SK單組分刮涂聚脲及其工程應(yīng)用

王冰偉，孫志恒

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院綜合事業(yè)部，北京100038；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京100038）

SK單組分刮涂聚脲及其工程應(yīng)用

王冰偉1，孫志恒2

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院綜合事業(yè)部，北京100038；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院北京中水科海利工程技術(shù)有限公司，北京100038）

水工建筑物混凝土常常出現(xiàn)滲漏、裂縫、凍融剝蝕、凍脹、沖磨空蝕以及伸縮縫漏水等病害。為了及時(shí)消除病害，需要采用有效的修補(bǔ)材料及可靠的技術(shù)。文中介紹了水工建筑物混凝土表面防護(hù)的一種柔性高性能防護(hù)涂料及其使用方法，SK單組分刮涂聚脲具有抗拉強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、與混凝土粘接強(qiáng)、抗沖磨和防滲效果好、耐老化、施工工藝簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于處理混凝土伸縮縫、裂縫、大面積防滲及有抗沖磨要求的泄洪建筑物等水利水電工程。通過在大量工程中應(yīng)用，取得了較顯著的效果。

單組分刮涂聚脲；防護(hù)涂層；修補(bǔ)技術(shù)

1 研究背景

1949 年以來，我國(guó)興建了大量水工建筑物，它們對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要作用，但由于建筑物設(shè)計(jì)欠妥、施工材料選擇不當(dāng)、施工質(zhì)量不佳、運(yùn)行條件變化、運(yùn)行年限增加、運(yùn)行管理存在問題以及地震等不利因素，致使為數(shù)不少的水工建筑物存在不同程度的病害，有些已嚴(yán)重影響工程安全運(yùn)行。水工建筑物混凝土常常出現(xiàn)的病害有裂縫、滲漏、凍融剝蝕、凍脹、沖磨空蝕、鋼筋銹蝕、碳化及伸縮縫漏水等。為此，開發(fā)防滲防凍脹性能好、抗沖磨和耐久性長(zhǎng)的新型防護(hù)材料是必要和迫切的。聚脲材料作為聚氨酯中的一種特殊材料，具有較高的抗沖耐磨性、良好的防滲效果、耐腐蝕性強(qiáng)以及優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，在國(guó)防、工民建及水利水電工程中得到了廣泛應(yīng)用。聚脲材料分為雙組分噴涂聚脲和單組分刮涂聚脲。雙組分噴涂聚脲原料體系不含溶劑，固化速度快，可很方便的在立面、曲面上噴涂幾十毫米厚的涂層而不流掛。但是，噴涂雙組分聚脲需要專門的噴涂設(shè)備，該設(shè)備尺寸較大，且只能用于流速小于5 m/s的混凝土表面［1］，在水利水電工程中的應(yīng)用受到一定的限制，為了彌補(bǔ)這一缺陷，需開發(fā)施工簡(jiǎn)單、不需要專用設(shè)備的單組分刮涂聚脲［2-3］。

2 SK單組分刮涂聚脲

SK單組分刮涂聚脲為多官能單組分涂料，主要含有硅烷基、環(huán)氧基、氨酯基、醚基和脲基等多官能團(tuán)高分子。根據(jù)使用條件及部位，材料可分為“抗沖磨型”和“防滲型”兩種，其主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

SK單組分刮涂聚脲具有耐老化性能好，不變色；耐化學(xué)腐蝕，無毒，可用于飲用水工程；力學(xué)性能優(yōu)異，強(qiáng)度高、延伸率大、抗沖磨性能好，與基礎(chǔ)混凝土粘接強(qiáng)度高；防滲、抗凍效果好，-45℃仍有50%以上的延伸率；分層施工，可以保證涂層厚度的均勻性；混凝土裂縫及伸縮縫表面柔性封閉可以增設(shè)胎基布，避免了裂縫部位涂層應(yīng)力集中；施工簡(jiǎn)單、方便，施工質(zhì)量可靠，便于推廣應(yīng)用。

表1 SK單組分刮涂聚脲的主要力學(xué)性能指標(biāo)

3 SK單組分刮涂聚脲的工程應(yīng)用

3.1 伸縮縫混凝土表面止水水工建筑物由于施工、溫度和不均勻沉降等需要，往往需要設(shè)置伸縮縫，伸縮縫內(nèi)設(shè)有止水帶或紫銅片止水。在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)因?yàn)閮?nèi)部止水材料損壞而導(dǎo)致伸縮縫漏水。在處理伸縮縫漏水過程中為了不影響結(jié)構(gòu)的整體性，采用SK單組分刮涂聚脲復(fù)合胎基布，在伸縮縫混凝土表面重新設(shè)置一道柔性止水是簡(jiǎn)單、可靠的方案之一。該方案如圖1所示，圖中涂層厚度及柔性填料的尺寸與迎水面水頭及伸縮縫變形量有關(guān)，在有柔性填料支撐的條件下，涂層厚度4 mm可以承受迎水面10 MPa以上的水壓［4-5］。

圖1 伸縮縫混凝土表面設(shè)置柔性止水方案

施工工藝：（1）沿伸縮縫表層開槽，槽內(nèi)回填聚氨酯密封膠或類似柔性填料，對(duì)伸縮縫混凝土表面周邊進(jìn)行打磨、清洗；（2）晾干后涂刷潮濕型界面劑；（3）待潮濕型界面劑表干直接刮涂第一層SK單組分刮涂聚脲，并在伸縮縫部位15 cm范圍內(nèi)粘貼胎基布；（4）固化后再涂刷2～4遍聚脲，直至伸縮縫部位聚脲涂層厚度達(dá)設(shè)計(jì)要求，寬度20～30 cm；（5）對(duì)于泄洪建筑物的伸縮縫，涂層與混凝土搭邊之間的收邊按圖1所示處理，邊緣打磨成三角型，邊緣深度2 mm（若無高速水流，可以不打磨成倒三角形），聚脲涂層與混凝土平滑過渡；（6）若施工過程中漏水，需要先進(jìn)行化學(xué)灌漿止水。

圖2 溢洪道伸縮縫處理后泄洪的情況

圖3 輸水箱涵伸縮縫處理后運(yùn)行兩年的情況

圖2是青海省公伯峽水電站泄洪道底板橫向伸縮縫由于溫度變化導(dǎo)致擠壓破壞的情況，2011年采用圖1所示方案處理后，經(jīng)歷了2012年泄洪的考驗(yàn)，最大流速達(dá)30 m/s，效果很好［6］。圖3是深圳市某輸水箱涵伸縮縫因內(nèi)部止水帶老化滲漏，運(yùn)行期箱涵內(nèi)水壓力為0.8 MPa，經(jīng)過采用圖1所示方案處理后，運(yùn)行兩年來的效果很好。

3.2 混凝土裂縫表面柔性封閉混凝土裂縫也是常見的病害之一，混凝土裂縫的出現(xiàn)將會(huì)降低混凝土的耐久性和防滲性，一旦裂縫發(fā)展成為滲水通道，會(huì)引起水工建筑物的滲漏，甚至危及結(jié)構(gòu)的安全。采用SK單組分刮涂聚脲復(fù)合胎基布對(duì)混凝土裂縫表面進(jìn)行柔性封閉，具有對(duì)原結(jié)構(gòu)無損傷、能適應(yīng)裂縫的變化和施工簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

施工工藝：（1）沿混凝土裂縫表面進(jìn)行打磨，在15 cm范圍內(nèi)的邊緣打磨成三角型，邊緣深度2 mm（若無高速水流，可以不打磨成倒三角形），清洗干凈；（2）晾干后涂刷潮濕型界面劑；（3）待界面劑表干后（粘手不拉絲）直接刮涂第一遍SK單組分刮涂聚脲（大于15 cm寬），并粘接10 cm寬的胎基布）；（4）表干后再涂布2～4遍聚脲，保證裂縫部位聚脲涂層厚度大于3 mm，將胎基布全部覆蓋；（5）如果裂縫滲水，必須先進(jìn)行化學(xué)灌漿，再進(jìn)行表面封閉。施工工藝如圖4。

圖4 裂縫表面涂刷SK單組分刮涂聚脲封閉

圖5是新疆某面板壩混凝土裂縫處理實(shí)例，對(duì)于裂縫寬度小于0.2 mm的裂縫，直接在表面涂刷2 mm厚的聚脲涂層（復(fù)合胎基布），對(duì)大于裂縫寬度0.2 mm的裂縫或貫穿性裂縫，需要先進(jìn)行化學(xué)灌漿后，再涂刷3 mm厚的聚脲涂層（復(fù)合胎基布），處理后已運(yùn)行3年，效果很好。圖6是南水北調(diào)某渡槽混凝土裂縫表面采用SK單組分刮涂聚脲進(jìn)行表面封閉的工程實(shí)例，裂縫表面涂刷了3 mm厚的聚脲涂層（復(fù)合胎基布），通水后未見滲漏。

圖5 面板壩混凝土裂縫表面封閉

圖6 渡槽混凝土裂縫表面封閉

3.3 混凝土表面大面積防護(hù)處理混凝土壩、閘、渠道等建筑物迎水面將長(zhǎng)期遭受低溫、頻繁的凍融循環(huán)及冰荷載作用，導(dǎo)致混凝土發(fā)生凍融剝蝕、裂縫和碳化等破壞。要求修補(bǔ)材料具有較好的防滲、抗凍及耐久性。選用SK單組分刮涂聚脲對(duì)混凝土表面進(jìn)行全斷面防護(hù)，可以起到防滲、防碳化、抗凍融破壞及提高混凝土耐久性的綜合效果。

施工工藝：（1）用角磨機(jī)對(duì)混凝土基面進(jìn)行打磨，清除原水泥基涂層及表面的棱角；（2）對(duì)混凝土剝蝕的部位，先用聚合物水泥砂漿或環(huán)氧砂漿進(jìn)行找平處理，對(duì)小孔洞采用專用膩?zhàn)臃舛?，要求混凝土表面平整、?jiān)固、無孔洞；（3）用高壓水槍沖洗表面；（4）基面處理干燥后，在混凝土表面涂刷潮濕型界面劑，涂刷厚度要求薄而均勻，無漏涂現(xiàn)象；（5）涂刷SK單組分刮涂聚脲，一般要求涂層厚度為2 mm，刮涂遍數(shù)為2～3遍，涂層厚度要均勻。

圖7是延吉松月水庫(kù)上游面因混凝土凍融剝蝕破壞后先采用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)，再在砂漿表面涂刷2 mm厚的SK單組分刮涂聚脲進(jìn)行防滲、防凍融，處理后已正常運(yùn)行2年未見異常［7］。圖8是北京市玉淵潭進(jìn)水閘墩及邊墻混凝土表面因出現(xiàn)凍融剝蝕、裂縫及伸縮縫漏水現(xiàn)象，采用化學(xué)灌漿及聚合物水泥砂漿處理后，在混凝土表面整體涂刷SK單組分刮涂聚脲進(jìn)行防滲、防碳化處理，取得了較好的效果，運(yùn)行3年來未見異常［8］。

3.4 泄洪建筑物抗沖磨防護(hù)許多水工泄水建筑物經(jīng)過多年的泄洪沖刷和老化，混凝土面出現(xiàn)大面積磨損、裂縫及局部伸縮縫破損等缺陷，為了保證泄洪建筑物的安全泄洪，延長(zhǎng)泄水建筑物的使用年限，需要對(duì)泄洪建筑物混凝土表面進(jìn)行抗沖磨防護(hù)處理。

SK單組分刮涂聚脲的抗沖磨性能采用SL 325-2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》中推薦的圓環(huán)高速含砂水流沖刷試驗(yàn)儀，設(shè)定名義流速為40 m/s，沖磨介質(zhì)采用粒徑為0.4～2.0 mm的金剛砂，水流含砂率為20%（質(zhì)量比）。每組試件重復(fù)沖磨3次，每次20 min，總沖磨時(shí)間60 min。在同等試驗(yàn)條件下，與C60混凝土進(jìn)行比較，表2為沖磨試驗(yàn)結(jié)果。從表2可以看出，SK單組分刮涂聚脲（抗沖磨型）抗沖磨能力是C60混凝土材料的70倍以上［9］。

采用SK單組分刮涂聚脲對(duì)泄洪建筑物進(jìn)行抗沖磨防護(hù)施工工藝同上。為了保證聚脲涂層與周圍混凝土的搭接牢固可靠，避免在高速水流沖刷下開口掀起，收邊處混凝土打磨成倒三角（見圖2），聚脲涂層與周圍混凝土搭接邊處采用平滑過渡。

圖9是青海李家峽水電站左底孔因泄水道混凝土表面不平整導(dǎo)致沖蝕破壞，采用回填澆筑C40W4F200二級(jí)配抗沖耐磨硅粉混凝土，在外表面涂刷SK單組分刮涂聚脲（抗沖磨型）的處理措施對(duì)泄水道進(jìn)行修復(fù)，取得了較好的效果。圖10是吉林白山水電站溢流面混凝土表面涂刷SK單組分刮涂聚脲（抗沖磨型）進(jìn)行抗沖磨防護(hù)，并經(jīng)過了2013年的泄洪考驗(yàn)。這種方法應(yīng)用于富春江水電站溢流面和新疆克臘塑客水電站溢流面，均經(jīng)歷了泄洪的考驗(yàn)［9］。

圖7 混凝土重力壩表面凍融破壞處理

圖8 水閘混凝土表面防滲防碳化處理

表2 抗沖磨試驗(yàn)結(jié)果

圖9 底孔泄洪道表面涂刷抗沖磨防護(hù)層

圖10 溢流面表面涂刷抗沖磨防護(hù)層

4 結(jié)語

水工建筑物混凝土常常出現(xiàn)大面積滲漏、裂縫、滲漏、凍融剝蝕、凍脹、沖磨空蝕以及伸縮縫漏水等病害。SK單組分刮涂聚脲具有防滲能力強(qiáng)、抗沖磨效果好、防碳化，且伸長(zhǎng)率大，在-45℃仍為柔性，施工工藝簡(jiǎn)單，適用于處理混凝土伸縮縫、裂縫、大面積防滲及有抗沖磨要求的泄洪建筑物等水利水電工程。在使用SK單組分刮涂聚脲施工時(shí)，涂刷聚脲時(shí)間要在界面劑初始固化時(shí)實(shí)施，如果間隔時(shí)間過長(zhǎng)，需要在界面劑表面增加活化劑，以保證聚脲與基層面的粘接強(qiáng)度；涂刷聚脲厚度要均勻，立面上要分層涂刷，一次涂刷聚脲厚度要小于1 mm，以防止出現(xiàn)流掛現(xiàn)象。該材料已在多個(gè)水利水電工程中得到應(yīng)用，通過大量工程實(shí)踐，取得了顯著效果，值得推廣應(yīng)用。

［1］DL/T 5317-2014，水電水利工程聚脲涂層施工技術(shù)規(guī)程［S］.

［2］孫志恒，張會(huì)文.聚脲材料的特性、分類及其應(yīng)用范圍［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2013（10）：36-38.

［3］余建平，路易·杜朗.高鐵橋梁用暴露型防水彈性涂膜［J］.中國(guó)建筑防水，2009，（5）：7-9.

［4］孫志恒，李萌.SK柔性防護(hù)涂料在伸縮縫及裂縫快速修復(fù)中的應(yīng)用［J］.大壩與安全，2011（1）：48-51.

［5］結(jié)構(gòu)材料研究所.梨園壩混凝土面板接縫覆涂型柔性蓋板止水結(jié)構(gòu)研究報(bào)告［R］.北京：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，2014.

［6］孫志恒，鮑志強(qiáng)，楊勇福，等.公伯峽水電站溢洪道底板修復(fù)［C］//水工混凝土建筑物檢測(cè)與修補(bǔ)加固技術(shù).北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

［7］付繼東，楊東偉，李雪冬，等.寒冷地區(qū)混凝土壩上游面凍融剝蝕破壞的修復(fù)與防護(hù)［C］//水工混凝土建筑物檢測(cè)與修補(bǔ)加固技術(shù).北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

［8］吳云，甄理，陳鑫，等.玉淵潭進(jìn)水閘混凝土表面防碳化及修補(bǔ)加固［C］//水工混凝土建筑物檢測(cè)與修補(bǔ)加固技術(shù).北京：中國(guó)水利水電出版社，2013.

［9］孫志恒，朱德康，王健平，等.富春江水電站溢流面表面抗沖磨防護(hù)試驗(yàn)［J］.水利水電技術(shù)，2013（9）：90-92.

SK one component brush polyurea and its application in projects

WANG Bingwei，SUN Zhiheng
（China institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100038，China）

Many defects occur in hydraulic concrete structures，such as seepage，cracks，erosion damage by freezing and thawing，frost heave，anti-abrasion cavitation and the leakage of stretching joints.In order to eliminate these defects，it is necessary to adopt effective and reliable amending materials and technolo?gies.A kind of flexible protective coating material（SK）with good performance is introduced in this article together with its application method.SK one component brush polyurea coating has high tensile strength，high elongation，good bonding with base concrete，anti-scouring and anti-seepage capacity，good aging re?sistance，easy construction etc.It has been widely used in many hydropower projects，with significant appli?cation results on safety and reliability.

one component brush polyurea；protective coating；mending technology

TV698.2

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.02.004

1672-3031（2015）02-0106-05

（責(zé)任編輯：王冰偉）

2014-07-21

王冰偉（1961-），女，遼寧撫順人，高級(jí)工程師，主要從事水工材料研究。E-mail：wangbw@iwhr.com