2.10 面板混凝土抗渗性能及防渗材料试验
国内外已建百米以上的堆石面板坝中多出现混凝土面板缺陷开裂，单纯用“温控”难以阻止高坝混凝土面板的破坏。从现有的观察计算来看混凝土面板除满足高压水头抗渗能力外至少有三种重要原因和控制需要进行，一是温控，二是湿控，三是堆石体和混凝土面板变形差控制。
混凝土面板的主要功能是与大坝坝体共同挡水，保证大坝的安全，使总体枢纽工程发挥效益。混凝土面板是面板堆石坝防渗的关键性结构，其混凝土抗渗性能直接影响大坝的安全运行。结合面板混凝土高抗渗性能的要求，采用一次加高水压（如2 MPa）或直接从高水压分级加压，通过测量渗透高度计算相对渗透系数。计算公式如下：
式中 Kr——相对渗透系数，cm/s；
Dm——平均渗水高度，cm；
H——水压力，以水柱高度表示，cm（1MPa水压力，以水柱高度表示为10200cm）；
T——恒压时间，s；
α——混凝土的吸水率，一般取为0.03。
2.10.1 抗渗试验结果
试验以某工程面板混凝土原级配（配合比见表2.66）为基准，采用内掺（掺量为水泥用量的0.8%）和迎水面刷涂（刷涂厚度约1mm）XYPEX、帕斯卡两种新型防水材料，迎水面喷涂（喷涂厚度10mm）聚氨酯硬质泡沫保温保湿材料和面板混凝土原级配进行对比，共分为6组（每组6个试件），分组及编号见表2.67。
表2.66 面板混凝土配合比
表2.67 面板混凝土抗渗试验分组及编号
试验按照DL/T 5150—2001《水工混凝土试验规程》中“3.1混凝土拌和物室内拌和方法”和“4.1混凝土试件的成型与养护方法”进行试件的制作和养护（28d龄期），六个试件为一组。按照“4.21混凝土抗渗性试验”采用水泥加黄油方法进行密封（水泥∶黄油=3∶1）。
1.面板混凝土原级配抗渗试验（CFRD）
试验采用两级加压，第一级2.0MPa，持压时间10h；第二级4.0MPa，持压时间10h。面板混凝土原级配平均渗透高度见表2.68。
表2.68 面板混凝土原级配平均渗透高度
按照式（2.4）计算的相对渗透系数Kr见表2.69。
表2.69 面板混凝土原级配相对渗透系数
2.面板混凝土（原级配）迎水面刷涂XYPEX材料抗渗试验（B-XYPEX）
在抗渗混凝土试件表面刷涂1mm厚XYPEX浓缩剂。试验采用一次加压至3.0MPa，持压时间46h。试验数据见表2.70。
表2.70 面板混凝土原级配迎水面刷涂XYPEX防水材料平均渗透高度
按照式（2.4）计算相对渗透系数Kr见表2.71。
表2.71 面板混凝土原级配迎水面刷涂XYPEX防水材料相对渗透系数
3.面板混凝土（原级配）内掺XYPEX防水材料抗渗试验（M-XYPEX）
在抗渗混凝土试件中内掺水泥用量0.8%的XYPEX掺合剂。试验采用一次加压至3.0MPa，持压时间22h。试验数据见表2.72。
表2.72 面板混凝土原级配内掺XYPEX防水材料平均渗透高度
按照式（2.4）计算相对渗透系数Kr见表2.73。
表2.73 面板混凝土原级配内掺XYPEX防水材料相对渗透系数
4.面板混凝土（原级配）迎水面刷涂PSIQ防水材料抗渗试验（B-PSIQ）
在抗渗混凝土试件表面刷涂1mm厚PSIQ防水材料。试验采用一次加压至3.0MPa，持压时间46h。试验数据见表2.74。
表2.74 面板混凝土原级配迎水面刷涂PSIQ防水材料平均渗透高度
按照公式（2.4）计算相对渗透系数Kr见表2.75。
表2.75 面板混凝土原级配迎水面刷涂PSIQ防水材料相对渗透系数
5.面板混凝土（原级配）内掺PSIQ防水材料抗渗试验（M-PSIQ）
在抗渗混凝土试件中内掺水泥用量0.8%的PSIQ防水材料。试验采用一次加压至3.0MPa，持压时间70h。试验数据见表2.76。
表2.76 面板混凝土原级配内掺PSIQ防水材料平均渗透高度
计算相对渗透系数Kr见表2.77。
表2.77 面板混凝土原级配内掺PSIQ防水材料相对渗透系数
6.面板混凝土（原级配）迎水面表面喷涂聚氨酯保温保湿材料抗渗试验（B-PUR）
在抗渗混凝土试件迎水面喷涂10mm厚聚氨酯硬质泡沫保温保湿材料。试验采用一次加压至3.0MPa，持压时间50h。试验数据见表2.78。
表2.78 面板混凝土原级配迎水面喷涂聚氨酯保温保湿材料平均渗透高度
按照式（2.1）计算相对渗透系数Kr见表2.79。
表2.79 面板混凝土原级配迎水面刷涂PSIQ防水材料的相对渗透系数
7.不同组别面板混凝土的相对渗透系数
如上所述，根据相对渗透系数推算出相应的抗渗标号，将上述6组面板混凝土相对渗透系数及推算的抗渗标号计算结果汇总见表2.80。
表2.80 面板混凝土不同组别相对渗透系数及抗渗标号
2.10.2 试验结果分析
从表2.80可以得出如下结论：
（1）原级配的面板混凝土相对渗透系数为2.90×10-11cm/s，相应的渗透标号为W87，远远大于设计要求的W12。
（2）对于迎水面刷涂或内掺0.8%水泥用量的XYPEX和PSIQ防水材料，面板混凝土的抗渗性能均有提高。
（3）迎水面刷涂1mm厚XYPEX浓缩剂提高防渗效果最为明显，渗透系数达到8.20×10-12cm/s，相应的渗透标号达到W166，比原级配的面板混凝土提高90%以上。内掺水泥用量0.8%的XYPEX掺合剂的防渗效果亦比较明显，渗透系数达到9.57×10-12cm/s，相应的抗渗标号可达W153，比原级配的面板混凝土提高75%以上，强度增加15%。
（4）内掺水泥用量0.8%的PSIQ防水材料的防渗效果亦较为显著，渗透系数达到8.69×10-12cm/s，相应的抗渗标号可达W161，比原级配的面板混凝土提高85%。迎水面刷涂1mm厚PSIQ防水材料对防渗效果有所提高，渗透系数达到2.59×10-11cm/s，相应的渗透标号为W93，比原级配的面板混凝土提高不大于10%，强度略下降7%。
（5）对比XYPEX和PSIQ两种新型防水材料，采用表面刷涂XYPEX防水材料较表面刷涂PSIQ防水材料对于提高防渗效果更佳。而内掺PSIQ防水材料较内掺XYPEX防水材料防渗效果略好。
（6）面板混凝土迎水面喷涂聚氨酯保温保湿材料相对渗透系数达1.85×10-11cm/s，抗渗标号较原级配面板混凝土抗渗性能提高25%以上。说明聚氨酯硬质泡沫除能达到保温保湿效果以外，对面板混凝土抗渗亦有益。
由以上试验结果分析可以看出：可以在面板表面刷涂和内掺新型防水材料来进一步提高面板混凝土的抗渗。从另外一方面讲，考虑面板混凝土受不均匀沉降和温度应力、湿度应力影响较大，常引起面板开裂，若能在保证面板混凝土强度的基础上适当减少水泥用量，对于减少面板混凝土水化热温升而减少温度应力，对减少面板混凝土开裂有益。
从面板混凝土保温保湿角度考虑而采用喷涂聚氨酯硬质泡沫保温保湿材料，从本试验研究表明，抗渗效果同样可得到加强。
通过对在配合比中添加增密剂与否的两组混凝土试件进行基本性能的试验，分析增密剂在降低混凝土开裂风险方面的作用，并针对试验结果设计进行了后续的试验，探究增密剂对混凝土性能的作用机理。得到以下结论。
（1）增密剂能够显著提高混凝土的抗压强度，对增强混凝土的抗渗性能也有一定促进作用，但增密剂不能增强混凝土的抗拉强度和抗冻性能，反而对这两种基本特性略有削弱，而抗拉强度恰恰是增强混凝土抗裂能力的关键。
（2）在混凝土试块与拉压试验机之间垫上减摩片之后，进行的抗压试验结果显示，增密剂也不能提高此时混凝土的抗压强度，此时混凝土受压破坏的模式与劈拉破坏相似。
（3）从压汞法试验结果可知，增密剂虽然能够使混凝土中的无害孔、少害孔的比例增加，但同时也并没有有效降低多害孔的比例，因此并没有明显改善混凝土的孔结构。这也是配合比中添加增密剂后混凝土的劈裂抗拉强度反而略有下降的根本原因。
（4）综上所述，增密剂不能增强混凝土的抗裂能力，不建议在工程的混凝土制备中采用该种外加剂。
（5）通过XYPEX和PSIQ防水材料的抗渗对比试验，从提高防渗效果方面可以刷涂和内掺新型防水材料来进一步提高面板混凝土的抗渗，采用表面刷涂XYPEX防水材料较表面刷涂PSIQ防水材料对于提高防渗效果更佳。而内掺PSIQ防水材料较内掺XYPEX防水材料防渗效果略好。