉

（山西西龍池抽水蓄能電站有限責任公司，山西省忻州市 035503）

針對山西西龍池電站下水庫混凝土面板的防凍、防滲表面處理，提出涂刷改性聚氨酯防水涂層的抗凍害防護措施，此項處理措施可以對混凝土面板防凍融，提高混凝土耐久性起到積極作用，保護效果顯著。

水庫；防凍；保護

0 引言

山西西龍池抽水蓄能電站位于忻州市五臺縣境內，滹沱河與清水河交匯處上游約3km處的滹沱河左岸。電站為山西省第一座抽水蓄能電站，裝機容量為1200MW，安裝有4臺300MW豎軸單級混流可逆式機組，額定水頭640m，最高揚程704m。電站主要承擔調峰填谷及事故備用等任務，同時兼備黑啟動功能。

1 事件經過

西龍池電站下水庫為岸邊式水庫，由一座瀝青混凝土面板堆石壩和庫岸圍成，正常蓄水位838.0m，死水位798.0m，庫底高程785.0m，最大庫深55m，工作水深40m，最大水位降落速度6.2m/h。總庫容494.2萬m3，調節庫容421.5萬m3，下水庫無天然徑流補給，水庫初期充水及永久補水水源均為2km外的泉水，經2級泵站抽水供給。由于水庫存在庫水外滲和無徑流補給的特定因素，需將全庫進行防滲處理，經技術、安全和經濟比較，水庫防滲型式為庫岸巖坡采用混凝土面板防滲，壩坡與庫底采用簡式瀝青混凝土面板防滲的混合式防滲形式。

西龍池電站下水庫工程區處于北溫帶，靠近北寒帶冬季嚴寒，年極端最高氣溫為39.1℃，極端最低溫度為-30.4℃，在多年平均氣溫中，日平均氣溫低于0℃天數為107天，日平均氣溫低于-3℃天數為85天，庫水位變化幅度大（最大工作水深40m，最大水位降落速度6.2m/h），且頻繁，存在混凝土防滲面板冬季防冰凍問題。加之西龍池電站下水庫混凝土防滲面板坐落在1:0.75較陡的邊坡上，施工及養護均較困難，致使混凝土面板表面不光潔平整，裂縫也較多，本工程無徑流補給，補水費用較高，故混凝土防滲面板的冬季防凍害問題更加突出。

2 原因分析

西龍池電站下水庫處于嚴寒地區，年極端最低氣溫達-30.4℃，日平均氣溫低于-3℃的天數有85天，因此根據《水工建筑物抗冰凍設計規范》（DL/T 5082—1998），水庫面板年平均冰凍日數估計不小于85天。由于抽水蓄能電站每天的日常運行為一天實現一個抽水—發電工作的循環過程，當在冬季運行抽水時，水位變化區的混凝土面板溫度隨著水位的下降，由水溫下降到當時的氣溫-3℃以下，此時面板孔隙水將會隨之結冰；發電時，隨著水位上升，水位變化區處于冰凍狀態的面板隨著被水淹沒，溫度將上升到3℃以上，則面板解凍。因此，蓄能電站一個抽水—發電循環也伴隨著面板的一個凍融循環，抽水蓄能電站混凝土面板遭受凍融循環現象將比常規水電站擋水面板所受凍融循環的頻率要頻繁得多。

下水庫庫岸部分采用混凝土面板防滲，由于庫區冬季漫長而嚴寒，春季干旱而多風，受自然氣候的影響，混凝土面板在水庫的正常運行過程中必然會有新增裂紋不斷產生、原有裂縫的開展、遭受冰融循環的破壞、冰撥作用的破壞、滲透破壞等一系列病害作用，上述病害循環往復，將極大威脅混凝土面板結構的安全乃至水庫的正常運轉，因此開展提高混凝土面板的使用耐久年限及抗凍害防護工作就顯得尤為重要。

所以，抽水蓄能電站水位變化區的面板工作條件要比常規水電站防滲面板的工作條件在凍害問題上要惡劣得多，故需要對防滲面板提出更高的抗凍要求。

3 采取的措施及處理結果

凍融是氣候寒冷地區影響混凝土耐久性的主要因素之一。當溫度降到足夠低時，混凝土內的水分將結冰而產生膨脹內應力，由溫度變化引起混凝土內疲勞應力將是比較大的，這必將影響到混凝土的耐久性。混凝土產生凍融破壞必須具備兩個條件：一是混凝土必須與水接觸或混凝土中含有一定的含水量；另一是混凝土所處的自然環境必須存在反復交替的正負溫度。

提高混凝土的抗凍性能主要有兩種方式，一是提高混凝土本身的抗凍標號；另一種是對混凝土提供運行期的抗凍保護措施，也同樣能達到提高混凝土的抗凍能力。由于西龍池下水庫現已投入使用，第一種方式已不適用。混凝土低溫下產生凍脹破壞的基本原因為水順著裂隙和毛細管滲入混凝土中，在低溫時水結冰而膨脹從而導致混凝土的破壞。因此，如果不讓水滲入混凝土中間去，即使溫度較低，也不會發生混凝土的凍脹現象。不使水滲入混凝土中間去，有兩條途徑，一條是提高混凝土的密實程度，盡可能減少混凝土中的空隙尤其是連通型的空隙的數量；另外一條是在混凝土表面涂防水涂料，把水和混凝土隔開。

因此對西龍池電站下水庫庫岸混凝土面板進行聚氨酯防水粘結涂料涂刷處理。

3.1 清理基層

使用水和風清洗吹掃需要處理的面板基層，保證基層干燥、無雜物、無浮塵，對于面板表面有明顯苔痕的地方，使用角向磨光機或電動鋼絲刷打磨。

3.2 涂刷冷底子油

將彈性聚氨酯防水材料的A、B組分按A∶B=1∶2的比例準確計量、均勻混合后，加入防水材料總量10%的高標號汽油拌和均勻，使用滾筒或毛刷進行基層的冷底油涂刷。要求覆蓋所有需要防護處理的基層表面，不得有露點現象。

3.3 涂刷底層

冷底子油固化后，即可進行底層涂刮。將彈性聚氨酯防水材料的A、B組分按A∶B=1∶2的比例準確計量、均勻混合后，使用刮板進行底層的涂刮，涂刮厚度控制在0.5mm左右，要求材料涂刮均勻。

3.4 鋪設中堿玻纖布

底層涂刮完畢后，自上而下鋪設10×8玻纖布，并使用掃把掃壓密實，要求鋪設平整無褶皺。

3.5 涂刷中層

底層材料固化約10h后，即可進行中層涂刷，涂刷工藝同上。涂刷厚度控制在0.5mm左右，要求材料涂刷均勻。

3.6 涂刷面層

中層材料固化后，即可進行面層涂刷，涂刷工藝同上。涂刷厚度控制在0.5mm左右，要求涂刷均勻。施工總厚度不小于1.5mm。

以一個區為一個單位，截止到工程完工，混凝土面板抗凍害防護處理工程共計驗收單元工程12個，優良12個，優良率100%。

3.7 達到的效果和實驗

實驗塊選擇為朝陽與背陰面各一塊，為觀察方便，均選擇在塊的下部。其中朝陽塊處理范圍內有兩條0.2～0.3mm的裂縫。抗凍防護試驗方案為改性聚氨酯涂層處理措施，改性聚氨酯涂層材料性能見表1。朝陽塊涂層中加有中堿玻纖布，涂層厚度為1.5～2mm，面積約為200m2：背陰塊涂層厚度為1.5mm，面積約100m2。涂層顏色均為銀灰色。

表1 改性聚氨酯涂層材料主要技術指標要求表Tab.1 One Modified polyurethane coating material，main technical parameters table

經過一個冬季的裸露考驗，用肉眼表面檢查：涂層范圍未發現原老裂縫處有裂縫開展和其他處有新裂縫產生的跡象，涂層與混凝土之間也未見有鼓包和脫落現象，可見黏接是牢固的；用手觸摸檢查：涂層仍富有彈性，說明涂層未發生明顯的物理及化學變化，其有一定的耐老化性能。因此，試驗應是成功的。并且，由于涂層顏色均勻，看不到原混凝土裂縫等缺陷痕跡，從美觀上說，處理效果是好的。

4 結束語

從我國北方地區水利設施的凍害情況可以看出，目前我國水電行業的抗凍標準偏低，這在李金玉的研究成果和國外的水工建筑物的抗凍性要求中可以得出，這一點在《水工建筑物抗凍設計規范》（DL/T 5082—1998）的條文說明中也有體現。

抽水蓄能電站由于它特有的運行方式，使得它的混凝土面板在抗凍性要求方面需要提出更高的要求，因此基于現有抗凍規范要求的防滲面板設計有可能不能滿足面板的抗凍性要求和耐久性要求。

經過表面聚氨酯隔水涂料處理后，由于涂層的保溫和隔水作用，對面板裂縫的開展和冰凍均起到抑制作用。改性聚氨酯隔水涂料作為建筑物或一般水電工程擋水建筑物表層防水材料具有較好的耐久性，但在水位變幅較大的抽水蓄能電站擋水建筑物上大面積使用其耐久性如何，還有待時間的檢驗。

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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

姚志偉（1984—），男，大學本科，助理工程師，運維檢修部專責，靜止變頻器系統和勵磁系統的運行、維護工作，監控系統控制邏輯，抽水蓄能電站機電設備及水工構建筑物的運行、維護工作。Email:zhiwei-yao@sgxy.sgcc.com.cn

張建偉（1982—），男，大學本科，工程師/注冊安全工程師，運檢部主任；安全管理、抽水蓄能電氣管理;抽水蓄能電站安全運行、維護、檢修管理。Email:88511745@qq.com