聚脲防護涂層在水電站迎水面混凝土凍脹處理中的應用

朱 亮

（新疆伊犁河流域開發建設管理局，新疆 鞏留 830000）

0 引言

我國西部、北部地區等嚴寒地區，大多數水利工程在與水接觸面上往往都存在冰對水工建筑物的破壞現象，如上游護坡、溢洪道、閘門閘墩、擋土墻、取水塔及隧洞等。水工混凝土結構的凍害現象往往是導致混凝土劣化的主要因素，也是我國水利工程中混凝土結構常見的病害之一，凍害現象的成因主要有靜冰壓力、凍融破壞和冰拔破壞等。靜冰壓力是指冬季水面發生大面積結冰時體積膨脹，對水工建筑物產生冰壓力，但由于此時冰的強度較低,對混凝土影響并不是很明顯。混凝土的凍融破壞是混凝土空隙中的水，在干濕交替、凍融循環作用下，形成冰漲壓力和滲透壓力聯合作用的疲勞應力，使混凝土產生由表及里的剝蝕破壞，從而降低混凝土強度。另外，由于凍結發生時混凝土孔隙內含有水，凍結后混凝土與冰層牢牢錨固在一起，當水位變化時，混凝土面板受到由于冰層抬高或下降所產生的彎矩，發生旋轉或翹起，產生冰拔破壞，圖1為新疆恰甫其海水電站上游面的混凝土冰拔破壞情況。冰拔現象在嚴寒地區特別是新疆地區水利工程中普遍存在，且對擋水及輸水建筑物產生了很大的破壞，嚴重影響工程的安全運行和服役壽命。

圖1 大壩迎水面混凝土水位變換區混凝土破壞情況

1 項目概況

恰甫其海水利樞紐工程位于新疆伊犁地區特克斯河流域鞏留縣與特克斯縣境內，工程以灌溉為主，兼有發電防洪等綜合效益。水庫總庫容16.94億m3。電站總裝機量4×80 MW。工程由黏土心墻壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞（由導流洞改建而成）、深孔排沙放空洞、1#和2#發電引水洞、電站廠房、開關站等主要建筑物組成。

經過多年的運行，大壩上游面混凝土在水位變化區部位出現一定程度的混凝土凍融破壞，部分區域出現粗骨料外露的現象。為提高混凝土的耐久性，需及時對出現凍融破壞的區域采用涂層防護的方式進行處理，同時可以提高大壩整體美觀性。

2 缺陷處理材料及其性能

CW620高耐候聚脲材料是一種新型環保涂料，具有較好的彈性和優異耐候性能，對混凝土及其他建筑物結構有良好的防水、抗凍、抗碳化等防護作用。由于凍脹破壞混凝土具有一定深度，粗骨料外露甚至鋼筋裸露，首先對松散混凝土進行鑿除，然后采用CW環氧砂漿對混凝土修補，該環氧材料強度高，操作簡單，每次施工厚度較大，填補施工工效高。表1和表2分別為CW620高耐候聚脲材料和CW環氧砂漿的性能指標。

表1 CW620高耐候聚脲性能指標

表2 CW環氧砂漿性能指標

3 施工措施

3.1 施工重難點

首先，從工期和工程量來講，任務重，工期緊。在2個月時間內完成4100 m2，還包括搭設施工平臺和轉移施工平臺的時間。其次，聯合進水口混凝土凍脹破壞部位上距壩面約10 m，下距水面約10 m～20 m，項目施工屬于高空作業，且由于部分位置上方有蓋板遮擋，對吊籃的安裝有所影響，從而導致施工難度增加，工人進出吊籃不便。

針對項目施工難點，經過多方商討，對于第一點任務重工期緊對策是：合理配置施工人員和設備，達到既不窩工閑置設備也不讓人員設備緊缺，考慮好打磨涂刷面積和人員設備的效率。同時針對施工位置的不同，施工平臺大小以及施工平臺的承重量合理安排人員設備。對于第二點施工平臺搭設問題對策是：擬采用在浮船運送吊籃，將浮船作為臨時搭設平臺，聯合進水口部位吊籃上方的固定點采用在橫梁上打孔固定的方式，人員進口采用船只配合。

3.2 施工措施實施

工程施工采用吊籃作業，布置吊籃6～8部，現場拼裝吊籃，并在吊籃側邊及底部各安裝4個萬向輪，沿堰面上下移動。安裝時采用浮船輔助的方式，采用吊機將浮船下放至上游水面，將吊籃放置于浮船上運送至相應部位，上方鋼絲繩固定后放置下方吊籃處，將吊籃鋼絲繩固定，接通電源沿上游壩面上下移動。兩種不同部位的吊籃安裝及使用見圖2、圖3。

圖2 外立面無遮擋的吊籃安裝方式

圖3 外立面有遮擋的吊籃安裝方式

4 施工工藝

4.1 基面處理

為確保修補層與老混凝土結合強度，用角磨機將需要修補及鑿毛的基面表層污染物、松散顆粒打磨除去，清除破壞區域表面乳皮，直至漏出新鮮密實的混凝土基面，清洗干凈后應保持基面干燥。

4.2 混凝土損壞部位修補

用CW環氧砂漿將坑洞等修補平整。將整個防護區域混凝土基面進行打磨清洗，干燥后進行下一步處理。

4.3 聚脲界面劑施工

聚脲界面劑施工的作用是封閉處理后的混凝土基面氣孔，增強涂層與混凝土的粘接性能。待涂刷界面劑完全干燥后再進行底涂施工，采用涂刷的方法如下：

按質量比2∶1將界面劑A、B料按比例稱量混合，充分攪拌3 min～5 min，用刷子或滾筒，涂刷界面劑一遍，要求涂刷均勻、無漏涂、無堆積，約6 h表干后（表干時間隨氣溫升高而變短，以表面沾手但不拉絲的狀態為準），進行下一步面層聚脲施工。

4.4 聚脲面涂施工

面層施工應在干燥環境下進行，施工時環境溫度在5℃～40℃，相對濕度在75%以下，并保證混凝土基底溫度高于露點溫度3℃。如果環境溫度過低，可以對原料采取水浴預加熱措施，以利于配料和施工，注意控制水浴溫度，不可高于50℃。

聚脲批刮可從上到下，或從左到右單方向批刮，不宜來回多次，以防帶進氣泡，影響涂膜質量。要求涂層無流掛，表面無異物、無氣泡。刮涂單組分聚脲2～3層，每層間隔時間約4 h～6 h（表干后即可進行下一道批刮）。

4.5 養護

涂層施工完成后確保在固化時間內（6 h～8 h）不接觸明水，自然養護3天即可。涂層施工完成后采取必要防護措施，注意避免鋼管端頭、踏板角等尖銳部位直接碰撞涂層。施工完成后及時清理施工現場，避免施工過程中雜物擠壓、磕碰，造成涂層破損。

圖4 大壩迎水面混凝土涂層施工后效果圖

5 結語

針對新疆伊犁地區某大壩迎水面混凝土凍脹及冰拔破壞情況，采用CW改性環氧砂漿對破壞區域進行修補，要求砂漿具有較好的粘接性能和抗流掛性，適宜于大深度填補缺陷，表面涂刮CW高耐候聚脲涂層，在強紫外輻射條件下具有較好的防護作用。施工處理完成后，有效阻隔了外界水侵入，抑制了混凝土凍融破壞過程，提升了混凝土結構耐久性，且表面美觀。因此，凍脹破壞混凝土采用環氧砂漿修補，表面采用聚脲涂層進行耐候性防護的技術方案是可行的，可為類似水工建筑物混凝土修復及防護提供參考。