聚脲防護(hù)涂層在水電站迎水面混凝土凍脹處理中的應(yīng)用

朱 亮

（新疆伊犁河流域開發(fā)建設(shè)管理局，新疆 鞏留 830000）

0 引言

我國(guó)西部、北部地區(qū)等嚴(yán)寒地區(qū)，大多數(shù)水利工程在與水接觸面上往往都存在冰對(duì)水工建筑物的破壞現(xiàn)象，如上游護(hù)坡、溢洪道、閘門閘墩、擋土墻、取水塔及隧洞等。水工混凝土結(jié)構(gòu)的凍害現(xiàn)象往往是導(dǎo)致混凝土劣化的主要因素，也是我國(guó)水利工程中混凝土結(jié)構(gòu)常見的病害之一，凍害現(xiàn)象的成因主要有靜冰壓力、凍融破壞和冰拔破壞等。靜冰壓力是指冬季水面發(fā)生大面積結(jié)冰時(shí)體積膨脹，對(duì)水工建筑物產(chǎn)生冰壓力，但由于此時(shí)冰的強(qiáng)度較低,對(duì)混凝土影響并不是很明顯?；炷恋膬鋈谄茐氖腔炷量障吨械乃?，在干濕交替、凍融循環(huán)作用下，形成冰漲壓力和滲透壓力聯(lián)合作用的疲勞應(yīng)力，使混凝土產(chǎn)生由表及里的剝蝕破壞，從而降低混凝土強(qiáng)度。另外，由于凍結(jié)發(fā)生時(shí)混凝土孔隙內(nèi)含有水，凍結(jié)后混凝土與冰層牢牢錨固在一起，當(dāng)水位變化時(shí)，混凝土面板受到由于冰層抬高或下降所產(chǎn)生的彎矩，發(fā)生旋轉(zhuǎn)或翹起，產(chǎn)生冰拔破壞，圖1為新疆恰甫其海水電站上游面的混凝土冰拔破壞情況。冰拔現(xiàn)象在嚴(yán)寒地區(qū)特別是新疆地區(qū)水利工程中普遍存在，且對(duì)擋水及輸水建筑物產(chǎn)生了很大的破壞，嚴(yán)重影響工程的安全運(yùn)行和服役壽命。

圖1 大壩迎水面混凝土水位變換區(qū)混凝土破壞情況

1 項(xiàng)目概況

恰甫其海水利樞紐工程位于新疆伊犁地區(qū)特克斯河流域鞏留縣與特克斯縣境內(nèi)，工程以灌溉為主，兼有發(fā)電防洪等綜合效益。水庫總庫容16.94億m3。電站總裝機(jī)量4×80 MW。工程由黏土心墻壩、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞（由導(dǎo)流洞改建而成）、深孔排沙放空洞、1#和2#發(fā)電引水洞、電站廠房、開關(guān)站等主要建筑物組成。

經(jīng)過多年的運(yùn)行，大壩上游面混凝土在水位變化區(qū)部位出現(xiàn)一定程度的混凝土凍融破壞，部分區(qū)域出現(xiàn)粗骨料外露的現(xiàn)象。為提高混凝土的耐久性，需及時(shí)對(duì)出現(xiàn)凍融破壞的區(qū)域采用涂層防護(hù)的方式進(jìn)行處理，同時(shí)可以提高大壩整體美觀性。

2 缺陷處理材料及其性能

CW620高耐候聚脲材料是一種新型環(huán)保涂料，具有較好的彈性和優(yōu)異耐候性能，對(duì)混凝土及其他建筑物結(jié)構(gòu)有良好的防水、抗凍、抗碳化等防護(hù)作用。由于凍脹破壞混凝土具有一定深度，粗骨料外露甚至鋼筋裸露，首先對(duì)松散混凝土進(jìn)行鑿除，然后采用CW環(huán)氧砂漿對(duì)混凝土修補(bǔ)，該環(huán)氧材料強(qiáng)度高，操作簡(jiǎn)單，每次施工厚度較大，填補(bǔ)施工工效高。表1和表2分別為CW620高耐候聚脲材料和CW環(huán)氧砂漿的性能指標(biāo)。

表1 CW620高耐候聚脲性能指標(biāo)

表2 CW環(huán)氧砂漿性能指標(biāo)

3 施工措施

3.1 施工重難點(diǎn)

首先，從工期和工程量來講，任務(wù)重，工期緊。在2個(gè)月時(shí)間內(nèi)完成4100 m2，還包括搭設(shè)施工平臺(tái)和轉(zhuǎn)移施工平臺(tái)的時(shí)間。其次，聯(lián)合進(jìn)水口混凝土凍脹破壞部位上距壩面約10 m，下距水面約10 m～20 m，項(xiàng)目施工屬于高空作業(yè)，且由于部分位置上方有蓋板遮擋，對(duì)吊籃的安裝有所影響，從而導(dǎo)致施工難度增加，工人進(jìn)出吊籃不便。

針對(duì)項(xiàng)目施工難點(diǎn)，經(jīng)過多方商討，對(duì)于第一點(diǎn)任務(wù)重工期緊對(duì)策是：合理配置施工人員和設(shè)備，達(dá)到既不窩工閑置設(shè)備也不讓人員設(shè)備緊缺，考慮好打磨涂刷面積和人員設(shè)備的效率。同時(shí)針對(duì)施工位置的不同，施工平臺(tái)大小以及施工平臺(tái)的承重量合理安排人員設(shè)備。對(duì)于第二點(diǎn)施工平臺(tái)搭設(shè)問題對(duì)策是：擬采用在浮船運(yùn)送吊籃，將浮船作為臨時(shí)搭設(shè)平臺(tái)，聯(lián)合進(jìn)水口部位吊籃上方的固定點(diǎn)采用在橫梁上打孔固定的方式，人員進(jìn)口采用船只配合。

3.2 施工措施實(shí)施

工程施工采用吊籃作業(yè)，布置吊籃6～8部，現(xiàn)場(chǎng)拼裝吊籃，并在吊籃側(cè)邊及底部各安裝4個(gè)萬向輪，沿堰面上下移動(dòng)。安裝時(shí)采用浮船輔助的方式，采用吊機(jī)將浮船下放至上游水面，將吊籃放置于浮船上運(yùn)送至相應(yīng)部位，上方鋼絲繩固定后放置下方吊籃處，將吊籃鋼絲繩固定，接通電源沿上游壩面上下移動(dòng)。兩種不同部位的吊籃安裝及使用見圖2、圖3。

圖2 外立面無遮擋的吊籃安裝方式

圖3 外立面有遮擋的吊籃安裝方式

4 施工工藝

4.1 基面處理

為確保修補(bǔ)層與老混凝土結(jié)合強(qiáng)度，用角磨機(jī)將需要修補(bǔ)及鑿毛的基面表層污染物、松散顆粒打磨除去，清除破壞區(qū)域表面乳皮，直至漏出新鮮密實(shí)的混凝土基面，清洗干凈后應(yīng)保持基面干燥。

4.2 混凝土損壞部位修補(bǔ)

用CW環(huán)氧砂漿將坑洞等修補(bǔ)平整。將整個(gè)防護(hù)區(qū)域混凝土基面進(jìn)行打磨清洗，干燥后進(jìn)行下一步處理。

4.3 聚脲界面劑施工

聚脲界面劑施工的作用是封閉處理后的混凝土基面氣孔，增強(qiáng)涂層與混凝土的粘接性能。待涂刷界面劑完全干燥后再進(jìn)行底涂施工，采用涂刷的方法如下：

按質(zhì)量比2∶1將界面劑A、B料按比例稱量混合，充分?jǐn)嚢? min～5 min，用刷子或滾筒，涂刷界面劑一遍，要求涂刷均勻、無漏涂、無堆積，約6 h表干后（表干時(shí)間隨氣溫升高而變短，以表面沾手但不拉絲的狀態(tài)為準(zhǔn)），進(jìn)行下一步面層聚脲施工。

4.4 聚脲面涂施工

面層施工應(yīng)在干燥環(huán)境下進(jìn)行，施工時(shí)環(huán)境溫度在5℃～40℃，相對(duì)濕度在75%以下，并保證混凝土基底溫度高于露點(diǎn)溫度3℃。如果環(huán)境溫度過低，可以對(duì)原料采取水浴預(yù)加熱措施，以利于配料和施工，注意控制水浴溫度，不可高于50℃。

聚脲批刮可從上到下，或從左到右單方向批刮，不宜來回多次，以防帶進(jìn)氣泡，影響涂膜質(zhì)量。要求涂層無流掛，表面無異物、無氣泡。刮涂單組分聚脲2～3層，每層間隔時(shí)間約4 h～6 h（表干后即可進(jìn)行下一道批刮）。

4.5 養(yǎng)護(hù)

涂層施工完成后確保在固化時(shí)間內(nèi)（6 h～8 h）不接觸明水，自然養(yǎng)護(hù)3天即可。涂層施工完成后采取必要防護(hù)措施，注意避免鋼管端頭、踏板角等尖銳部位直接碰撞涂層。施工完成后及時(shí)清理施工現(xiàn)場(chǎng)，避免施工過程中雜物擠壓、磕碰，造成涂層破損。

圖4 大壩迎水面混凝土涂層施工后效果圖

5 結(jié)語

針對(duì)新疆伊犁地區(qū)某大壩迎水面混凝土凍脹及冰拔破壞情況，采用CW改性環(huán)氧砂漿對(duì)破壞區(qū)域進(jìn)行修補(bǔ)，要求砂漿具有較好的粘接性能和抗流掛性，適宜于大深度填補(bǔ)缺陷，表面涂刮CW高耐候聚脲涂層，在強(qiáng)紫外輻射條件下具有較好的防護(hù)作用。施工處理完成后，有效阻隔了外界水侵入，抑制了混凝土凍融破壞過程，提升了混凝土結(jié)構(gòu)耐久性，且表面美觀。因此，凍脹破壞混凝土采用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)，表面采用聚脲涂層進(jìn)行耐候性防護(hù)的技術(shù)方案是可行的，可為類似水工建筑物混凝土修復(fù)及防護(hù)提供參考。