聚脲彈性體在長(zhǎng)河壩水電站防滲體系中的應(yīng)用

張 鵬， 郭 志 浩， 姚 嬌

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司 長(zhǎng)河壩施工局，四川 康定 626001)

1 工程概述

長(zhǎng)河壩水電站礫石土心墻堆石壩壩頂高程為1 697 m，壩頂寬16 m，最大壩高240 m，壩基河床覆蓋層深約50 m。大壩心墻河床廊道長(zhǎng)160.79 m，為城門洞形，廊道尺寸為3 m×4 m(寬×高)，廊道側(cè)墻和頂拱厚2 m，底板厚3 m(圖1)。河床廊道均采用C40W12F50混凝土澆筑，廊道內(nèi)設(shè)置50 cm×30 cm(寬×高)的排水溝。廊道底板、邊墻與兩岸基巖接觸面設(shè)置彈性墊層材料；廊道與兩岸混凝土板相交線處設(shè)置SR止水帶，并用鋼絲網(wǎng)和砂漿包裹。

圖1 長(zhǎng)河壩水電站河床廊道典型剖面圖

2 心墻廊道外表面處理方案

根據(jù)近年已建高心墻壩的運(yùn)行情況，心墻河床廊道混凝土在大壩填筑過程及蓄水運(yùn)行過程中存在不同程度的開裂，對(duì)裂縫采取的處理方案一般為在廊道內(nèi)進(jìn)行化學(xué)灌漿。如果廊道存在貫穿性裂縫，在總結(jié)其他工程采取的處理措施的基礎(chǔ)上，對(duì)于外表面處理方案，應(yīng)考慮封閉既要能承受不利工況廊道開裂時(shí)的正向水壓(230 m水頭)，又能起到化灌時(shí)的止?jié){效果。其他工程采用的的封閉方案有：外包改性瀝青防水卷材、涂刷賽柏斯防水基材。防水卷材在高水頭下能滿足防滲要求，但其與混凝土面的粘結(jié)強(qiáng)度不能滿足止?jié){要求，且存在易戳破、斷裂破壞、整體性差、結(jié)合部粘接質(zhì)量難以保證等缺點(diǎn)；賽柏斯屬于脆性材料，不能滿足適應(yīng)變形的要求。通過對(duì)比，本工程選用聚脲彈性體材料處理廊道外表面。長(zhǎng)河壩水電站河床廊道采用的噴涂聚脲彈性體材料及工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，不產(chǎn)生流掛現(xiàn)象，5 s即可凝膠，1 min即可達(dá)到步行強(qiáng)度。

(2)對(duì)濕氣、溫度不敏感，施工時(shí)不受環(huán)境溫度、濕度的影響(可在-28 ℃溫度下施工，可在冰面上噴涂固化)。

(3)雙組分，100%固體含量，不含任何揮發(fā)性有機(jī)物，對(duì)環(huán)境友好，施工無污染。

(4)熱噴涂，一次施工厚度范圍可從數(shù)百微米到數(shù)厘米，克服了以往需多次施工的弊病。

(5)具有優(yōu)異的理化性能；極高的抗張抗沖擊強(qiáng)度、防腐蝕、耐磨、防濕滑、耐老化等。

(6)具有良好的熱穩(wěn)定性，可在120 ℃溫度下長(zhǎng)期使用，可承受350 ℃溫度的短時(shí)熱沖擊。

(7)原形再現(xiàn)性好，涂層連續(xù)、致密、無接縫，無針孔、美觀實(shí)用、耐久。

(8)使用成套設(shè)備施工，效率極高；一次施工即可達(dá)到設(shè)計(jì)厚度要求，設(shè)備配有多種切換模式，既可噴涂，也可澆注，并可通過施工工藝控制達(dá)到防滑效果。

(9)具有良好的粘結(jié)力。聚脲涂層與混凝土基面的粘結(jié)強(qiáng)度(28 d)可以達(dá)到2 MPa以上。

(10)噴涂聚脲彈性體采用高分子混合物材料，通過機(jī)械噴射至基面可實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)成膜。

(11)具有施工效率高、可一次性噴涂完成、涂層為無縫整體膜等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

3 聚脲噴涂相關(guān)材料要求

3.1 聚脲材料

長(zhǎng)河壩水電站廊道聚脲噴涂工程選用的聚脲材料的基本性能除滿足《噴涂聚脲防水材料》(GB/T23446-2009)中噴涂聚脲防滲涂料Ⅱ型聚脲指標(biāo)的要求外，還結(jié)合長(zhǎng)河壩工程實(shí)際需要進(jìn)行了高水頭不透水性、與高塑性粘土接觸滲透性檢測(cè)，完全能夠滿足長(zhǎng)河壩工程廊道防水的要求。噴涂聚脲厚度為4 mm時(shí)，混凝土出現(xiàn)5 mm裂縫、300 m水頭作用下不發(fā)生滲漏；與高塑性粘土接觸面滲透系數(shù)≤3×10-7cm/s，接觸面滲透破壞坡降≥13。

3.2 混凝土缺陷修補(bǔ)材料

對(duì)于混凝土基材表面孔洞和局部不平整部位的修補(bǔ)材料采用高滲透改性環(huán)氧防水與粘結(jié)雙功能界面粘合劑，要求其具有良好的聚脲涂層黏結(jié)性能(表1)，能在潮濕混凝土表面提供足夠的附著力。

表1 高滲透改性環(huán)氧防水與粘結(jié)雙功能界面粘合劑膠砂體主要性能指標(biāo)要求表

3.3 底漆涂料

底漆涂料的作用：一是封閉混凝土底材表面毛細(xì)孔中的空氣和水分，避免聚脲涂層噴涂后出現(xiàn)鼓泡和針孔現(xiàn)象；二是起到膠黏劑的作用，提高聚脲涂層與混凝土底材的附著力，提高防護(hù)效果。

表2 底漆涂料主要性能指標(biāo)要求表

4 施工工藝

長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻河床廊道外表面聚脲噴涂區(qū)域根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況、各工序完成時(shí)間劃分為10個(gè)區(qū)域，按照混凝土基面清理、涂刷環(huán)氧膩?zhàn)?、涂刷底漆、噴涂聚脲四個(gè)主要工序進(jìn)行流水作業(yè)，每個(gè)區(qū)域約為350 m2。廊道外墻外包聚脲于2013年7月17日開始施工，施工材料采用CW730彈性聚脲類防滲材料，8月10日完成廊道聚脲彈性體的噴涂施工，平均每個(gè)施工區(qū)域耗用2.5個(gè)工日。

4.1 聚脲噴涂工藝流程

施工準(zhǔn)備——基層處理(打磨、清洗等)——涂刷膠砂體——涂刷底漆——噴涂聚脲——表面加糙——完工驗(yàn)收。

4.2 聚脲噴涂施工準(zhǔn)備

聚脲噴涂使用的主要設(shè)備有噴涂機(jī)、噴槍、空氣壓縮機(jī)、打磨機(jī)、底漆滾涂工具、電纜、防護(hù)服、防護(hù)材料、腳手架以及小型機(jī)具等。噴涂聚脲彈性體噴射所需的專業(yè)機(jī)具必須具有平穩(wěn)的物料輸送系統(tǒng)、精確的物料計(jì)量系統(tǒng)、均勻的物料混合系統(tǒng)、良好的物料霧化系統(tǒng)及方便的物料清洗系統(tǒng)。長(zhǎng)河壩水電站大壩心墻河床聚脲噴涂主要采用美國(guó)固瑞克GRACO/H-XP3噴射系統(tǒng)和AP噴槍。盡管聚脲彈性體具有較強(qiáng)的溫度適應(yīng)性，但宜將施工區(qū)域的環(huán)境溫度控制在5 ℃～35 ℃為宜，混凝土表面溫度不低于2 ℃，無粉塵影響，故聚脲噴涂作業(yè)應(yīng)盡量選擇在晴天、無大風(fēng)時(shí)施工。

4.3 聚脲噴涂施工工藝

4.3.1 混凝土基面處理

混凝土的表層狀態(tài)直接決定了聚脲涂層在其表面的附著能力，混凝土表面的水分、灰塵、油污、脫模劑、疏松層、水泥浮漿及混凝土的內(nèi)部強(qiáng)度都會(huì)對(duì)涂層的附著力產(chǎn)生極大的影響，因此，必須對(duì)其表層進(jìn)行處理?；炷帘砻娴娜毕菘住⒘芽p對(duì)噴涂后涂層的完整性有極大的影響，必須進(jìn)行修補(bǔ)。新混凝土應(yīng)在水化28 d、完全固化、干燥后進(jìn)行聚脲施工。

打磨、噴砂：對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨或噴砂，除去未清潔掉的水泥浮漿、表面疏松層、毛刺等一方面可以暴露出空洞，以便修補(bǔ)；另一方面也可以打磨出堅(jiān)固的混凝土面，以保證聚脲基層的強(qiáng)度。

清洗表面污染：指清除混凝土表面的灰塵、油污、鹽析、脫模劑。清洗的方法包括掃除、水洗、洗滌劑清洗和溶劑清洗。如果采用洗滌劑清洗，清洗后必須用清水將殘留的洗滌劑沖洗干凈。

修補(bǔ)：對(duì)于混凝土表面外露的鋼筋頭、表面的蜂窩、麻面、氣泡密集區(qū)、錯(cuò)臺(tái)、掛簾、表面缺陷、表面裂縫等缺陷應(yīng)進(jìn)行切割、打磨和修補(bǔ)處理，以保證聚脲噴涂基層面的平順和致密。對(duì)縫寬在0.1 mm以上的裂縫進(jìn)行化學(xué)灌漿處理?；炷粱嫣幚硗戤?，其表面應(yīng)保持干燥、潔凈。對(duì)混凝土表面的凹陷部位采用高滲透改性環(huán)氧防水與粘結(jié)雙功能界面粘合劑膠砂體填補(bǔ)平整，待找平材料干燥后，應(yīng)盡快涂刷底漆。

4.3.2 涂刷底漆涂料

底漆可封閉混凝土表面的毛細(xì)孔，減少噴涂后涂層的缺陷，并可增加聚脲涂層與混凝土基材的附著力，底漆施工6～24 h內(nèi)可進(jìn)行下一步噴涂施工。如果時(shí)間間隔超過24 h，在噴涂彈性層前一天應(yīng)重新施工一道封閉底漆，然后再施工聚脲涂層。底層涂料應(yīng)現(xiàn)配現(xiàn)用，嚴(yán)格按照使用說明書要求準(zhǔn)確稱量。

4.3.3 噴涂聚脲涂層的施工

噴射成膜機(jī)理是運(yùn)用撞擊混合原理，即活化性極高的A(異氰酸酯組分)、R(活性氫組分)組分別經(jīng)由各自的抽料泵從料桶輸送至主機(jī)進(jìn)行計(jì)量、加壓、升溫，然后輸送至噴槍，在高壓驅(qū)動(dòng)下相互撞擊，經(jīng)槍體混合室湍流混合、通過噴槍后霧化再均勻混合，在極短的適用期內(nèi)將其噴涂在基面上，形成整體無縫的聚脲彈性體涂層。噴涂時(shí)，應(yīng)按照滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的、預(yù)先設(shè)定的壓力、溫度等參數(shù)進(jìn)行施工，噴涂霧化要均勻。噴槍最大壓力可達(dá)到24 MPa，溫度達(dá)到75 ℃。

(1)原料準(zhǔn)備：檢查A 、R 兩組分的包裝是否正常。由于R 組分含有顏料和助劑，因此，噴涂前應(yīng)將R組分用電動(dòng)攪拌器進(jìn)行充分?jǐn)嚢?20 ～30 min)。R組份應(yīng)攪拌到顏色均勻一致，無浮色、無發(fā)花、無沉淀為止。

(2)噴涂：噴涂開槍時(shí)，應(yīng)先在塑料布或干燥的混凝土表面進(jìn)行5 ～ 10 s試噴，觀察混合及霧化效果是否良好，涂層是否正常，然后開始噴涂。噴槍和底材之間要垂直，距離為300～800 mm。操作人員左右移動(dòng)噴槍，邊操作、邊后退，噴槍走速要均勻，每一噴涂幅寬應(yīng)蓋上一噴涂幅寬的50%，噴涂厚度應(yīng)保持一致。噴涂時(shí)，根據(jù)涂層厚度，每道涂層采用縱橫交叉噴涂，下一遍噴涂方向與上一遍噴涂方向成垂直角度，平面噴涂4 mm厚的聚脲噴涂層一般需6～7遍完成。停槍時(shí)，應(yīng)在非噴涂工程表面停槍(關(guān)槍時(shí)混合室內(nèi)殘余物料是由壓縮空氣或閥桿推出混合室，而不是高壓流體，其混合效果也很差，極易造成鼓泡)。工程結(jié)束后，應(yīng)將抽料泵放在有DOP 溶液的保護(hù)缸內(nèi)，以免A料結(jié)晶固化。根據(jù)下次工程時(shí)間看是否需要對(duì)抽料泵、設(shè)備、管道進(jìn)行清洗。一般來說，設(shè)備停用不超過一個(gè)月不用清洗，如果下次施工時(shí)間在一個(gè)月后則建議對(duì)設(shè)備進(jìn)行沖洗封存。

涂層厚度要均勻，彈性層的噴涂間隔應(yīng)小于3 h；如果超過3 h，應(yīng)刷一道活化劑，30 min后(不宜超過2 h)再噴涂彈性層。噴涂后涂層的厚薄應(yīng)均勻一致、平整美觀。對(duì)于垂直面施工，應(yīng)在平面施工要求的基礎(chǔ)上每遍噴涂不能太厚，防止產(chǎn)生“流掛”。為達(dá)到表面均勻的效果，應(yīng)通過噴槍、混合室、噴嘴的不同組合控制或通過控制噴槍的移動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。在噴涂聚脲彈性層后24 h內(nèi)采用SK手刮聚脲進(jìn)行封邊。

(3)表面加糙：為保證噴涂聚脲與高塑性粘土之間的接觸滲透特性，對(duì)噴涂聚脲的表面應(yīng)進(jìn)行加糙。噴涂聚脲層外表面需加糙，加糙層不屬于4 mm噴涂聚脲層厚范圍。表面加糙的方法為將噴槍保持在光面聚脲涂層80～100 mm范圍內(nèi)

開槍，待聚脲霧氣顆粒自由散落黏結(jié)在聚脲涂層的光面上，即為完成表面加糙工序。

(4)修補(bǔ)：對(duì)于有漏點(diǎn)和針孔的小面積涂層損壞或缺陷部位，只需對(duì)其用手工修補(bǔ)料進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于有漏涂、空鼓、大面積針孔或厚度不足等缺陷的涂層應(yīng)進(jìn)行重涂，重涂時(shí)，應(yīng)通過噴砂或打磨等方法去除損壞和未固化的涂層，打磨范圍應(yīng)由涂層損壞范圍向周圍擴(kuò)展5 ～ 10 cm；若原涂層粘結(jié)牢固且干燥、清潔，也可不必將原涂層去掉，但必須將損傷和松動(dòng)的涂層去除，并將剩余涂層及裸露部位打毛，然后用同一涂料進(jìn)行重涂。重涂的涂層應(yīng)進(jìn)行最終的質(zhì)量檢查。

4.3.4 質(zhì)量控制與檢測(cè)

每次施工要有詳細(xì)的施工記錄，包括施工時(shí)間、施工設(shè)備、施工環(huán)境、管道壓力、加熱溫度、基層平整度、堅(jiān)實(shí)程度、潔凈程度。涂刷底漆前必須對(duì)凹凸部分進(jìn)行打磨、填補(bǔ)，達(dá)到平整的效果。聚脲噴涂層應(yīng)與基層粘結(jié)牢固，表面平整均勻，不得有流掛、堆積、折皺、鼓泡等現(xiàn)象。

外觀檢查采用目視檢查涂層，涂層應(yīng)均勻連續(xù)、無漏涂、無氣泡、無開裂、無剝落、無劃傷等缺陷。厚度檢驗(yàn)可采用針測(cè)或切片。聚脲噴涂層的厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求且均勻一致。每500 m2為一個(gè)厚度抽查單位，小于500 m2按500 m2計(jì)。每500 m2至少抽查2處。抽查位置隨機(jī)選取且間距大于2 m。

5 結(jié) 語

室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果證明，噴涂聚脲彈性體工藝具有較好的適用性。噴涂聚脲防滲技術(shù)由于其具有快速噴射整體成膜、物理力學(xué)性能優(yōu)異等特性，可有效地解決目前普通防滲卷材防滲方式存在的一些缺陷，能廣泛用于水利工程的防滲、防水及病害處治中。