[发明专利]一种采用超高韧性水泥基复合材料加固堆石坝混凝土面板的方法

说明书

本发明公开了一种采用超高韧性水泥基复合材料(简称：UHTCC)加固堆石坝混凝土面板的方法，建立混凝土面板堆石坝的三维有限元模型，计算混凝土面板在设计运行水位下的应力分布；在有限元模型计算的基础上，对于面板混凝土应变大于混凝土开裂应变的区域增加超高韧性水泥基复合材料加固层，通过不断调整加固层的范围和厚度，使面板混凝土计算的应变小于开裂应变，从而确定最优的超高韧性水泥基复合材料的加固范围和加固厚度；在计算确定面板的加固范围和加固层厚度后，采用喷射工艺对混凝土面板进行加固。本发明提出了一套先进的计算方法、采用超高韧性水泥基复合材料的喷射加固措施，能够显著提高复合面板的抗裂能力，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于水利工程、新型复合材料领域，涉及一种采用超高韧性水泥基复合材料加固堆石坝混凝土面板的方法。

背景技术

混凝土面板堆石坝是以堆石体为支承结构、并在其上游面设置混凝土面板作为防渗结构的一种坝型，混凝土面板堆石坝的建设和发展经历了一个多世纪的历程，自20世纪90年代开始，随着面板坝技术的发展，坝高不断增大，国内外相继设计、建造了一批坝高大于150m的高面板堆石坝工程。我国面板坝的数量占世界50％以上，高混凝土面板堆石坝数量占世界60％左右。在强地震区、深覆盖层、深厚风化层、岩溶等不良地质条件和在高陡边坡、河道拐弯等不良地形条件下建造了高混凝土面板堆石坝，坝体变形控制和混凝土面板防裂是超高面板堆石坝的关键技术问题。

随着坝高的增加，混凝土面板的长度也随之增加，堆石体应力水平、坝体及面板承受的水压力也越来越大。由于堆石体材料的高度非线性特征，其在高应力条件下的应力应变特性对坝体和面板的变形性态有着至关重要的影响，混凝土面板在高水压和复杂运行环境荷载下的应力规律，也关系到坝体防渗体系的安全。目前，面板堆石坝常采用普通混凝土作为面板材料，常规混凝土面板具有抗拉强度低、韧性差和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点。国内外有大量面板堆石坝出现混凝土面板开裂，造成水库水渗漏，对钢筋混凝土面板的耐久性造成不利影响，威胁大坝安全。

为了提高混凝土面板的抗裂能力，有学者和工程技术人员提出了一些方法，例如：在面板混凝土中添加聚丙烯纤维、提高混凝土的强度等级、加强养护防止混凝土硬化过程中产生早期裂缝等，这些方法一般应用于新建堆石坝的混凝土面板防裂。在对已建成的堆石坝面板进行加固时，目前常采用聚合物砂浆或高强混凝土。但是，现有的这些方法都未改变混凝土材料的准脆性材料特性，即：混凝土的极限拉应变很小，一般只有0.0001。混凝土的准脆性特性造成混凝土面板和加固材料只能承受很小的拉应力和拉应变，因此，现有的混凝土面板抗裂措施对抗裂能力的提升很有限，未能解决混凝土面板堆石坝的面板开裂问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种采用超高韧性水泥基复合材料加固混凝土面板的方法；提出该复合面板应力应变的高精度数值模拟方法，准确地评估超高韧性水泥基复合材料对混凝土面板的应力改善状况；通过对本发明的应用，不会对原有面板的混凝土和配筋造成重大改变和破损，可以有效提高面板的极限拉伸应变值，增强面板的适应变形能力，并在混凝土一旦发生初裂以后，通过表层的超高韧性水泥基材料限制混凝土的进一步开裂，提高复合面板的抗裂能力，从而显著提高面板防渗性和耐久性。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种采用超高韧性水泥基复合材料加固堆石坝混凝土面板的方法，该方法包括如下步骤：

步骤(1)进行坝面测量放样，采用喷射法进行加固之前，先在面板上标识出拟喷射加强的范围。

步骤(2)对混凝土面板进行凿毛处理，凿毛时应不损伤原面板结构的受力钢筋。

步骤(3)采用高压水枪进行混凝土面板冲洗，清洗掉凿毛后的浮浆颗粒等。为保证界面粘结质量，采用界面剂进行打底处理。