高性能改性聚合物修補砂漿結合聚脲涂料在凍融剝蝕修復工程上的應用

孟偉龍

(遼寧澤峰水利規劃設計有限公司，沈陽 110004)

1 概 述

高性能改性聚合物修補砂漿作為一種高分子水性聚合物乳液改性水泥砂漿，以自改性的聚合物乳液為主材，與改性粉料、特種水泥、精制混合標準砂、高性能減水劑、助劑混合而成。與普通聚合物砂漿相比，其和易性得到了根本改善，施工更為高效便捷，力學等性能更為優異，可在潮濕基面進行人工抹涂或機械噴涂，同時具有優異的耐磨、黏結、抗裂、抗凍、防水、防氯離子、耐老化等性能。

單組分聚脲防水涂料是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，與多種助劑和填料配制而成，接觸空氣中的濕氣室溫固化，整個過程不產生CO2，可成膜任意厚度不鼓泡，是目前耐久性最長的柔性涂層之一(陽光下暴露，耐久性≥30年)。其具備的超高力學性能、高抗沖刷性、與多種基材的高黏結性、良好的抗紫外線能力、優異的耐酸堿鹽性、耐腐蝕性和低溫柔性、可噴涂可手刷、施工方便等特性，逐步被工程領域認可并廣泛應用。

東北地區水工建筑物運行多年普遍存在表面混凝土剝蝕、凍融破壞等現象。兩種材料的結合應用理論上可以解決混凝土表面剝蝕的坑洼修補還可以大幅增強構筑物表面的抗性及壽命，解決寒冷地區水工建筑物凍融剝蝕的問題。

2 結合材料在水工建筑物修復工程中的應用

2.1 工程概況

沈陽市王家灣橡膠壩始建于2004年11月，2005年工程竣工并投入運行。工程位于沈陽市境內渾河城市段的河段上，橡膠壩工程為50a一遇洪水，工程等別Ⅲ等，建筑物級別為3級。橡膠壩位于流域中游，屬溫帶季風型大陸性氣候，冬季嚴寒、干燥，夏季濕熱、多雨，平均最大積雪為28cm；多年平均最大凍土深度為148cm。該橡膠壩運行多年后，現狀混凝土表面凍融剝蝕較為嚴重，將逐步破壞混凝土剝蝕區強度，對橡膠壩結構穩定造成影響，危及攔河壩的整體安全。本次工程主要提出本次橡膠壩壩體加固及凍害處理的工程措施，對凍融剝蝕部分混凝土進行修復，計劃總工期60d，4月初施工準備，于5月底工程收尾。

2.2 破壞程度分析及修復方案

2.2.1 凍融剝蝕情況分析

根據《北方寒區閘壩混凝土病害診斷與修補防護基礎規程》(遼寧省地方標準)，混凝土凍融剝蝕按其對建筑物危害程度進行分類如表1：

根據檢測結果，下游底板及消力池斜坡面平均剝蝕深度2cm，中墩、邊墩平均剝蝕深度2.5cm，剝蝕程度為B類，屬一般凍融剝蝕。

不同等級混凝土凍融剝蝕處理原則略有不同，根據遼寧省相關工程經驗參考執行，處理原則如表2：

表2 凍融剝蝕處理原則分類表

根據檢測結果，本次處理遵循該規程建議，對抗抗沖磨區域進行處理，即下游底板、消力池、閘墩部位進行有效的修補措施，以為保證橡膠壩運行要求，并發揮效益。

具體修復遵循的原則如下：

1)剝蝕部分的修補宜遵循“鑿舊補新”方式，先清理損傷部位的混凝土，涂刷或澆筑具有抗沖磨、抗凍、防滲及耐老化特性的修補材料。

2)清除損傷部位時，原則上應不破壞周邊完好部位的混凝土。

3)應進行方案比選，選用工藝成熟、技術先進、經濟合理的修補材料，并按相關規程規范和產品技術要求嚴格控制施工質量。

2.2.2 修復方案

目前東北地區混凝土表面加固的方式主要有常規鑿毛修補和采用新材料進行修復等措施。根據本工程現狀，剝蝕區混凝土內部強度仍能滿足工程正常需要，但如不進行修補，則會在剝蝕區逐步破壞混凝土內部結構，直至混凝土強度無法滿足正常運行要求時，發生事故。故本次修復，主要考慮在混凝土表面進行修補，而不對混凝土內部造成破壞。

在本工程的現有條件下，澆筑混凝土方案的鑿毛，只能在最表層進行，使得重新澆筑的混凝土厚度很薄，修補效果差，難以達到正常運行的強度要求，也難以與原建筑緊密相連；而涂刷高性能防水防護材料方案的修補方式可不進行鑿毛，只需處理表面后，即可繼續涂刷高性能防水防護等材料對剝蝕區進行修復，故本次建議采用涂刷高性能防水防護材料方案更為合理[1]。

2.2.3 施工方法

對受損基面進行處理后，涂刷自改性聚合物凈漿，然后采用高性能改性聚合物修補砂漿進行修復加固處理，修復厚度約2cm，涂刷界面劑后，在其表面手刮單組分(脂肪族)聚脲防水涂料，手刮厚度1.2±0.2mm，最終達到修復、補強加固和防水防護的目的。剖面示意圖如圖1所示。

圖1 混凝土修復與防護剖面示意圖

3 應用分析

對比傳統的混凝土鑿毛修補，主要區別是選取的修復材料不同，為使更直觀地了解兩種方案的優劣勢，對比如表3。

表3 兩種方案對比表

通過對比可見，改性砂漿結合聚脲修復方案從強度、耐久、適應性等諸多方面更適合東北寒冷氣候的凍融剝蝕修復工作，其簡便的操作及廣泛的適用環境可以更加節約工期和勞動力。

3.1 成本節約

相比較與傳統的混凝土修補，改性砂漿結合聚脲修復方案主要為砂漿層及聚脲涂層的涂抹，工序上節約了混凝土澆筑與模板等環節，縮短了工期，適合東北4-5月份非汛期實施。該方案快捷簡單、功效顯著，大大縮短工期，顯著降低施工成本。

3.2 質量控制

改性砂漿結合聚脲修復方案相比混凝土修復方案，質量更便于控制，以其簡便的施工操作，不需要過多的后期養護，更適合對工期有要求的水利工程。其良好的抗凍、抗滲、抗紫外線性能，大幅延長工程使用壽命，節約了后期運行管理費用，避免后期的頻繁修復工作。

4 工藝注意事項

4.1 工藝流程

1)基面處理。對混凝土基面進行處理，鑿除表面松動、剝蝕部分至堅硬層，清除基面上的乳皮、水泥凈漿表層或松動顆粒等，使表面外露新鮮骨料。施工前基面用水清洗干凈，使其處于飽和狀態，但無明水。

2)凈漿涂刷。鋪設高性能改性聚合物修補砂漿前，在基面上需刷一道自改性聚合物凈漿，凈漿嚴格按照配比進行。使用滾筒或排刷將專用凈漿涂刷在基面上，要求涂刷部位均勻無漏點。

3)砂漿涂抹。高性能改性聚合物修補砂漿嚴格按照配比混合，并充分攪拌至均勻。將拌制好的砂漿用抹刀根據實際情況涂抹到基面上，涂抹時盡可能同方向連續攤料，邊涂抹邊壓實找平，并注意銜接處壓實排氣，使其密實平整。涂層厚度約2cm，分層抹壓，以免脫空。

4)養護。待高性能改性聚合物修補砂漿施工完成后進行養護，養護期5-7天。

5)基面處理。使用角磨機對基面進行打磨，將表面的浮塵雜物打磨干凈。使用大功率吹風機對打磨過的基面進行吹洗，將表面浮塵雜物清理干凈，保證基面干燥、清凈。

6)界面劑涂刷。使用滾筒或排刷將專用界面涂刷在基面上，要求涂刷部位均勻無漏點。

7)涂料涂刷。界面劑涂刷至少20min后，將單組份(脂肪族)聚脲防水涂料用塑料刮板均勻刮涂，每次刮涂厚度控制在0.4-0.6mm，分兩至三次進行刮涂，上次涂膜表干后進行下次涂膜，時間間隔不超過24h，最終保證聚脲涂層厚度為1.2±0.2mm。

8)檢測。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200m2進行一次檢查并由現場監理監督執行。

4.2 施工注意事項

1)材料進場驗收。進場材料必須具有合格證和檢驗報告，并依據《修補砂漿》(JC/T 2381-2016)和《單組分聚脲防水涂料》(JC/T 2435-2018)進行抽樣復檢，全部復檢合格后方可使用。

2)施工設備檢查。開工前要求對施工設備進行檢查，保證無誤、清潔、精準，具已具備工作條件。

3)細節處理。裂縫>0.2m的混凝土裂縫表面及結構突變處和陰角部位單組分手刮聚脲涂層平均厚度應>3mm，縮縫表面單組分手刮聚脲涂層平均厚度>4mm，且兩次手刮聚脲作業面之間的搭接寬度≥50mm，搭接部位第一次手刮厚度按斜坡收邊，確保加固后的工程質量[2]。

5 對寒區水工建筑物凍融剝蝕修復的探究

通過《水工鋼筋溷凝土結構設計規范》及《北方寒區閘壩混凝土病害診斷與修補防護基礎規程》等指導性文件中對水工建筑物病害診斷、剝蝕修補技術的相關要求，結合實際工程本次提出王家灣橡膠壩工程混凝土壩體加固及凍害處理的設計方案，重點論證解決東北寒區水工建筑物凍融剝蝕表面修復對應的整治措施，高性能改性聚合物修補砂漿+單組分(脂肪族)聚脲防水涂料加固法相比傳統的鑿毛后澆筑混凝土方式，有著明顯的優勢，且對于反復凍融的東北地區水工建筑物的修復具有更好的保護性能，同時具備的操作簡便、經濟可行，縮短工期等優勢可以降低施工成本，對當地水工建筑物凍害加固方案具有方向性的參考。