多種化學材料組合在水利工程維修加固中的應用

吳清波

（鄭州市水利工程監理中心，河南 鄭州 450007）

1 概述

陸渾灌區東一干渠鄭州段是陸渾灌區的重要灌溉渠道，自建成運行以來一直發揮著巨大的灌溉效益。干渠歷經30余年運行，期間為保障其安全運行，對干渠渠道進行了多次改造與維修，但干渠上的渡槽未經系統維護，其中西村渡槽全長為355.60 m，高為35.78 m，斷面尺寸為寬3.40～3.64 m，深3.58 m；后林渡槽全長為116.20 m，高為13.34 m，斷面尺寸為寬3.56 m，深3.58 m，干溝渡槽全長為123.16 m，高為12.30 m，斷面尺寸為寬3.68 m，深3.95 m。現狀三座渡槽混凝土碳化，鋼筋銹蝕，槽身銜接部位開裂、漏水等現象較為普遍，安全隱患較大，亟須開展工程修復工作。

三座渡槽工程的主要修復內容為：槽身內壁采用雙組份噴涂聚脲彈性體防滲材料進行防水處理；混凝土缺損修補，裂縫采用雙組份無收縮環氧樹脂灌漿處理；槽身混凝土外壁、排架及預應力空腹桁架外壁涂刷異丁基三乙氧基硅烷浸漬液防碳化涂層，更換蓋板和欄桿；接縫采用聚氨酯結構密封膠處理，更換伸縮縫止水帶。

2 使用的主要化學材料及性能指標

2.1 雙組份聚脲

聚脲是一種彈性體材料，具有防水、防腐、耐磨三大特性，簡單說就是聚脲是高致密度、連接無拼縫的防水材料，是酸、堿、鹽都能耐受的防腐產品，是比橡膠更耐磨的高分子材料。

聚脲材料包括雙組份噴涂聚脲、單組分涂刷聚脲和雙組份噴刷聚脲3種類型，應根據工程處理部位和過水面流速大小分別選用。本次渡槽內壁表層處理使用的為雙組份噴涂型聚脲，主要性能指標如下：黏度（MPa·s）為900，固含量100%，凝膠時間10 s，拉伸強度大于16 MPa，斷裂伸長率大于400，黏結強度3 MPa，撕裂強度大于50，硬度（邵A）A70，不透水性（0.40 MPa×2 h）不透水，吸水率（%）小于3，耐磨性阿克隆磨耗6.50 mg。

2.2 硅烷浸漬

硅烷浸漬是保護混凝土免受氯鹽腐蝕的理想浸漬材料。硅烷的小分子結構可滲透到混凝土內部與暴露到酸、堿環境中的空氣及水分子發生反應，與混凝土材料形成穩定的共價鍵連接，形成一牢固的斥水層。該層具有突出的憎水性，從而有效地阻止氯化物和水侵入混凝土，保持混凝土的“呼吸作用”，大幅度降低氯離子侵蝕、凍融循環破壞及鋼筋腐蝕，提高混凝土建筑物的使用壽命，節省高昂的維修養護成本。

本次工程防碳化的硅烷浸漬為高純度異丁基三乙氧基硅烷浸漬液，本產品標準：純度98.9%，顏色無色透明，密度0.87 g/cm3，pH 酸堿度6.3，可水解氯化物36 ug/g；主要性能指標：吸水率（小于5%）3%，浸漬深度（小于等于C45 標準為3-4）3.20 mm，氯化物吸收量的降低率（不小于90%）92.60%。

2.3 聚氨酯密封膠

聚氨酯密封膠系以聚氨酯橡膠及聚氨酯預聚體為主要成分的密封膠，具有強度高、彈性好、耐磨、拉伸性強、抗老化性強等特點，主要用于黏結和密封。

聚氨酯密封膠一般分為單組分和雙組份兩種基本類型。本工程采用單組分聚氨酯密封膠，該密封膠呈膏狀，可擠出或涂抹施工，使用前不必進行化學計量和添加其他交聯劑，操作簡便易控，省時省力，方便施工；同時具有抗下垂性，嵌填垂直接縫或頂縫不流淌，施工方便，固話速度快；完全固化后無毒，無污染可用于飲水工程。材料主要性能指標見表1。

表1 聚氨酯密封膠性能指標表

2.4 環氧樹脂

環氧樹脂灌漿材料是以環氧樹脂為主體，加入一定的固化劑、稀釋劑、增韌劑等混合而成。這種材料黏度低可灌漿性好，可滲入寬0.20 mm 巖層或者混凝土裂內，固化后黏結力強，收縮變形小，穩定性好。材料無毒性且施工操作方便，是處理結構混凝土缺陷的常用補強材料。其具體性能指標見表2。

表2 環氧樹脂漿材性能指標表

3 主要材料施工工藝

3.1 渡槽混凝土裂縫處理

三個渡槽槽身和排架混凝土，存在不同程度大大小小的裂縫，據統計三個渡槽裂縫總長度為1 514.90 m，最大裂縫深度在310 mm以內，表面縫寬在0.10～0.40 mm。這些裂縫長期存在會加深加大，進而影響混凝土的結構安全，亟須處理。

3.1.1 裂縫清理及鉆孔

首先清除裂縫表面的松散物和縫內的雜物，并用砂輪將結構物表面打磨平整，打磨寬度裂縫兩側大于5 cm。然后沿著裂縫走向采用水磨空心鉆頭騎縫打孔，孔徑在12～16 mm，孔深10～15 cm，孔距25～40 cm 不等。鉆孔時邊鉆邊沖，先水后風進行灌漿孔沖洗，確保孔內無碎渣及粉塵等雜物。

3.1.2 安裝注漿嘴

采用圓形帶有封閉底座的專用注漿嘴逐個裝入孔內，表面用環氧膠泥固定牢固。

3.1.3 封閉裂縫

采用環氧膠泥對裂縫面進行全面封閉，裂縫兩側刮磨寬度大于30 cm。

3.1.4 配制化學灌漿材料

環氧灌漿材料為無收縮環氧樹脂，由A（環氧樹脂）、B（固化劑）雙組份組成，按照重量配比10∶1 拌制，攪拌均勻，放置3 min后使用。

3.1.5 灌漿

灌漿壓力采用0.20～0.30 MPa。灌漿壓力逐級升至設計值，灌漿順序采用“自下而上，由近端至遠端”分Ⅱ序孔進行灌漿作業。灌漿結束標準為孔內不在吸漿，閉漿30 min后結束。

3.2 槽身內壁防水處理

聚脲涂層施工按照基層處理、界面劑涂層和聚脲涂覆的工序作業施工，每個工序完成并經驗收合格后方可進入下道工序的施工。

3.2.1 基層處理

①清洗、清理、晾干渡槽槽壁。②用角磨機整體打磨出新面，保證新面平整，粗糙度均勻，潔凈，無浮塵。③用清水潤濕渡槽內壁上的坑洼等瑕疵部位，而后用環氧砂漿修補瑕疵。④對渡槽內壁裂紋部位，用專用修補劑修補后，干燥后打磨平整。⑤在渡槽接縫部位彈線，用切割機沿線切割，剔除補縫砂漿，清理干凈并用底涂處理接縫區域，待底涂干燥達到強度后，在縫內固定鐵絲網、橡膠止水帶，填筑聚氨酯結構密封膠，初干后粘貼專用網格布，網格布平整順滑，密實粘貼。⑥瑕疵、裂縫、接縫整修完畢后，渡槽內壁基層表面保證平順。

3.2.2 噴涂界面劑

①待渡槽內壁大面整體清理，表面實干后，噴刷界面劑。②界面劑按照設計要求的配比配置，配量適中，混合均勻，拌合后應在1 h內用完。③界面劑的噴涂范圍全部覆蓋渡槽內壁，無漏涂、無堆積，薄而均勻。④完成后及時進行采用覆蓋等保護措施，防止污染表面。⑤要在界面劑完成后規定的時間間隔內開始聚脲的涂覆作業，對超出時間規定的，要重新涂刷界面劑。

3.2.3 噴涂聚脲

①4 h 后，待界面劑表干后，開始噴涂第一遍聚脲；②雙組份聚脲嚴格按照以體積比為1∶1的配比混合噴涂，根據施工進度準備材料用量，混合后的涂料在1 h內使用完畢；③噴涂作業時，使用專用的雙組份高壓噴涂機，按照試噴時確定的速度垂直于基面均勻移動噴槍，每一槍宜覆蓋上一槍幅寬300 mm 寬度；④第一遍聚脲噴涂施工厚度1 mm 左右，確定無漏噴，氣泡情況；⑤第一遍施工完成5 h左右可以進行第二遍的聚脲涂料噴涂施工，施工厚度0.50～1 mm，對于內壁斜面和立面采用多次噴涂，保證聚脲涂料的平整度和性能符合質量要求。

3.3 槽身和排架外防碳化施工

3.3.1 基面處理

首先清洗、清理渡槽槽身和排架外壁，用角磨機整體打磨出新面，將表面浮漿、凸起、雜物清理干凈，保證新面平整，潔凈，無浮塵，粗糙度均勻。

3.3.2 裂縫處理

對混凝土表面存在的裂隙、孔洞等缺陷情況進行檢查和統計分析，對于淺表性裂縫和局部小的孔洞、坑洼等瑕疵部位，先清理后潤濕，而后用環氧砂漿修補瑕疵。對于槽身寬度超過0.20 mm的貫穿性裂縫采取化學灌漿處理方式進行處理。

3.3.3 露筋處理

首先清理去掉沒有強度的碳化的混凝土部分，對于銹蝕的鋼筋，先用角磨機鋼絲刷打磨，清理后，用軟毛刷蘸取3合1磷化液涂刷處理后的鋼筋，膜干后在修補區域涂刷環氧底涂，待底涂表干后，直接用M10環氧砂漿抹平處理，抹平后用粗砂增糙，然后用水泥素漿涂抹正平。

3.3.4 硅烷浸漬噴涂

保持混凝土面干燥，對表面處理合格后的混凝土4 h內進行噴涂。噴涂在無雨的情況下進行，同時空氣相對濕度在85%以下，溫度范圍：氣溫5～35℃，基材表面溫度不大于45℃。施工采用專用的噴涂機噴涂，工作連續性實施。對于渡槽和排架立面噴涂時，采用自下而上地噴涂，使被涂立面至少有5 s 保持“看上去是濕的”狀態；對于頂面和底面上，都至少有5 s“看上去是濕的”狀態。每遍噴涂量控制在300 mL/m3，噴涂兩遍。兩遍之間的間隔時間至少為6 h。對于個別無法噴涂完全的邊角處，在噴涂后采用刷子涂刷，重復涂抹，直到表面潤濕，基底徹底滲透為止。完工后，檢查硅烷浸漬噴涂情況。混凝土表面應噴涂均勻，無遺漏部位。

3.4 槽內伸縮縫施工處理

3.4.1 外縫處理

外縫采用鐵絲網制作成U型放入板端槽內，填充聚氨酯結構密封膠封閉外縫，具體做法：利用已有的凹槽接縫，剔除補縫砂漿和原有止水木板，打磨、清理縫隙；接縫區域表面用無溶劑環氧底涂處理，待底涂干燥達到強度后，采用鐵絲網制作成U型放入板端槽內，鐵絲直徑0.50 mm，網孔20×10 mm，兩翼采用混凝土釘固定到板端槽內靠近外壁；將密封膠筒的前端對準接縫，用擠壓槍擠壓密封膠，使接縫完全填充。填充完成后，用壓勺、刮刀將密封膠封平。

該膠以伸縮性鋼絲網為依托（伸縮鋼絲網用固定件固定在伸縮縫兩邊），噴涂在伸縮網上，并與經環氧底涂處理的基層緊密黏結，形成一個連接兩個剛性渡槽的密封緩沖件。

3.4.2 內封處理

內縫內用橡膠止水帶和聚硫密封膠封縫。先按照尺寸安裝固定橡膠止水帶，然后采用聚氨酯密封膠填充、封平，騎縫薄涂聚脲加強防水涂層，并粘貼專用網格布，網格布平整順滑，密實粘貼，4 h后再涂兩遍聚脲，密實壓覆網格布完成接縫增強層施工。

4 處理后效果檢驗

工程項目完工后，在分部驗收前進行了閉水試驗：在渡槽內部兩側設置封堵圍堰，槽內充水深度2.50 m，經過72 h，未發現槽身及外壁接縫處滲、漏水現象。

工程于2018年10月份完工驗收，經過3年多的正常運行，未發現滲、漏水現象。

5 結束語

此次渡槽加固中使用到多種化學材料，包括聚脲、硅烷浸漬、聚氨酯密封膠、環氧樹脂、專用修補劑，環氧底涂、橡膠止水帶等，通過各種材料的組合使用保證了渡槽不同部位功能的恢復。以下工程修復經驗可供類似工程借鑒。

槽身內壁采用聚脲進行防滲處理，在渡槽內壁形成高分子耐候橡膠彈性體，解決了渡槽漏水問題，同時對渡槽內壁形成一種保護層。

渡槽外部及排架采用硅烷浸漬處理，浸漬后形成一牢固的斥水層，有效地阻止氯化物和水侵入混凝土，解決混凝土碳化問題，從而有效延長建筑物耐久性和使用壽命。

混凝土裂縫處理采用雙組份無收縮環氧樹脂，通過灌漿方式滲入混凝土裂縫，對裂縫進行填充和封閉，提高了裂縫等薄弱部位混凝土的密實性，避免外來水侵入混凝土內部造成的損壞。

通過橡膠止水帶、聚氨酯膠密封膠、可伸縮金屬網、聚酯網格布及外部的聚脲涂層一體作用，形成了渡槽伸縮縫安全的防范系統。