薄层材料在水利工程降糙改造提升运用

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摘要:文章针对水利工程降糙改造，重点研究裸露型PVC防渗膜、SK单组分聚脲涂层、YEC环氧防护涂层等3种薄层材料在维修改造中的应用，通过对材料性能、技术指标，施工工艺、施工条件、降糙效果和造价等方面对比分析，提出不同工类型工程在不同环境下的降糙选材，为水利工程降糙改造方案选择提供借鉴。

关键词:薄层材料;降糙;应用

甘肃省已建成运行的疏勒河、景电、引大、引洮等诸多引调水工程，受水质、泥沙含量、气候环境、工程地质等因素影响，部分工程存在混凝土表面侵蚀、磨损、糙率增大、过水能力不足等问题;在不改变原有结构和功能的基础上，利用新型材料，投入少量的资金，通过技术处理，提高输水能力，挖掘输水潜力，最大化发挥工程效益将是今后输调水工程改造的重要方向。

1水利工程降糙方法的应用

根据渠道流量计算公式———谢才公式，从流量计算公式可以看出，在相同纵坡、相同断面下，渠道糙率与输水能力成反比，降低渠道糙率是提升渠道输水能力，提高渠系水利用系数的重要手段。式中，Q—流量，m3/s，A—过水断面面积，m2;C—谢才系数;Ｒ—水力半径，m;i—水力坡度;n—糙率。目前，水利工程主要通过钢模板、机械化施工、增加添加剂等措施提高混凝土的密实度和面层光滑度，达到降糙的目的，用于表面降糙的薄层材料还处在探索、试验阶段。比较成功的有裸露型PVC防渗膜、SK单组分聚脲涂层材料和YEC环氧防护涂层材料降糙。

2薄层降糙材料的性能

2.1裸露型PVC防渗膜

裸露型PVC防渗膜是压延的、厚度为1.5mm的弹性聚氯乙烯薄膜，是一种新材料，表面光滑，具有抗紫外线稳定性好、不起泡、耐腐蚀、耐老化、耐穿刺、抗冻性、延展性较佳等特点，技术属水利部“948”计划水利建筑工程防渗处理施工新技术，2002年通过水利部“948”项目管理办公室批准立项引进，2007年被列为水利部科技成果重点推广计划项目。性能指标见表1。

2.2SK单组分聚脲涂层材料

SK单组分聚脲是一种新型高分子材料，属于脂肪族，由含多异氰酸酯—NCO的高分子预聚体与经封端的多元胺(包括氨基聚醚)混合，并加入其它功能性助剂所构成，具有耐冲磨、耐老化、抗腐蚀、延展性好、无毒等特点，可用于饮用水工程。该技术被列入2015年度水利先进实用技术重点推广指导目录。性能指标见表2。

2.3YEC环氧防护涂层材料

YEC环氧防护涂层材料是采用环氧、醚氨酯杂合体系，对冷固化环氧树脂进行内增塑，采用不同链段固化剂进行固化，具备适合的韧性的涂层材料，具有抗渗性、抗冲磨、抗冻裂、耐腐蚀、耐低温和耐水性等特点，无毒，可用于饮用水工程。性能指标见表3。

3降糙施工

3.1裸露型PVC防渗膜施工

裸露型PVC防渗膜主在甘肃省疏勒河昌马灌区总干渠、西干四支渠、引大朵家湾渡槽、民乐县大黄草沟渡槽及宁夏固海扬水项目维修改造均有应用，降糙增流效果良好。3.1.1施工工序该方案主要包括施工准备、基面清理、缺陷修补、面层层施工等工序。流程如图1所示:

3.1.2施工工艺

基层清理:采用铲除、打磨、冲洗等方式清理混凝土衬砌渠道内垃圾、淤泥、水锈等杂物，保持混凝土表面干净。缺陷修补:专用砂浆修复渠道内变形、错位、破损等不平整部位，采用纤维布填充伸缩缝，保持施工基层平整。面层施工:确定渠道铺设裸露性PVC防渗膜的位置，周边并采用机械方法进行固定，使用专用胶浆采用全粘或点粘方式将膜粘贴于渠道内，压实压紧，用专用设备对搭接部位进行焊接处理，保证膜的完整性。效果如图2所示。

3.1.3注意事项

(1)施工前基面尽量保持干燥。(2)施工温度不低于5℃。3.2SK单组分聚脲涂层施工SK单组分聚脲涂层材料在甘肃疏勒河昌马总干渠渡槽、双塔总干渠座槽和山西禹门口水利工程的14座渡槽中进行了应用。根据中国水利水电科学研究院对山西禹门渡槽的试验结果，SK单组分聚脲涂层的糙率为0.0089～0.010，维修改造后渡槽壁面糙率降低21.98%，设计水深下的输水能力提高3.204m3/s，提高幅度为28.28%。

3.2.1施工工序

该方案主要包括施工准备、基面清理、缺陷修补、腻子修补、养护、基面处理、界面剂施工、面层施工等工序。流程如图3所示:

3.2.2施工工艺

基面清理:铲除原混凝土表面水锈、水泥净浆，剔除表面松动和剥蚀部分，保持表面坚硬，外露新鲜骨料，用水清洗干净，使其处于饱和状态，但无明水。缺陷修补:修补前在基面均匀涂刷改性聚合物净浆，将按照配比拌制好的高性能改性聚合物修补砂浆对剥蚀深度≥5mm的部位进行分层修补，做到密实平整。腻子刮涂:将拌制好的环氧腻子摊铺剥蚀深度＜5mm的部位，压实抹光，做到平整光滑。养护:待缺陷修补和腻子刮涂施工完成后养护期5～7d。基层处理:再次对混凝土基面进行打磨，清除表面浮尘杂物，保证基面干净。界面剂施工:将专用界面剂均匀涂刷在基面上，要求无漏点。面层施工:界面剂涂刷0.5h后，用塑料刮板将SK单组分聚脲防水涂料分两次均匀刮涂基面上，一次刮涂表面干后再进行二次刮涂，两次间隔时间不超过24h，最终保证聚脲涂层厚度为2mm，成品需要养护3～7d。效果如图4所示。

3.2.3注意事项

(1)施工温度须＞5℃。

(2)施工要保持面干燥，不得在雨天施工。

(3)该方案施工前需要对伸缩缝进行单独处理。

3.2.4伸缩缝施工

(1)施工工序

伸缩缝处理施工流程图和剖面如图5示:

(2)施工工艺

缝面清理:剔除原伸缩缝内3cm深的原嵌填物，宽度保持原有伸缩缝宽度。基面打磨:采用小型打磨机械对混凝土基面及伸缩缝两侧打磨至露出新鲜坚硬的混凝土基面，将缝内粉尘、杂物清理干净。界面剂施工:在伸缩缝两侧混凝土基面，均匀涂刷，要求无漏点。嵌填密封胶:界面剂涂刷0.3h后，用聚氨酯密封胶嵌填伸缩缝中，嵌缝深度3cm，并按压密实，避免断头空洞，使其表面光滑饱满。底层施工:在确保混凝土面基本平整，平顺、干净，相邻断面过渡平顺的前提下，均匀无漏点的在伸缩缝两侧混凝土基面涂刷界面剂，0.3h后，开始均匀涂刷底层聚脲。铺设台基布:在聚脲底涂完成后，在其表面铺设一层台基布，摊铺平整，按压密实。面层施工:界面剂涂刷0.3h后，用塑料刮板将SK单组分聚脲防水涂料分2次或多次均匀刮涂基面上，上次刮涂表面干后再进行下次刮涂，间隔时间不超过24h，最终保证聚脲涂层厚度为2mm，表面修饰平整光滑。

3.3YEC环氧防护涂层施工

YEC环氧防护涂层应用在山西禹门口水利工程(暗涵隧洞工程)减糙处理，云南松山电站发电引水隧洞及调压井防渗处理和引大济湟引水隧洞工程减糙处理中，均取得了良好的效果。

3.3.1施工工序

该方案包括施工准备、基面清理、缺陷修补、腻子刮涂、面层施工等施工工序，流程如图6所示:

3.3.2施工工艺

基面清理:铲除原混凝土表面水锈、水泥净浆，剔除表面松动和剥蚀部分，保持表面坚硬，外露新鲜骨料，用水清洗干净，使其处于饱和状态，但无明水。缺陷修补:修补前在基面均匀涂刷改性聚合物净浆，将按照配比拌制好的高性能改性聚合物修补砂浆对缺陷部位进行分层修补，做到密实平整。腻子刮涂:将拌制好的环氧腻子摊铺刮涂，压实抹光，做到平整光滑。面层施工:用刮板将YEC环氧防护涂料分2次均匀刮涂混凝土表面，一次刮涂表面干后再进行二次刮涂，两次间隔时间不超过24h，厚度达到1.5mm。成品需要养护3～7d。效果如图7所示。

3.3.3注意事项

(1)配制好的腻子料应及时用完，放置时间不得超过0.5h。(2)施工和固化前期要做好防止严禁踩踏、雨淋等保护措施。(3)该方案需要对伸缩缝进行单独处理。

4降糙效果

经实验室测定，裸露型PVC防渗膜糙率为0.0107，SK单组分聚脲涂层糙率为0.0097，YEC环氧防护涂层率为0.0105。受混凝土基层平整都影响，维修后的糙率有所不同，在渠道工程维修改造中，设计糙率取值为0.011～0.012，经实测，增流比例达到4.00%～17.35%，增流效果明显，能够达到维修改造的目标。

5对比分析

3种薄层材料在水利工程维修改造中降糙效果良好。裸露型PVC防渗膜工厂化生产，质量可靠，能较好地适应变形和裂缝伸缩缝，施工简便快捷，伸缩缝无需单独处理，比较适应露天施工，施工工艺简单，使用寿命长，综合价格相对较高。SK单组分聚脲涂层强度高、延伸率大、抗冲磨，施工工艺复杂，适应基层变形较差，需要对伸缩缝单独处理，施工环境要求较高，可用于严寒的环境，使用寿命较长，综合价格高。YEC环氧防护涂层料具有较好的韧性，抗冲、抗磨、抗冻性能好、粘结强度高，施工工艺相对简单，适应基层变形较差，施工环境要求较底，可用于严寒的环境，综合价格低。综合分析裸露型PVC防渗膜适用于暴露环境衬砌明渠、渡槽降糙;SK单组分聚脲涂层适用于暴露环境渡槽、渠系建筑物降糙(无反向水压力);YEC环氧防护涂层更适用隧洞、暗涵等大面积防护降糙应用。同时应该注意到，材料基底质量好坏对减糙施工效果影响很大，包括混凝土衬砌、管道结构缝、管片拼接缝等重点部位，如混凝土裂缝、结构缝、拼接缝有破损或漏水的情况，需要预先止水和修复处理。

6结语

裸露型PVC防渗膜、SK单组分聚脲涂层、YEC环氧防护涂层等薄层材料在水利工程降糙改造中效果明显、投资少、工艺简单，但还处于研究推广阶段，多数性能指标来源于实验室。我国地域广阔，气候环境多样，自然条件差异大，还需进一步研究在不同地域、复杂环境工程中的应用。

作者：余淑红 单位：甘肃省疏勒河流域水资源利用中心