單組分聚脲防水涂料在三河閘工程中的應用

(1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處, 江蘇 淮安 223100;2.常州市河道湖泊管理處, 江蘇 常州 213000)

1 工程基本情況

三河閘工程位于江蘇省淮安市，洪澤湖的東南角，是淮河入江水道的控制口門。工程建成于1953年7月，設計流量12000m3/s，為大(1)型水閘。

三河閘閘身為鋼筋混凝土結構，共63孔，每孔凈寬10m，總寬697.75m，分21塊底板，底板高程7.5m(以廢黃河零點起算，下同)，胸墻底高程13.7m，閘孔高6.2m。閘底板上分設閘墩與門墩。閘墩頂部設有凈寬為3.0m的工作便橋，橋面高程17.3m。工作便橋上為π形梁工作橋，橋面凈寬4.5m，高程20.45m。門墩頂部設有凈寬7.0m、橋面高程17.0m的汽-20級公路橋。

三河閘工程建成60多年來，充分發揮了工程效益，已累計安全泄洪1.3萬億m3，為里下河地區200萬hm2農田和2600萬人民生命財產安全做出了巨大的貢獻。

2 三河閘工程混凝土存在問題及處理方案

2.1 存在問題

三河閘工程修建年代已久，經多年運行，間斷性承受懸移質與夾雜的高速水流的沖刷及汽蝕破壞，以及氣候因素影響的破壞，加之其長時間受到泄洪的高速水流的沖刷破壞，混凝土表層出現坑窩麻面、局部露筋露骨等現象，施工縫處沿整個寬度方向縫隙較長、較深。從混凝土剝蝕現象來看，混凝土保護層現局部厚度1～2cm，破壞的部位深度達1cm不等。

上述問題影響水工建筑物的正常運行能力，若不及時處理會進一步惡化，影響工程蓄水、擋洪、泄洪等功能，并最終影響水工建筑物的結構安全。

2.2 處理方案

采用高彈性特種聚脲砂漿對公路橋橋墩的剝蝕、脫落和露筋部位進行局部修復處理，然后刮涂單組分(脂肪族)聚脲防水涂料，旨在處理混凝土的質量缺陷，恢復和增強水工建筑物的防碳化、抗沖磨、抗凍害、耐老化等能力，提高水閘建筑物整體結構的耐久性和安全性，保證其安全穩定、長久運行的能力。

處理內容主要包括：

a.高彈性特種聚脲砂漿修復處理。

b.單組分(脂肪族)聚脲防水涂料整體防護處理。

3 主要施工材料

3.1 高彈性特種聚脲砂漿

高彈性特種聚脲砂漿是以雙組分聚脲代替水泥作為膠結材料，與特種級配砂料、改性混合粉料混合制成的一種高彈性、高強度的混凝土修復加固材料。高彈性特種聚脲砂漿主要性能見表1。

表1 高彈性特種聚脲砂漿主要性能指標

高彈性特種聚脲砂漿除了具有優異的力學性能和形變量，還具有高抗沖磨強度、抗沖擊性、抗滲、抗凍、耐老化、良好的高低溫性能，其中抗沖磨強度是普通高聚物修復材料的兩倍以上。該材料主要應用于面板壩混凝土破壞厚度在0.5～1cm的修復和破壞嚴重的上層修復，也可用于抗沖蝕要求較高或外露型其他水工建筑的修復。

3.2 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料

單組分(脂肪族)聚脲防水涂料以功能性聚醚多元醇、脂肪族異氰酸酯及自制的潛固化劑為主要原料，混合多種助劑和填料配制而成，接觸空氣中的濕氣，在室溫下固化，是目前耐久性最好的柔性涂層之一。其性能如下：

a.接觸濕氣，室溫下固化，整個反應過程不生成CO2，可成任意厚度膜而不起泡。

b.超高力學性能，抗拉強度可達16～30MPa。

c.變形能力強，延伸率可達350%～500%。

d.與基材浸潤性好，與混凝土基材黏結強度不小于4.0MPa。

e.抗紫外線能力強，表面不粉化、不黃變，耐久性可達30年以上。

f.施工便利，顏色可調，既可手刷，又可噴涂。

g.性能穩定，低溫柔性好。

h.具有耐酸、堿、鹽侵蝕能力及高抗沖耐磨性。

單組分(脂肪族)聚脲防水材料主要性能指標見表2。

表2 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料主要性能指標

4 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工藝

在三河閘工程混凝土表面處理過程中，采用的單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工藝總結起來為：混凝土基面處理→涂刷界面劑→刮涂單組分(脂肪族)聚脲防水涂料→養護，施工工藝如圖1所示。下面就該施工工藝具體流程進行簡述。

圖1 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工藝

4.1 混凝土基面處理

為保證單組分(脂肪族)聚脲防水涂料的黏結性，對混凝土刷涂部位進行處理和清洗，具體步驟如下：

a.對混凝土刷涂基面表面破損、殘缺的部分進行剔除，直至結構密實部位；對露出鋼筋的部位，檢查鋼筋表面是否銹蝕，如有銹蝕，進行必要的除銹處理。

b.對處理過的混凝土表面和外露鋼筋部位，刷涂一道自改性聚合物凈漿，然后用高彈性特種聚脲砂漿修補。當修補厚度大于1cm時，分層多次涂抹修復，且每次抹面厚度不超過5mm。在攤鋪基本密實、平整后，在砂漿表面覆蓋一層薄膜，用高頻低振幅平板振搗器振搗平整，振搗平整后，取走薄膜，并進行必要的養護。

c.對用高彈性特種聚脲砂漿修復過的部位進行打磨、平整，使表面與原混凝土平面比降保持一致。平整后的基面要求表面平順，平面和弧面連接處平滑過渡，有棱角的部位使用磨光機磨圓。

d.對混凝土刷涂基面整體進行處理，使用角磨機等工具進行打磨，將混凝土表面的塵垢、雜物及松散顆粒打磨清理。使用大功率吹風機對打磨過的混凝土表面進行吹洗，將表面殘渣、碎屑、粉塵等殘留物及松動顆粒清理干凈，保證基面干燥、清凈方可進入下一步驟。

4.2 涂刷界面劑

為增加單組分(脂肪族)聚脲防水涂料與混凝土的黏結力，在完成基面處理，在表面涂刷專用界面劑后，方可進行防水涂料的施工，具體步驟如下：

a.按規定的比例精確稱量界面劑料粉和水，放入容器中攪拌成均勻的稀漿狀。需要注意的是，一次稱量、調和的界面劑應在規定的時間內用完，超過規定的時間不得再使用。

b.用滾筒在基面表層均勻涂刷專用界面劑，不能漏刷，然后讓界面劑干燥，約需12h。

c.涂刷界面劑后加強通風，待漿料完全干燥并確認完全封閉基面后，方可進行單組分(脂肪族)聚脲防水涂料的涂刷。

4.3 刮涂單組分(脂肪族)聚脲防水涂料

完成界面劑涂刷后，進入整個施工過程中最為核心的單組分(脂肪族)聚脲防水涂料的刮涂環節。在進行刮涂防水涂料時，需重點關注以下幾點：

a.待界面劑完全干燥后方可進行涂刷工作。單組分(脂肪族)聚脲防水涂料刮涂須均勻，不能有局部沉積，要多次刮涂，使涂料與基層之間不留氣泡。三河閘工程混凝土防水處理采用分層多次刮涂，分3次進行，每次刮涂厚度控制在0.3～0.4mm，最終保持聚脲防水涂料封閉層厚度在(1.0±0.2)mm。

b.上一道防水涂料干燥后，進行下一道防水涂料的施工，刮涂方向與上一道相互垂直。兩次刮涂時間間隔不得大于7h。

c.單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工實行全過程質量檢查，主要檢查涂刷厚度和黏結強度，每涂刷400m2進行一次檢查并由現場監理監督執行。在已經施工完成且齡期15天、強度達到最終強度70%以上的封閉涂刷面，根據現場監理隨機指定，進行黏結強度檢測。黏結強度檢測不合格的返工，直至將400m2刮涂合格為止。

4.4 養護

完成單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工后，還需進行必要的養護才能保證施工質量。完成刮涂后需自然養護至少15天，期間應保證不受外力干擾，尤其應避免涂刷面受到硬性沖擊和大的水流沖擊。

5 質量控制

5.1 基層處理和界面劑涂刷質量

a.目測基層應無油污、灰塵、污物、浮漿和松散的表層。

b.目測或敲擊檢查，修補后的基層表面應無裂紋、孔洞、空鼓、松動、蜂窩麻面等缺陷。

c.目測細部構造的基層表面處理應滿足設計要求。

d.采用靠尺檢測的基層平整度應滿足設計要求。

e.目測涂刷的界面劑應均勻、固化正常、無漏涂、無堆積。

5.2 聚脲涂層質量

a.聚脲涂層應均勻涂覆，涂層厚度滿足設計要求。

b.現場檢查材料出廠合格證、有效期、質量檢驗報告和進場抽樣檢驗報告，聚脲涂層施工原材料應滿足設計要求。

c.聚脲涂層質量要求見表3。

表3 聚脲涂層質量要求

d.每批刮涂聚脲作業前，應先涂刷一塊200mm×200mm、厚度不小于1.5mm的樣片，進行外觀質量評價并留樣備查。

e.聚脲樣片在常溫下分別放置7天與21天后進行拉伸強度、斷裂伸長率等力學性能檢驗，檢測結果應滿足《單組分聚脲防水涂料》(JC/T 2435—2018)要求。

6 結 語

單組分(脂肪族)聚脲防水涂料為外露型涂料，具有防滲能力強、抗沖磨效果好等特點，在三河閘工程公路橋橋墩混凝土表面防碳化處理應用中取得了較好的效果，適用于大流量水利工程混凝土結構的抗沖磨防護。單組分(脂肪族)聚脲防水涂料還具有環保、耐黃變、與多種基材黏結優良、施工簡單、顏色可調、使用壽命長、綜合成本低等特點，是一種性價比較高的防護涂料，可以在大中型水利工程中推廣使用。