CN114960553A - 水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构及施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,属于水利水电工程技术领域。一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,包括:整平胶结层,用于整平及排水;防渗层,防渗层设置在整平胶结层上,用于面板防渗;聚脲层,聚脲层粘接在防渗层上,用于防渗层表面抗冲磨防护。本发明还公开一种施工方法,用于施作上述水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构。本发明采用聚脲涂覆在水工沥青混凝土面板的表面,聚脲可以适应水工沥青混凝土的变形要求,并且使得水工沥青混凝土表面具有较强的抗冲磨性能,相较于原有的玛蹄脂,抗冲磨能力更强,能够满足水工沥青混凝土面板抗冲磨防护的要求。
Description
技术领域
本发明涉及水利工程技术领域,具体涉及一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构及施工方法。
背景技术
本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术,仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容,不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。
水工沥青混凝土具有优异的防渗性能和适应基础变形的能力,施工速度快、无毒、环保、维修方便等特点,因而被广泛应用与各种水利水电防渗工程。
由于沥青混凝土面板防渗的优越性目前越来越多的抽水蓄能电站采用沥青混凝土面板防渗方案。由于工程的特殊要求,一些工程的沥青混凝土面板即要有防渗功能,又要具有一定的抗冲磨要求,有必要对沥青混凝土面板进行抗冲磨防护。沥青混凝土面板抗冲磨从两个方面实现,一是从提高防渗层沥青混凝土面板材料本体的抗冲磨性能,二是在沥青混凝土面板表面涂刷抗冲磨材料。
目前在公路上沥青混凝土抗磨损主要集中在改性沥青和高性能沥青混凝土两方面。在水利水电沥青混凝土面板防渗工程中,水工沥青混凝土面板的主要作用是防渗,要求防渗层沥青混凝土面板的孔隙率小于3%,对位于斜坡的沥青混凝土面板还有斜坡流淌值小于0.8mm的要求。试验表明,在含沙水流中在沥青混凝土表面涂刷防护涂层,有利于提高沥青混凝土的抗冲磨能力,对局部有抗高速水流冲磨要求的沥青混凝土面板采用表面防护的方案是有效可行的方案。
常规的水工沥青混凝土面板从下到上分为:整平胶结层、防渗层和玛蹄脂封闭层,但是采用玛蹄脂具有气密性、防水性等特点,但是强度偏低,抗冲磨能力弱,达不到抗冲磨的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构及施工方法,以解决现有水工沥青混凝土面板抗冲磨能力弱的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,包括:
整平胶结层,整平胶结层用于整平及排水;
防渗层,防渗层设置在整平胶结层上,用于面板防渗;
聚脲层,聚脲层粘接在防渗层上,用于防渗层表面抗冲磨防护。
本发明采用聚脲代替原有的玛蹄脂涂覆在水工沥青混凝土面板的表面,聚脲具有抗拉强度高、延伸率大、防渗及耐老化好、抗冲磨性能高,粘结强度高等特点,可以适应水工沥青混凝土的变形要求,能够用于沥青混凝土面板表面抗冲磨防护,相较于原有的玛蹄脂,抗冲磨能力更强,能够满足抗冲磨的要求。
进一步地,上述防渗层在待防护区域边缘设有凹槽,凹槽包括靠近待防护区域并呈倾斜状的固定斜面,聚脲层延伸至固定斜面,凹槽中设有回填层,用于对聚脲层固定、封边。
本发明将聚脲层的边缘通过回填层固封在凹槽中,对聚脲层进行封边,避免聚脲层在告诉水流冲刷作用下出现掀起或脱落等现象。同时,固定斜面的设置便于施作聚脲层,确保聚脲层结构的连续性。
进一步地,上述聚脲层位于固定斜面上的部分粘接有石料层;石料层包括多个分布在聚脲层上的石子,用于增加聚脲与回填层之间的粘接强度。
进一步地,上述石子的粒径为10mm至20mm,石子的总面积占固定斜面面积的1/3至3/4。
进一步地,上述凹槽的深度不小于5cm;固定斜面的倾斜角度不大于40°。
进一步地,上述聚脲层与防渗层之间设有界面剂层,增加聚脲与防渗层之间的粘接强度;聚脲层的内部设有胎基布,其保证聚脲涂刷厚度均匀以及增加聚脲的抗拉强度。
进一步地,上述聚脲层的材质为单组分聚脲或双组分聚脲;聚脲层的厚度不小于2mm。
一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,包括以下步骤:
S1:摊铺、碾压整平胶结层和防渗层;
S2:对防渗层的表面进行打磨,露出骨料,清洗后晾干;
S3:在防渗层的表面涂刷聚脲,形成聚脲层。
进一步地,上述步骤S2中,打磨前,在待防护区域边缘切割凹槽,之后对凹槽的固定斜面进行打磨、清洗和晾干;
在步骤S3中,涂刷聚脲的具体步骤为:
S31:在防渗层的表面以及固定斜面涂刷界面剂;
S32:界面剂表干后,刮涂聚脲,形成聚脲层,并在涂刷过程中粘贴胎基布,并使胎基布位于聚脲层的内部;
S33:聚脲层表面表干前,在聚脲层位于固定斜面的位置安放石子,并使石子突出聚脲层,形成石料层;
S34:养护后,对凹槽进行回填,并振捣压实,振捣压实后的空隙率小于4%,从而对聚脲层的边缘进行固定;
S35:自然养护,形成水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构。
进一步地,上述步骤S32中,刮涂聚脲时,包括以下步骤:
S321:界面剂表干后,刮涂第一层聚脲;
S322:第一层聚脲表干后,刮涂第二层聚脲,并在第二层聚脲表干前,粘贴胎基布;
S323:第二层聚脲表干后,刮涂第三层聚脲,直到聚脲层的厚度达到设计厚度,确保胎基布位于聚脲层内;
步骤S34中,凹槽中回填材料为热沥青混凝土,与防渗层沥青混凝土配合比一致,回填后形成回填层,并且回填层与防渗层齐平。
本发明具有以下有益效果:
(1)本发明采用聚脲涂覆在水工沥青混凝土防渗层面板的表面,聚脲可以适应水工沥青混凝土的变形要求,并且使得水工沥青混凝土防渗层面板表面具有较强的抗冲磨性能,相较于原有的玛蹄脂,抗冲磨能力更强,能够满足抗冲磨的要求。
(2)本发明能够对聚脲层的边缘进行有效的固定、封边,避免在冲刷作用下,聚脲层发生掀起、脱落等现象,确保防护性能、提高使用寿命、减少后期维护次数和成本。
(3)本发明在涂覆聚脲时,能够确保聚脲层的均匀程度,能够确保聚脲层边缘能够有效固定,而且固定时的粘接强度高,能有效避免聚脲层边缘的脱落。
附图说明
图1为本发明的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的结构示意图;
图2为本发明的整平胶结层和防渗层之间的连接示意图;
图3为图1的A部放大图。
图中:1-整平胶结层;2-防渗层;3-聚脲层;4-凹槽;5-石料层;6-胎基布;7-界面剂层;41-固定斜面;42-回填层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
请参照图1,一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,包括从下到上依次设置的整平胶结层1、防渗层2以及聚脲层3。整平胶结层1采用沥青混凝土,孔隙率为15%,用于对地面或坡面平整处理,同时起到排水作用。防渗层2采用沥青混凝土,空隙率小于3%,用于防渗。聚脲层3具有抗拉强度高、延伸率大、防渗及耐老化好、抗冲磨性能高,粘结强度高等特点,可以适应水工沥青混凝土的变形要求,能够用于水工沥青混凝土防渗层表面抗冲磨防护,相较于原有采用的玛蹄脂,抗冲磨能力更强,能够满足抗冲磨的要求。在本发明的其他实施例中,整平胶结层1的空隙率还可以是10%至20%之间的任一值。
请参照图1至图3,防渗层2在待防护区域的边缘设有凹槽4,凹槽4的横截面呈三角形,并且凹槽4靠近待防护区域的一侧设有呈倾斜状的固定斜面41,固定斜面41的倾斜角度为30°(固定斜面41与防渗层2表面之间的角度),深度不小于5cm。在本发明的其他实施例中,凹槽4的横截面形状还可以是梯形,甚至是不规则形状,确保凹槽4具有固定斜面41即可,同时固定斜面41的倾斜角不大于40°,避免固定斜面41与防渗层2之前的角度过大而导致聚脲层3在转角处的应力过大,从而确保聚脲层3在转角处的强度。
聚脲层3位于防渗层2的待防护区域处,其边缘延伸至凹槽4的固定斜面41上。聚脲层3的材质为单组分聚脲或双组分聚脲,聚脲层3的厚度不小于2mm。聚脲层3与防渗层2之间设有界面剂层,用于增加聚脲层3与防渗层2之间的粘接强度,在本实施例中,聚脲层3与防渗层2之间涂满界面剂。聚脲层3的内部设有胎基布6,胎基布6也延伸至凹槽4的固定斜面41上,胎基布6的存在能够保证聚脲涂刷厚度均匀以及增加聚脲的抗拉强度。
在本实施例中,聚脲层3采用单组分聚脲,其延伸率大于150%,抗拉强度大于20MPa。
为了对聚脲层3的边缘进行固定,凹槽4中设有回填层42,回填层42与聚脲层3粘接,回填层42填满凹槽4并与防渗层2齐平。为了增加回填层42与聚脲层3之间的粘接强度,在本实施例中,回填层42与聚脲层3之间设有石料层5,石料层5包括多个均匀分布在聚脲层上的石子,石子采用鹅卵石或人工破碎石,石子的粒径为10mm至20mm之间,并且石子的总面积占固定斜面41面积的1/3至3/4。在本实施例中,回填层42采用沥青混凝土,并且孔隙率小于3%。
实施例2
一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,包括以下步骤:
S1:摊铺、碾压整平胶结层1和防渗层2(整平胶结层1和防渗层2均为沥青混凝土);
S2:对防渗层2的表面进行打磨,露出骨料,清洗后晾干;
S3:在防渗层3的待防护区域表面涂刷单组分或双组分聚脲,聚脲硬化后形成聚脲层3,并确保聚脲层3的厚度不小于2mm并达到设计厚度;
S4:自然养护,形成水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构。
实施例3
一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,包括以下步骤:
S1:摊铺、碾压整平胶结层1和防渗层2(整平胶结层1和防渗层2均为沥青混凝土);
S2:对防渗层2的待防护区域表面进行打磨,露出骨料,清洗后晾干;
S3:在防渗层2的待防护区域表面涂刷界面剂;
S4:界面剂表干后,在界面剂上刮涂第一层单组分聚脲;
S5:第一层单组分聚脲表干后,在第一层单组分聚脲表面刮涂第二层单组分聚脲,并在第二层单组分聚脲表干前,粘贴胎基布6;
S6:第二层单组分聚脲表干后,在第二层单组分聚脲表面刮涂第三层单组分聚脲,直到聚脲层3的厚度大于2mm并达到设计厚度;通过多次刮涂单组分聚脲的方式,能够确保胎基布6位于聚脲层3的内部,确保聚脲层3与防渗层2之间的粘接强度;
S7:自然养护,形成水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构。
实施例4
一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,包括以下步骤:
S1:摊铺、碾压整平胶结层1和防渗层2(整平胶结层1和防渗层2均为沥青混凝土);
S2:在防渗层2的待防护区域边缘切割凹槽4,确保凹槽4具有固定斜面41,确保固定斜面41的平整度,同时确保固定斜面41的倾斜角度不大于40°;
S3:对防渗层2的待防护区域表面以及固定斜面41进行打磨,露出骨料,清洗后晾干;
S4:在防渗层2的待防护区域表面以及固定斜面41涂刷界面剂;
S5:界面剂表干后,在界面剂上刮涂第一层单组分聚脲;
S6:第一层单组分聚脲表干后,在第一层单组分聚脲表面刮涂第二层单组分聚脲,并在第二层单组分聚脲表干前,粘贴胎基布6;
S7:第二层单组分聚脲表干后,在第二层单组分聚脲表面刮涂第三层单组分聚脲,直到聚脲层3的厚度大于2mm并达到设计厚度;通过多次刮涂单组分聚脲的方式,能够确保胎基布6位于聚脲层3的内部,确保聚脲层3与防渗层2之间的粘接强度;
S8:聚脲层3表面表干前,在聚脲层3位于固定斜面41的位置均匀安放石子,并使石子突出聚脲层3,形成石料层5;
S9:养护后,将温度为160℃至180℃的沥青混凝土回填执凹槽4中,并振捣压实,形成回填层42,振捣压实的回填层42的孔隙率小于4%,并且回填层42与防渗层齐平,同时,回填层42与位于待防护区域的聚脲层3齐平;
S10:自然养护后,形成水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,此时聚脲层3的边缘通过回填层42固定在凹槽4中,避免聚脲层3出现脱落或翻边等情况。
结果分析:
(1)聚脲层3与沥青混凝土之间的粘接强度试验:
本试验中聚脲层采用单组分聚脲,其主要技术指标见表1:
表1单组分聚脲主要技术指标
项目 | 技术指标 |
拉伸强度,MPa | ≥15 |
拉断伸长率,% | ≥200 |
撕裂强度,kN/m | ≥60 |
根据实施例3的步骤试制水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,自然养护15天以后放入保温箱,分别测试沥青混凝土不同温度下的拉拔强度,试验结果见表2。
表2单组分聚脲与沥青混凝土面板粘接强度试验结果
从表2中可以看出,单组分聚脲与沥青混凝土面板之间的粘接强度与沥青混凝土板的温度成线性关系,温度越低,沥青混凝土本体抗拉强度越大,聚脲与沥青混凝土之间的粘接强度越高。
(2)聚脲层3与回填层42之间的粘接强度对比试验
本试验的试块制备方法与实施例4的区别在于:省略S8步骤,即在聚脲层3位于固定斜面41的位置取消石料层5,试验结见表3:
表3聚脲层3与回填层42之间的粘接强度
从表3中可以看出,在最后刮涂的单组分聚脲表干前安放粒径为10~20mm的小石子,单组分聚脲固化后与石子牢固的粘接在一起,增大了单组分聚脲表面的粗糙度,在铺撒石子的单组分聚脲表面铺筑沥青混凝土,沥青混凝土与单组分聚脲之间的粘接强度可以提高30%以上。单组分聚脲表面撒石子后再铺筑沥青混凝土的试件,拉拔试验破坏面在单组分聚脲与下部沥青混凝土之间;单组分聚脲表面直接铺筑沥青混凝土的试件,破坏面在聚脲与上部沥青混凝土之间。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,包括:
整平胶结层(1),所述整平胶结层(1)用于整平及排水;
防渗层(2),所述防渗层(2)设置在所述整平胶结层(1)上,用于面板防渗;
聚脲层(3),所述聚脲层(3)粘接在所述防渗层(2)上,用于防渗层表面抗冲磨防护。
2.根据权利要求1所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,所述防渗层(2)在待防护区域边缘设有凹槽(4),所述凹槽(4)包括靠近待防护区域并呈倾斜状的固定斜面(41),所述聚脲层(3)延伸至所述固定斜面(41),所述凹槽(4)中设有回填层(42),用于对所述聚脲层(3)固定、封边。
3.根据权利要求2所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,所述聚脲层(3)位于所述固定斜面(41)上的部分粘接有石料层(5);所述石料层(5)包括多个分布在所述聚脲层(3)上的石子。
4.根据权利要求3所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,所述石子的粒径为10mm至20mm,所述石子的总面积占所述固定斜面(41)面积的1/3至3/4。
5.根据权利要求2所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,所述凹槽(4)的深度不小于5cm;所述固定斜面(41)的倾斜角度不大于40°。
6.根据权利要求1至5任一项所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,所述聚脲层(3)与防渗层(2)之间设有界面剂层(7);所述聚脲层(3)的内部设有胎基布(6)。
7.根据权利要求6所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构,其特征在于,所述聚脲层(3)的材质为单组分聚脲或双组分聚脲;所述聚脲层(3)的厚度不小于2mm。
8.一种水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:摊铺、碾压整平胶结层(1)和防渗层(2);
S2:对防渗层(2)的表面进行打磨,露出骨料,清洗后晾干;
S3:在防渗层(2)的表面涂刷聚脲,形成聚脲层(3)。
9.根据权利要求8所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,其特征在于,步骤S2中,打磨前,在待防护区域边缘切割凹槽(4),之后对凹槽(4)的固定斜面(41)进行打磨、清洗和晾干;
在步骤S3中,涂刷聚脲的具体步骤为:
S31:在防渗层(2)的表面以及固定斜面(41)涂刷界面剂;
S32:界面剂表干后,刮涂聚脲,形成聚脲层(3),并在涂刷过程中粘贴胎基布(6),并使胎基布位于聚脲层(3)的内部;
S33:聚脲层(3)表面表干前,在聚脲层(3)位于固定斜面(41)的位置安放石子,并使石子突出聚脲层(3),形成石料层(5);
S34:养护后,对凹槽(4)进行回填,并振捣压实,振捣压实后的空隙率小于4%,从而对聚脲层(3)的边缘进行固定;
S35:自然养护,形成水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构。
10.根据权利要求9所述的水工沥青混凝土面板防渗抗冲磨防护结构的施工方法,其特征在于,步骤S32中,刮涂聚脲时,包括以下步骤:
S321:界面剂表干后,刮涂第一层聚脲;
S322:第一层聚脲表干后,刮涂第二层聚脲,并在第二层聚脲表干前,粘贴胎基布(6);
S323:第二层聚脲表干后,刮涂第三层聚脲,直到聚脲层(3)的厚度达到设计厚度;
步骤S34中,凹槽(4)中的回填材料为热沥青混凝土,与防渗层沥青混凝土配合比一致,回填后形成回填层(42),并且回填层(42)与防渗层(2)齐平。
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