薄層材料在水利工程降糙改造提升運用

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摘要:文章針對水利工程降糙改造，重點研究裸露型PVC防滲膜、SK單組分聚脲涂層、YEC環(huán)氧防護(hù)涂層等3種薄層材料在維修改造中的應(yīng)用，通過對材料性能、技術(shù)指標(biāo)，施工工藝、施工條件、降糙效果和造價等方面對比分析，提出不同工類型工程在不同環(huán)境下的降糙選材，為水利工程降糙改造方案選擇提供借鑒。

關(guān)鍵詞:薄層材料;降糙;應(yīng)用

甘肅省已建成運行的疏勒河、景電、引大、引洮等諸多引調(diào)水工程，受水質(zhì)、泥沙含量、氣候環(huán)境、工程地質(zhì)等因素影響，部分工程存在混凝土表面侵蝕、磨損、糙率增大、過水能力不足等問題;在不改變原有結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，利用新型材料，投入少量的資金，通過技術(shù)處理，提高輸水能力，挖掘輸水潛力，最大化發(fā)揮工程效益將是今后輸調(diào)水工程改造的重要方向。

1水利工程降糙方法的應(yīng)用

根據(jù)渠道流量計算公式———謝才公式，從流量計算公式可以看出，在相同縱坡、相同斷面下，渠道糙率與輸水能力成反比，降低渠道糙率是提升渠道輸水能力，提高渠系水利用系數(shù)的重要手段。式中，Q—流量，m3/s，A—過水?dāng)嗝婷娣e，m2;C—謝才系數(shù);Ｒ—水力半徑，m;i—水力坡度;n—糙率。目前，水利工程主要通過鋼模板、機(jī)械化施工、增加添加劑等措施提高混凝土的密實度和面層光滑度，達(dá)到降糙的目的，用于表面降糙的薄層材料還處在探索、試驗階段。比較成功的有裸露型PVC防滲膜、SK單組分聚脲涂層材料和YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料降糙。

2薄層降糙材料的性能

2.1裸露型PVC防滲膜

裸露型PVC防滲膜是壓延的、厚度為1.5mm的彈性聚氯乙烯薄膜，是一種新材料，表面光滑，具有抗紫外線穩(wěn)定性好、不起泡、耐腐蝕、耐老化、耐穿刺、抗凍性、延展性較佳等特點，技術(shù)屬水利部“948”計劃水利建筑工程防滲處理施工新技術(shù)，2002年通過水利部“948”項目管理辦公室批準(zhǔn)立項引進(jìn)，2007年被列為水利部科技成果重點推廣計劃項目。性能指標(biāo)見表1。

2.2SK單組分聚脲涂層材料

SK單組分聚脲是一種新型高分子材料，屬于脂肪族，由含多異氰酸酯—NCO的高分子預(yù)聚體與經(jīng)封端的多元胺(包括氨基聚醚)混合，并加入其它功能性助劑所構(gòu)成，具有耐沖磨、耐老化、抗腐蝕、延展性好、無毒等特點，可用于飲用水工程。該技術(shù)被列入2015年度水利先進(jìn)實用技術(shù)重點推廣指導(dǎo)目錄。性能指標(biāo)見表2。

2.3YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料

YEC環(huán)氧防護(hù)涂層材料是采用環(huán)氧、醚氨酯雜合體系，對冷固化環(huán)氧樹脂進(jìn)行內(nèi)增塑，采用不同鏈段固化劑進(jìn)行固化，具備適合的韌性的涂層材料，具有抗?jié)B性、抗沖磨、抗凍裂、耐腐蝕、耐低溫和耐水性等特點，無毒，可用于飲用水工程。性能指標(biāo)見表3。

3降糙施工

3.1裸露型PVC防滲膜施工

裸露型PVC防滲膜主在甘肅省疏勒河昌馬灌區(qū)總干渠、西干四支渠、引大朵家灣渡槽、民樂縣大黃草溝渡槽及寧夏固海揚水項目維修改造均有應(yīng)用，降糙增流效果良好。3.1.1施工工序該方案主要包括施工準(zhǔn)備、基面清理、缺陷修補(bǔ)、面層層施工等工序。流程如圖1所示:

3.1.2施工工藝

基層清理:采用鏟除、打磨、沖洗等方式清理混凝土襯砌渠道內(nèi)垃圾、淤泥、水銹等雜物，保持混凝土表面干凈。缺陷修補(bǔ):專用砂漿修復(fù)渠道內(nèi)變形、錯位、破損等不平整部位，采用纖維布填充伸縮縫，保持施工基層平整。面層施工:確定渠道鋪設(shè)裸露性PVC防滲膜的位置，周邊并采用機(jī)械方法進(jìn)行固定，使用專用膠漿采用全粘或點粘方式將膜粘貼于渠道內(nèi)，壓實壓緊，用專用設(shè)備對搭接部位進(jìn)行焊接處理，保證膜的完整性。效果如圖2所示。

3.1.3注意事項

(1)施工前基面盡量保持干燥。(2)施工溫度不低于5℃。3.2SK單組分聚脲涂層施工SK單組分聚脲涂層材料在甘肅疏勒河昌馬總干渠渡槽、雙塔總干渠座槽和山西禹門口水利工程的14座渡槽中進(jìn)行了應(yīng)用。根據(jù)中國水利水電科學(xué)研究院對山西禹門渡槽的試驗結(jié)果，SK單組分聚脲涂層的糙率為0.0089～0.010，維修改造后渡槽壁面糙率降低21.98%，設(shè)計水深下的輸水能力提高3.204m3/s，提高幅度為28.28%。

3.2.1施工工序

該方案主要包括施工準(zhǔn)備、基面清理、缺陷修補(bǔ)、膩子修補(bǔ)、養(yǎng)護(hù)、基面處理、界面劑施工、面層施工等工序。流程如圖3所示:

3.2.2施工工藝

基面清理:鏟除原混凝土表面水銹、水泥凈漿，剔除表面松動和剝蝕部分，保持表面堅硬，外露新鮮骨料，用水清洗干凈，使其處于飽和狀態(tài)，但無明水。缺陷修補(bǔ):修補(bǔ)前在基面均勻涂刷改性聚合物凈漿，將按照配比拌制好的高性能改性聚合物修補(bǔ)砂漿對剝蝕深度≥5mm的部位進(jìn)行分層修補(bǔ)，做到密實平整。膩子刮涂:將拌制好的環(huán)氧膩子攤鋪剝蝕深度＜5mm的部位，壓實抹光，做到平整光滑。養(yǎng)護(hù):待缺陷修補(bǔ)和膩子刮涂施工完成后養(yǎng)護(hù)期5～7d。基層處理:再次對混凝土基面進(jìn)行打磨，清除表面浮塵雜物，保證基面干凈。界面劑施工:將專用界面劑均勻涂刷在基面上，要求無漏點。面層施工:界面劑涂刷0.5h后，用塑料刮板將SK單組分聚脲防水涂料分兩次均勻刮涂基面上，一次刮涂表面干后再進(jìn)行二次刮涂，兩次間隔時間不超過24h，最終保證聚脲涂層厚度為2mm，成品需要養(yǎng)護(hù)3～7d。效果如圖4所示。

3.2.3注意事項

(1)施工溫度須＞5℃。

(2)施工要保持面干燥，不得在雨天施工。

(3)該方案施工前需要對伸縮縫進(jìn)行單獨處理。

3.2.4伸縮縫施工

(1)施工工序

伸縮縫處理施工流程圖和剖面如圖5示:

(2)施工工藝

縫面清理:剔除原伸縮縫內(nèi)3cm深的原嵌填物，寬度保持原有伸縮縫寬度。基面打磨:采用小型打磨機(jī)械對混凝土基面及伸縮縫兩側(cè)打磨至露出新鮮堅硬的混凝土基面，將縫內(nèi)粉塵、雜物清理干凈。界面劑施工:在伸縮縫兩側(cè)混凝土基面，均勻涂刷，要求無漏點。嵌填密封膠:界面劑涂刷0.3h后，用聚氨酯密封膠嵌填伸縮縫中，嵌縫深度3cm，并按壓密實，避免斷頭空洞，使其表面光滑飽滿。底層施工:在確保混凝土面基本平整，平順、干凈，相鄰斷面過渡平順的前提下，均勻無漏點的在伸縮縫兩側(cè)混凝土基面涂刷界面劑，0.3h后，開始均勻涂刷底層聚脲。鋪設(shè)臺基布:在聚脲底涂完成后，在其表面鋪設(shè)一層臺基布，攤鋪平整，按壓密實。面層施工:界面劑涂刷0.3h后，用塑料刮板將SK單組分聚脲防水涂料分2次或多次均勻刮涂基面上，上次刮涂表面干后再進(jìn)行下次刮涂，間隔時間不超過24h，最終保證聚脲涂層厚度為2mm，表面修飾平整光滑。

3.3YEC環(huán)氧防護(hù)涂層施工

YEC環(huán)氧防護(hù)涂層應(yīng)用在山西禹門口水利工程(暗涵隧洞工程)減糙處理，云南松山電站發(fā)電引水隧洞及調(diào)壓井防滲處理和引大濟(jì)湟引水隧洞工程減糙處理中，均取得了良好的效果。

3.3.1施工工序

該方案包括施工準(zhǔn)備、基面清理、缺陷修補(bǔ)、膩子刮涂、面層施工等施工工序，流程如圖6所示:

3.3.2施工工藝

基面清理:鏟除原混凝土表面水銹、水泥凈漿，剔除表面松動和剝蝕部分，保持表面堅硬，外露新鮮骨料，用水清洗干凈，使其處于飽和狀態(tài)，但無明水。缺陷修補(bǔ):修補(bǔ)前在基面均勻涂刷改性聚合物凈漿，將按照配比拌制好的高性能改性聚合物修補(bǔ)砂漿對缺陷部位進(jìn)行分層修補(bǔ)，做到密實平整。膩子刮涂:將拌制好的環(huán)氧膩子攤鋪刮涂，壓實抹光，做到平整光滑。面層施工:用刮板將YEC環(huán)氧防護(hù)涂料分2次均勻刮涂混凝土表面，一次刮涂表面干后再進(jìn)行二次刮涂，兩次間隔時間不超過24h，厚度達(dá)到1.5mm。成品需要養(yǎng)護(hù)3～7d。效果如圖7所示。

3.3.3注意事項

(1)配制好的膩子料應(yīng)及時用完，放置時間不得超過0.5h。(2)施工和固化前期要做好防止嚴(yán)禁踩踏、雨淋等保護(hù)措施。(3)該方案需要對伸縮縫進(jìn)行單獨處理。

4降糙效果

經(jīng)實驗室測定，裸露型PVC防滲膜糙率為0.0107，SK單組分聚脲涂層糙率為0.0097，YEC環(huán)氧防護(hù)涂層率為0.0105。受混凝土基層平整都影響，維修后的糙率有所不同，在渠道工程維修改造中，設(shè)計糙率取值為0.011～0.012，經(jīng)實測，增流比例達(dá)到4.00%～17.35%，增流效果明顯，能夠達(dá)到維修改造的目標(biāo)。

5對比分析

3種薄層材料在水利工程維修改造中降糙效果良好。裸露型PVC防滲膜工廠化生產(chǎn)，質(zhì)量可靠，能較好地適應(yīng)變形和裂縫伸縮縫，施工簡便快捷，伸縮縫無需單獨處理，比較適應(yīng)露天施工，施工工藝簡單，使用壽命長，綜合價格相對較高。SK單組分聚脲涂層強(qiáng)度高、延伸率大、抗沖磨，施工工藝復(fù)雜，適應(yīng)基層變形較差，需要對伸縮縫單獨處理，施工環(huán)境要求較高，可用于嚴(yán)寒的環(huán)境，使用壽命較長，綜合價格高。YEC環(huán)氧防護(hù)涂層料具有較好的韌性，抗沖、抗磨、抗凍性能好、粘結(jié)強(qiáng)度高，施工工藝相對簡單，適應(yīng)基層變形較差，施工環(huán)境要求較底，可用于嚴(yán)寒的環(huán)境，綜合價格低。綜合分析裸露型PVC防滲膜適用于暴露環(huán)境襯砌明渠、渡槽降糙;SK單組分聚脲涂層適用于暴露環(huán)境渡槽、渠系建筑物降糙(無反向水壓力);YEC環(huán)氧防護(hù)涂層更適用隧洞、暗涵等大面積防護(hù)降糙應(yīng)用。同時應(yīng)該注意到，材料基底質(zhì)量好壞對減糙施工效果影響很大，包括混凝土襯砌、管道結(jié)構(gòu)縫、管片拼接縫等重點部位，如混凝土裂縫、結(jié)構(gòu)縫、拼接縫有破損或漏水的情況，需要預(yù)先止水和修復(fù)處理。

6結(jié)語

裸露型PVC防滲膜、SK單組分聚脲涂層、YEC環(huán)氧防護(hù)涂層等薄層材料在水利工程降糙改造中效果明顯、投資少、工藝簡單，但還處于研究推廣階段，多數(shù)性能指標(biāo)來源于實驗室。我國地域廣闊，氣候環(huán)境多樣，自然條件差異大，還需進(jìn)一步研究在不同地域、復(fù)雜環(huán)境工程中的應(yīng)用。

作者：余淑紅 單位：甘肅省疏勒河流域水資源利用中心