噴涂聚脲防滲材料在山口巖水庫(kù)大壩上的防滲應(yīng)用

李 偉，艾九紅

（1.江西省萍鄉(xiāng)市山口巖水庫(kù)管理局，江西 萍鄉(xiāng) 337000；2.湖南省株洲飛鹿高新材料技術(shù)股份有限公司，湖南株洲412000）

1 工程概況

山口巖水利樞紐工程位于江西省萍鄉(xiāng)市蘆溪縣上埠鎮(zhèn)山口巖村上游1 km處，距蘆溪縣城7.6 km，屬贛江水系一級(jí)支流袁河上游，是袁河流域開(kāi)發(fā)的龍頭水庫(kù)，是一座以供水、防洪為主，兼有發(fā)電、灌溉等綜合利用功能的大（2）型水利樞紐工程。

工程主要建筑物有大壩、壩頂溢流堰、壩體放空孔、引水隧洞、發(fā)電廠房、供水管線及灌渠等建筑物。大壩為碾壓混凝土拱壩，壩頂高程247.60m，最大壩高99.10 m，壩頂軸線長(zhǎng)268.00 m；溢流堰對(duì)稱布置在拱冠梁處，共3孔，每孔凈寬8.00 m；在壩體設(shè)置一放空孔，放空孔斷面尺寸 1.6 m×2.0 m（寬×高）。

水庫(kù)下閘蓄水后，隨著庫(kù)水位的上升，在壩內(nèi)排水觀測(cè)廊道內(nèi)及壩后出現(xiàn)不同程度的滲漏現(xiàn)象。2012年8月，業(yè)主組織召開(kāi)了大壩滲漏處理專家咨詢會(huì)；專家咨詢會(huì)意見(jiàn)指出“從已有觀測(cè)資料分析，壩體變形、基礎(chǔ)防滲帷幕后滲透壓力均在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)，大壩運(yùn)行基本正常。部分壩體混凝土存在滲漏通道，導(dǎo)致局部滲漏量偏大，需要進(jìn)行防滲處理”。為了避免蓄水后大量高壓水進(jìn)入空隙，長(zhǎng)期高壓水在空隙中的沖洗作用造成部分骨料與灰分離，使大壩滲水情況進(jìn)一步發(fā)展，影響大壩的使用壽命。根據(jù)專家咨詢會(huì)的意見(jiàn)，參考國(guó)內(nèi)類似工程的處理方式，擬在大壩上游面增加聚脲防滲噴涂層，以增強(qiáng)大壩抗?jié)B能力，提高大壩使用的耐久性[1]。

2 噴涂聚脲在水利工程應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

聚脲由美國(guó)Texaco（即現(xiàn)在的Huntsman）的化學(xué)家Dudley.J.PrimeauxⅡ[2]及其團(tuán)隊(duì)率先研發(fā)成功，并于1991年在北美投入商業(yè)化應(yīng)用，用于混凝土基材防護(hù)、鋼基材防腐和皮卡車(chē)耐磨襯里。20世紀(jì)90年代中期聚脲技術(shù)由青島海洋化工研究院引入中國(guó)，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，目前已廣泛應(yīng)用于高速鐵路、高速公路防水、水利大壩防滲、鋼結(jié)構(gòu)防腐、耐磨地坪等領(lǐng)域[3]。

噴涂聚脲在水利工程應(yīng)用的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

（1）附著性能強(qiáng)，可避免產(chǎn)生氣泡、流淌等不良現(xiàn)象。水利防護(hù)工程的施工環(huán)境復(fù)雜、氣候多變，基材情況復(fù)雜多變，噴涂聚脲可勝任在各種復(fù)雜情況下的施工應(yīng)用。通過(guò)化學(xué)反應(yīng)原理可知：噴涂聚脲中胺基組分與NCO組分的反應(yīng)活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他羥基與NCO組分的反應(yīng)活性，可避免噴涂聚脲在野外環(huán)境下遇潮發(fā)生R-NCO+H2O→RNH2+CO2反應(yīng)。噴涂聚脲30秒內(nèi)即可凝膠，對(duì)復(fù)雜基材的適應(yīng)性極強(qiáng)，附著力顯著高于2.5 MPa。

（2）具有優(yōu)異的抗沖蝕磨損及水流沖刷的功能。能有效地阻止高速含泥沙水流的沖蝕磨損對(duì)水工混凝土的破壞，大大延長(zhǎng)了水利設(shè)施的耐久性。高速（40 m/s）含泥沙（10%）水流沖刷30 min的結(jié)果顯示：純聚脲的磨損率小于 0.027 g/cm2·h，只有 C60高強(qiáng)混凝土的6.5%。

（3）具備超長(zhǎng)的耐老化性能。噴涂聚脲化學(xué)活性極高，不需要添加任何催化劑，世界聚脲技術(shù)的發(fā)明人Dudley J.PrimeauxⅡ先生[4]已經(jīng)做過(guò)加速測(cè)試：預(yù)計(jì)聚脲彈性體材料的壽命在75年以上，青島理工大學(xué)功能材料研究所的大量理論與工程應(yīng)用研究也證實(shí)了這一點(diǎn)[5]。

3 大壩聚脲防滲涂層方案設(shè)計(jì)

聚脲防滲層厚度設(shè)計(jì)[6]：厚度≥1.5 mm；聚脲防滲層底面選擇高滲透環(huán)氧改性防滲涂料，聚脲防滲主材與輔助材料由湖南省疾病預(yù)防控制中心檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示聚脲及其輔助材料為無(wú)毒、無(wú)污染產(chǎn)品，施工完成后防滲涂層對(duì)水庫(kù)水質(zhì)無(wú)任何影響；大壩上游面噴涂聚脲防滲涂層設(shè)計(jì)方案能滿足以下各性能：

（1）防滲性能，200 m水頭作用下不滲漏。

（2）拉伸性能，能適應(yīng)橫縫最大值的張開(kāi)變形，并且在拉伸后仍能保證在高水頭下不滲漏。

（3）抗裂性能，材料拉伸強(qiáng)度大于大壩上游面最大拉應(yīng)力。

（4）抗凍性（大于 F250）、耐腐蝕性。

（5）與大壩混凝上有很好的粘結(jié)強(qiáng)度。

（6）防滲材料可以對(duì)大壩混凝土的工作性能產(chǎn)生提升加固作用。

（7）無(wú)毒性能，對(duì)水庫(kù)水質(zhì)無(wú)毒理影響。

（8）使用質(zhì)量保證期為50 a。

4 噴涂聚脲的涂裝工藝

4.1 涂裝工藝流程

聚脲防滲工程的施工工序主要分為：基層處理、滾涂高滲環(huán)氧改性防水涂料2遍、噴涂聚脲防滲層1遍、噴涂耐候性脂肪族面漆1遍。

4.2 涂裝工藝及其要求

4.2.1 混凝土基層處理的施工工藝及要求

大壩上游面采用振搗碾壓混凝土方式分段澆筑而成，振搗碾壓過(guò)程中，在模板處易出現(xiàn)較厚的表面浮漿或與骨料的結(jié)合不牢。在滾涂高滲透環(huán)氧改性防水涂料前，需清除混凝土基層表面浮漿、附著力不牢混凝土等其他雜質(zhì)。作業(yè)人員使用打磨機(jī)清除混凝土表面浮漿、附著力不牢混凝土等其他雜質(zhì)，再用2 MPa高壓清水清除混凝土表面脫模劑、表面活性劑、油污、灰塵等混凝土施工留下的異物，這些異物影響混凝土基層與高滲透環(huán)氧改性防水涂料之間的附著力與相容性。高壓清水清洗混凝土表面干燥后，經(jīng)檢測(cè)含水率低于8%時(shí)，刮涂專用混凝土膩?zhàn)臃舛禄炷帘砻婵锥础⒗羁?、麻面、凹坑等缺陷進(jìn)行修補(bǔ)平整，經(jīng)處理后的基面平整度、及缺陷處理均應(yīng)滿足相應(yīng)設(shè)計(jì)要求，粗糙度符合《噴涂聚脲防水工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 200-2010）的要求。

4.2.2 高滲透環(huán)氧改性防水涂料的施工工藝及要求

基面處理經(jīng)監(jiān)理單位與施工單位驗(yàn)收合格后，且混凝土表面含水率低于8%，方可進(jìn)行底漆施工。將高滲透環(huán)氧改性防水涂料A、B兩組份按說(shuō)明書(shū)比例進(jìn)行配置、攪拌均勻、熟化后，作業(yè)人員使用滾筒在大壩上游混凝土表面滾涂第1遍底漆，要求滾涂底漆涂層無(wú)漏涂、流掛等現(xiàn)象。第1遍高滲透環(huán)氧改性防水涂料施工24 h后實(shí)干后即可進(jìn)行第2遍高滲透環(huán)氧改性防水涂料施工，采取同一方式從上至下進(jìn)行滾涂施工。24 h底漆實(shí)干后，各方技術(shù)人員檢測(cè)環(huán)氧改性底漆涂層的性能，底漆涂層的拉拔強(qiáng)度、厚度、平整度及外觀都符合設(shè)計(jì)要求。

4.2.3 噴涂聚脲層的施工工藝及要求

噴涂設(shè)備及配件來(lái)自美國(guó)固瑞克公司技術(shù)，噴涂作業(yè)人員應(yīng)經(jīng)過(guò)專業(yè)培訓(xùn)，以保證施工質(zhì)量。施工過(guò)程的具體要求如下：

（1）溫度檢測(cè)。施工時(shí)應(yīng)進(jìn)行溫度控制，首先檢測(cè)原料桶的溫度，應(yīng)保持在19℃以上。先不連接噴槍，測(cè)量加熱軟管輸出末端。

（2）預(yù)噴涂測(cè)試。在正式噴涂前應(yīng)進(jìn)行測(cè)試，把涂料噴在硬紙板上來(lái)確保噴出的扇形令人滿意，并按體積比1∶1混合，確保固化正常。例如，顏色不正常表示出現(xiàn)了液相分離或者供料桶中顏料出現(xiàn)了沉淀。固化時(shí)間長(zhǎng)說(shuō)明兩個(gè)組分混合比例不正常。壓力讀數(shù)不正常說(shuō)明材料或設(shè)備方面存在問(wèn)題。

（3）壓力控制。在整個(gè)施工過(guò)程中需進(jìn)行壓力監(jiān)控，噴涂時(shí)壓力范圍在2 500～2 750 psi之間，這樣可以確保A、B兩組分充分、均勻混合。

（4）噴涂聚脲施工24 h后，監(jiān)理單位與施工方技術(shù)人員對(duì)聚脲層的各性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)方法按《噴涂聚脲防水工程技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 200-2010）進(jìn)行，聚脲涂層厚度檢測(cè)結(jié)果平均值為1.77mm，拉拔強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果平均值2.67 MPa，聚脲涂層其他性能及外觀技術(shù)指數(shù)均符合設(shè)計(jì)要求。

4.2.4 聚脲涂層搭接劑施工

聚脲防滲層兩次施工間隔在8 h以上部位，需要滾涂聚脲專用搭接連接成一體。第一次施工應(yīng)預(yù)留出15～20 cm的操作面與后續(xù)防滲層進(jìn)行可靠的搭接。施工后續(xù)防滲層前，應(yīng)對(duì)已施工的防滲層邊緣20 cm寬度內(nèi)的聚脲涂層表面先進(jìn)行清潔處理，保證原有防滲層表面清潔、干燥、無(wú)油污及其他污染物。再滾涂聚脲專用搭接劑對(duì)原有防滲層表面15 cm范圍內(nèi)做預(yù)處理，在4～24 h之內(nèi)噴涂后續(xù)聚脲防滲層，后續(xù)聚脲防滲層與原有聚脲防滲層搭接寬度不小于10 cm。

4.2.5 噴涂聚脲收邊的處理

大壩上游混凝土面收邊處理如圖1，方法是在混凝土基材邊緣四周表面開(kāi)一道V型槽，尺寸寬、深各為6mm，滾涂底漆、噴涂聚脲，密封膠密封處理，用角磨機(jī)修平處理，防止聚脲層在水沙等沖洗下與基材脫離出來(lái)。

圖1 混凝土立面聚脲收邊處理

4.2.6 高耐候性面漆的施工工藝及要求

芳香族噴涂聚脲層的耐候性不佳，經(jīng)紫外線長(zhǎng)期照射后易出現(xiàn)泛黃等現(xiàn)象。為提高山口巖大壩聚脲防滲層的裝飾性，在噴涂聚脲防滲層上刷涂一層耐候性面漆。刷涂面漆在噴涂聚脲施工12 h內(nèi)進(jìn)行，將耐候性面漆A、B兩組份按說(shuō)明書(shū)比例進(jìn)行配置、攪拌均勻、熟化后，使用滾筒在噴涂聚脲層表面滾涂1遍面漆，滾涂面漆涂層無(wú)漏涂、流掛等異常。各方技術(shù)人員檢測(cè)面漆涂層的拉拔強(qiáng)度、厚度、平整度及外觀等技術(shù)指數(shù)都符合設(shè)計(jì)要求。

4.2.7 聚脲防滲層修補(bǔ)工藝

噴涂聚脲防滲層的力學(xué)性能十分優(yōu)異，正常使用一般不會(huì)損壞。對(duì)于拉拔強(qiáng)度、涂層厚度等破壞性檢測(cè)造成的損壞，可用刮涂型聚脲防滲材料進(jìn)行修補(bǔ)。具體方法：①打磨待修補(bǔ)涂層的表面，打磨的邊緣比待修補(bǔ)表面向外擴(kuò)展150 mm；②刷涂層間粘合劑；③在已打磨的部位刮涂聚脲材料，注意修補(bǔ)材料平滑過(guò)渡到周?chē)繉?；④刷涂與之相適宜的耐候性面漆。

5 應(yīng)用效果

山口巖水庫(kù)大壩上游面聚脲防滲涂層一期工程（168～197 m高程）于2012年6月17日正式完工，完工后的情況見(jiàn)照片1。2012年6月21日上午開(kāi)始下閘蓄水，蓄水情況見(jiàn)照片2。7月17日蓄水水位達(dá)到220 m高程。山口巖水利樞紐工程開(kāi)發(fā)公司與株洲飛鹿高新材料技術(shù)人員進(jìn)入大壩下游面廊道檢查滲水情況，發(fā)現(xiàn)168～197 m高程廊道部位滲水明顯減少，混凝土表面僅出現(xiàn)發(fā)汗、濕潤(rùn)狀態(tài)，設(shè)計(jì)的部分排水孔內(nèi)部十分干燥，表明噴涂聚脲在水庫(kù)大壩防滲堵漏上具有顯著的作用。

照片1山口巖水庫(kù)大壩聚脲防滲涂層施工情況

照片2山口巖水庫(kù)大壩蓄水情況

［1］江西省水利規(guī)劃設(shè)計(jì)院.設(shè)計(jì)通知(SKY-DB-024).2012.

［2］陳迺昌.噴涂聚脲技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展[J].上海涂料，2009.（5）

［3］鐘 鑫，孫 慧.噴涂聚脲彈性涂料及其應(yīng)用領(lǐng)域 [J].聚氨酯工業(yè)，2007（5）.

［4］ Dudley.J.Primeaux，Polyurea Elastomer Technology：History，Chemistry&Basic Formulating Techniques ［C］.Proceedings of the 9th PDA Annual Conference，F(xiàn)eb，18～20，2008，Atlanta，USA.

［5］呂平，陳國(guó)華，黃微波.聚天冬氨酸酯聚脲涂層加速老化行為研究［J］.四川大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，39(2)：92～97.

［6］沈春林.噴涂聚脲防水工程技術(shù)規(guī)程［S］.JGJ/T 200-2010.