CN115434282B - 一种水利工程用复合式防渗墙及其施工方法 - Google Patents

一种水利工程用复合式防渗墙及其施工方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种水利工程用复合式防渗墙及其施工方法，属于水利建设领域。一种水利工程用复合式防渗墙，包括抗渗墙体和设置于抗渗墙体内的预埋钢筋架，抗渗墙体由抗渗混凝土固化成型得到；抗渗混凝土包括以下原料：水泥80~115份，碎石155~185份，砂子210~240份，膨润土65~85份，粉煤灰15~30份，水130~160份，减水剂1.5~4.5份，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP 3.5~6.6份。防渗墙的施工方法：S1.在开挖区挖槽，形成施工槽；S2.在施工槽内放置安装预埋钢筋架，然后注入抗渗混凝土，养护，形成抗渗墙体，完成复合式防渗墙的施工。本申请具有提高防渗墙的抗渗性的效果。

Description

一种水利工程用复合式防渗墙及其施工方法
技术领域
本申请涉及水利建设领域，尤其是涉及一种水利工程用复合式防渗墙及其施工方法。
背景技术
防渗墙是水利工程中常见的墙体结构，用于提高坝体或堤岸防渗性和稳定性。基于地质或地形的影响，水利堤岸建造所在的地层可能存在松散或土质太软的情况，容易发生渗漏，进而影响到坝体的结构强度及稳定，因此防渗墙的作用极为重要。
防渗墙的施工方法一般为在预定施工地点挖槽，挖槽后在槽底打钻孔，钻孔后往孔内注入混凝土浆，混凝土浆成型后形成防渗墙。
上述防渗墙结构由于需考虑墙体应力问题，混凝土的强度不能过高，因此一般使用塑性较高的混凝土，但往往会导致防渗墙的抗渗性不佳，使得防渗墙的适应场景和范围受影响。
发明内容
为了提高防渗墙的抗渗性，本申请提供一种水利工程用复合式防渗墙及其施工方法。
第一方面，本申请提供的一种水利工程用复合式防渗墙采用如下的技术方案：
一种水利工程用复合式防渗墙，包括抗渗墙体和设置于所述抗渗墙体内的预埋钢筋架，所述抗渗墙体由抗渗混凝土固化成型得到；
所述抗渗混凝土包括以下重量份的原料：水泥80～115份，碎石155～185份，砂子210～240份，膨润土65～85份，粉煤灰15～30份，水130～160份，减水剂1.5～4.5份，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP 3.5～6.6份。
通过采用上述技术方案，SAP是高吸水树脂的简称，具有良好的吸水性，SAP应用于混凝土中，可以吸收混凝土中的自由水，减少自由水在混凝土的硬化过程中不断蒸发而形成孔隙的情况，从而减少混凝土中渗透通道，但在实践中发现，SAP过早与水接触并吸水，会导致用于保持混凝土流动性的自由水不足，影响混凝土的和易性，另外SAP吸水后会释水萎缩，同样会给混凝土内部带来一些孔洞，影响混凝土的强度。
因此本申请采用缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，在混凝土搅拌和养护的初期，缩水甘油酯型环氧树脂阻碍SAP吸水，从而有效避免出现混凝土初期自由水不足的情况，提高混凝土的和易性，而且在混凝土养护进程中，缩水甘油酯型环氧树脂受碱性环境的影响而分解，不再阻碍SAP吸水，此时SAP树脂可以吸收混凝土中的自由水，减少混凝土中渗透通道，提高混凝土的抗渗性；另外缩水甘油酯型环氧树脂的包覆使得SAP的吸水时机推迟，SAP吸水时附近水泥已进行较为充分的水化硬化，抑制了SAP的过度膨胀，从而减小SAP释水微缩后形成的孔洞的大小，提高混凝土的强度。
可选的，所述缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备原料包括以下组分：SAP树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和固化剂，其中所述SAP树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和固化剂的重量比为10:(15～19.5):(0.86～1.23):(0.05～0.15)。
通过采用上述技术方案，2,5-己二醇与缩水甘油酯型环氧树脂的部分环氧基反应连接，提高缩水甘油酯型环氧树脂与SAP树脂的相容性，使缩水甘油酯型环氧树脂更好的包覆SAP树脂，并且限制缩水甘油酯型环氧树脂固化后的交联程度，从而控制缩水甘油酯型环氧树脂被分解的难易程度，使缩水甘油酯型环氧树脂在合适的时机分解，从而控制SAP的吸水时机，因此提高混凝土的强度和抗渗性。
可选的，所述缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备原料还包括纳米二氧化硅，其中所述SAP树脂与所述纳米二氧化硅的重量比为10:(0.36～0.88)。
通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅的加入有助于进一步控制缩水甘油酯型环氧树脂的分解时机和SAP的吸水时机，从而提高混凝土的强度和抗渗性。
可选的，所述SAP树脂的粒径为1～1.5mm。
通过采用上述技术方案，上述粒径范围的SAP树脂的吸水能力强，并且释水微缩后形成的孔洞较小，有助于平衡提高混凝土的强度和抗渗性。
可选的，缩水甘油酯型环氧树脂为4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯。
可选的，固化剂为偏苯三甲酸酐。
第二方面，本申请提供的一种水利工程用复合式防渗墙的施工方法采用如下的技术方案：
一种水利工程用复合式防渗墙的施工方法，包括以下步骤：
S1.在开挖区挖槽，形成施工槽；
S2.在所述施工槽内放置安装预埋钢筋架，然后注入抗渗混凝土，养护28d或28d以上，形成抗渗墙体，完成复合式防渗墙的施工；
所述抗渗混凝土的制备方法为：将碎石、砂子、膨润土和粉煤灰混合搅拌，然后加入水泥和缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，继续搅拌，然后加入水和减水剂，继续搅拌，得到抗渗混凝土。
通过采用上述技术方案，制备得到抗渗混凝土，实现预埋钢筋架与抗渗墙体，完成复合式防渗墙的施工。
可选的，所述缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备方法：将缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和乙酸乙酯在45～55℃下搅拌反应1～1.5h，然后加入SAP树脂，升温至60～65℃后再缓慢加入固化剂，继续搅拌1～1.5h，过滤，干燥，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
通过采用上述技术方案，先利用2,5-己二醇对缩水甘油酯型环氧树脂进行改性，然后再包覆SAP树脂，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1、本申请采用抗渗墙体与预埋钢筋架结合的方式，形成复合式的防渗墙，从而形成结构稳定的防渗墙，另外防渗墙的结构不再单一，抗渗效果来能更好，耐久性也得到提高。
2、本申请采用缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，在混凝土搅拌和养护的初期，缩水甘油酯型环氧树脂阻碍SAP吸水，从而有效避免出现混凝土初期自由水不足的情况，提高混凝土的和易性，而且在混凝土养护进程中，缩水甘油酯型环氧树脂受环境的影响而分解，不再阻碍SAP吸水，此时SAP树脂可以吸收混凝土中的自由水，减少混凝土中渗透通道，提高混凝土的抗渗性；另外缩水甘油酯型环氧树脂的包覆使得SAP的吸水时机推迟，SAP吸水时附近水泥已进行较为充分的水化硬化，抑制了SAP的过度膨胀，从而减小SAP释水微缩后形成的孔洞的大小，提高混凝土的强度。
附图说明
图1为本申请实施例1的平面结构图。
附图标记说明：
1、抗渗墙体；2、预埋钢筋架。
具体实施方式
以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。
制备例
制备例1
缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，包括以下原料：
缩水甘油酯型环氧树脂15kg、2,5-己二醇0.86kg、乙酸乙酯40kg、SAP树脂10kg、固化剂0.05kg。其中缩水甘油酯型环氧树脂为4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯，SAP树脂的粒径为1mm，固化剂为偏苯三甲酸酐。
缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备方法，包括以下步骤：
将固化剂溶于0.5kg的乙酸乙酯中，获得固化剂溶液。
将缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和39.5kg乙酸乙酯加入反应釜中，加热至45℃并搅拌反应1.5h，然后加入SAP树脂，升温至60℃后再缓慢加入固化剂溶液，1h加入完毕，继续搅拌1h，过滤并收集滤体，滤体在55℃的烘箱中干燥1h，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
制备例2
缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，包括以下原料：
缩水甘油酯型环氧树脂19.5kg、2,5-己二醇1.23kg、乙酸乙酯60kg、SAP树脂10kg、固化剂0.15kg。其中缩水甘油酯型环氧树脂为4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯，SAP树脂的粒径为1.5mm，固化剂为偏苯三甲酸酐。
缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备方法，包括以下步骤：
将固化剂溶于0.5kg的乙酸乙酯中，获得固化剂溶液。
将缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和59.5kg乙酸乙酯加入反应釜中，加热至55℃并搅拌反应1h，然后加入SAP树脂，升温至65℃后再缓慢加入固化剂溶液，1h加入完毕，继续搅拌1.5h，过滤并收集滤体，滤体在55℃的烘箱中干燥1h，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
制备例3
缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，包括以下原料：
缩水甘油酯型环氧树脂17kg、2,5-己二醇1.12kg、乙酸乙酯50kg、SAP树脂10kg、固化剂0.1kg。其中缩水甘油酯型环氧树脂为4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯，SAP树脂的粒径为1mm，固化剂为偏苯三甲酸酐。
缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备方法，包括以下步骤：
将固化剂溶于0.5kg的乙酸乙酯中，获得固化剂溶液。
将缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和49.5kg乙酸乙酯加入反应釜中，加热至50℃并搅拌反应1h，然后加入SAP树脂，升温至65℃后再缓慢加入固化剂溶液，1h加入完毕，继续搅拌1h，过滤并收集滤体，滤体在55℃的烘箱中干燥1h，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
制备例4
本制备例与制备例3的区别在于，本对比例还加入有0.36kg纳米二氧化硅。纳米二氧化硅的粒径为60～80nm。
具体的，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备方法，包括以下步骤：
将固化剂溶于0.5kg的乙酸乙酯中，获得固化剂溶液。
将缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和49.5kg乙酸乙酯加入反应釜中，加热至50℃并搅拌反应1h，然后加入SAP树脂和纳米二氧化硅，升温至65℃后再缓慢加入固化剂溶液，1h加入完毕，继续搅拌1h，过滤并收集滤体，滤体在55℃的烘箱中干燥1h，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
制备例5
本制备例与制备例4的区别在于，本制备例中纳米二氧化硅的加入量为0.88kg。
制备例6
本制备例与制备例3的区别在于，本制备例中不加入2,5-己二醇。
制备例7
本制备例与制备例3的区别在于，本制备例中2,5-己二醇的加入量为2kg。
实施例1
如图1所示，一种水利工程用复合式防渗墙包括抗渗墙体1和预埋钢筋架2，抗渗墙体1设置在施工槽内，预埋钢筋架2安装于抗渗墙体1内部。
其中，抗渗墙体1由抗渗混凝土固化成型得到。
抗渗混凝土包括以下原料：
水泥80kg、碎石155kg、砂子210kg、膨润土65kg、粉煤灰15kg、水130kg、减水剂1.5kg、缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP 3.5kg。其中减水剂为聚羧酸减水剂，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例1制得。
抗渗混凝土的制备方法，包括以下步骤：
将碎石、砂子、膨润土和粉煤灰加入混凝土搅拌机混合搅拌4min，然后加入水泥和缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，继续搅拌2min，然后加入水和减水剂，继续搅拌1min，得到抗渗混凝土。
一种水利工程用复合式防渗墙的施工方法，包括以下步骤：
S1.确定开挖区，在开挖区挖槽，形成施工槽；
S2.在施工槽内放置安装预埋钢筋架2，然后注入抗渗混凝土，养护28d，形成抗渗墙体1，完成复合式防渗墙的施工。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于抗渗混凝土的组成不同。
抗渗混凝土包括以下原料：
水泥115kg、碎石185kg、砂子240kg、膨润土85kg、粉煤灰30kg、水160kg、减水剂4.5kg、缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP 6.6kg。其中减水剂为聚羧酸减水剂，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例1制得。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于抗渗混凝土的组成不同。
抗渗混凝土包括以下原料：
水泥95kg、碎石168kg、砂子223kg、膨润土72kg、粉煤灰20kg、水146kg、减水剂2.1kg、缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP 6.1kg。其中减水剂为聚羧酸减水剂，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例1制得。
实施例4
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中抗渗混凝土的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例2制得。
实施例5
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中抗渗混凝土的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例3制得。
实施例6
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中抗渗混凝土的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例4制得。
实施例7
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中抗渗混凝土的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例5制得。
实施例8
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中的抗渗混凝土制备方法中，不加入缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
实施例9
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中的抗渗混凝土制备方法中，用等量的SAP树脂替代缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
实施例10
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中抗渗混凝土的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例6制得。
实施例11
本实施例与实施例3的区别在于，本实施例中抗渗混凝土的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP由制备例7制得。
性能测试
在实施例1-11制得抗渗混凝土后，取部分抗渗混凝土进行测试。
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，对各个实施例制得的抗渗混凝土进行抗压强度测试，抗渗混凝土养护时间28d，测试结果如表1所示。
根据GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准标准规范》，对各个实施例制得的抗渗混凝土进行弹性模量测试，抗渗混凝土养护时间28d，测试结果如表1所示。
根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的电通量法，对各个实施例制得的抗渗混凝土进行抗氯离子渗透测试，抗渗混凝土养护时间28d，电通量越小代表抗渗性能越好，测试结果如表1所示。
根据DL/T 5150-2017水工混凝土试验规程，对各个实施例制得的抗渗混凝土进行相对渗透性测试，抗渗混凝土养护时间28d，计算相对渗透性系数，测试结果如表1所示。
根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对各个实施例制得的抗渗混凝土进行早期抗裂测试，计算单位面积上的总开裂面积，测试结果如表1所示。
表1
根据表1的测试结果分析，实施例1-5的抗渗混凝土的抗氯离子渗透性能和耐水渗透性能均较高，因此所成型的灌注桩抗渗性良好，并且抗裂性能良好，适于地质环境较差的防渗墙；同时抗渗混凝土的弹性模量保持在较低水平，柔性良好，适合应用于防渗墙当中，而且抗压强度接近2MPa，既不会因为高强度而导致高应力的问题，也保持较高的强度而提高防渗墙的稳定性，从而使得防渗墙的抗渗、强度和耐久性综合性能更优。
实施例6-7与实施例3相比，抗渗混凝土的抗压强度和抗渗能力均有明显的提升，说明加入了纳米二氧化硅的缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP可以提高混凝土的强度和抗渗性，并且抗渗混凝土的弹性模量没有大幅增加，混凝土的柔性良好。
实施例8与实施例9相比，抗渗混凝土的抗渗能力下降明显，说明SAP树脂对混凝土抗渗能力提升的作用，但SAP树脂的加入导致混凝土强度的降低；实施例9与实施例3相比，抗压强度下降，但弹性模量降低幅度较小，即混凝土的柔性较差，而且抗裂性能较差，说明加入缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的综合性能要优于单独加入SAP树脂。
实施例10-11与实施例3相比，抗渗混凝土的抗压强度、抗渗能力、抗开裂能力均较差，说明在制备缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP时，控制缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇在(15～19.5):(0.86～1.23)，可以更好的发挥缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的效果。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种水利工程用复合式防渗墙，其特征在于：包括抗渗墙体(1)和设置于所述抗渗墙体(1)内的预埋钢筋架(3)，所述抗渗墙体(1)由抗渗混凝土固化成型得到；
所述抗渗混凝土包括以下重量份的原料：水泥80~115份，碎石155~185份，砂子210~240份，膨润土65~85份，粉煤灰15~30份，水130~160份，减水剂1.5~4.5份，缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP 3.5~6.6份；
所述缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备原料包括以下组分：SAP树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和固化剂，其中所述SAP树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和固化剂的重量比为10:(15~19.5):(0.86~1.23):(0.05~0.15)。
2.根据权利要求1所述的一种水利工程用复合式防渗墙，其特征在于：所述缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备原料还包括纳米二氧化硅，其中所述SAP树脂与所述纳米二氧化硅的重量比为10:(0.36~0.88)。
3.根据权利要求1所述的一种水利工程用复合式防渗墙，其特征在于：所述SAP树脂的粒径为1~1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种水利工程用复合式防渗墙，其特征在于：所述缩水甘油酯型环氧树脂为4,5-环氧四氢邻苯二甲酸二缩水甘油酯。
5.根据权利要求1所述的一种水利工程用复合式防渗墙，其特征在于：所述固化剂为偏苯三甲酸酐。
6.一种水利工程用复合式防渗墙的施工方法，其特征在于：用于制备权利要求1-5任一所述的一种水利工程用复合式防渗墙，包括以下步骤：
S1.在开挖区挖槽，形成施工槽；
S2.在所述施工槽内放置安装预埋钢筋架，然后注入抗渗混凝土，养护28d或28d以上，形成抗渗墙体，完成复合式防渗墙的施工；
所述抗渗混凝土的制备方法为：将碎石、砂子、膨润土和粉煤灰混合搅拌，然后加入水泥和缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP，继续搅拌，然后加入水和减水剂，继续搅拌，得到抗渗混凝土；
所述缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP的制备方法：将缩水甘油酯型环氧树脂、2,5-己二醇和乙酸乙酯在45~55℃下搅拌反应1~1.5h，然后加入SAP树脂，升温至60~65℃后再缓慢加入固化剂，继续搅拌1~1.5h，过滤，干燥，获得缩水甘油酯型环氧树脂包覆SAP。
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