三河閘閘墩防護中的聚脲材料研究與應(yīng)用

徐 銘，陳昌仁，陳 妍

（1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處，223100，淮安； 2.江蘇省淮安市環(huán)衛(wèi)事業(yè)管理服務(wù)中心，223000，淮安）

一、 工程概況

三河閘工程建成于1953 年7月， 位于江蘇省淮安市洪澤區(qū)南，是淮河流域第一大閘，淮河下游入江水道的控制口門，為建國初期我國自行設(shè)計自行施工的大（1）型水閘。

三河閘為鋼筋混凝土胸墻式結(jié)構(gòu)，共63 孔，每孔凈寬10 m，閘身總寬697.75 m，設(shè)計流量為12 000 m3/s，底板為三孔一聯(lián)，共21 塊，底板頂面高程7.5 m，閘墩頂高程17.3 m，順?biāo)鞣较蜷L18 m（如圖1），閘門為鋼結(jié)構(gòu)弧形門，每孔設(shè)2×100 kN 卷揚式啟閉機一臺套。 三河閘工程建成近70年來年平均泄洪量約200 億m3，已累計安全泄洪1.3 萬億m3。 經(jīng)過多年運行，由于長時間受泄洪高速水流的沖刷破壞以及氣候因素影響，閘墩混凝土表層出現(xiàn)坑窩麻面、局部露筋露骨等現(xiàn)象（如圖2），施工縫沿整個寬度方向縫隙較長較深，混凝土保護層普遍破壞深度達到1-2 cm， 已經(jīng)影響水工建筑物的正常運行能力，若不及時處理勢必影響水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全。

圖1 三河閘閘室剖面圖

圖2 三河閘閘墩混凝土損壞嚴重

二、 材料性能

1.單組分聚脲防水涂料

（1）材料背景

聚脲防水涂料是近年來經(jīng)時間、實踐驗證在綜合力學(xué)性能、耐磨耐沖刷性能、耐老化耐久性能方面較佳防水防護材料，彌補了使用較多的聚氨酯防水涂料力學(xué)性能低、耐老化耐久性能較差、 應(yīng)用場合局限等缺陷，也是民用市政、交通橋梁、水利工程、防腐工程的防水防護材料發(fā)展方向。 聚脲防水涂料按照組分、施工方式劃分為雙組分噴涂型聚脲防水涂料、單組分手刷型聚脲防水涂料。 雙組分噴涂聚脲防水涂料具有優(yōu)良的物理性能和施工性能，已在我國的大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)得到了應(yīng)用， 但在使用中也發(fā)現(xiàn)了一些問題， 主要表現(xiàn)為雙組分速凝噴涂聚脲固化快，材料內(nèi)應(yīng)力大，容易出現(xiàn)邊緣卷曲脫落， 對基層滲透浸潤性差，對基層處理要求高。因此研制和使用一種集防水、防腐、耐磨、抗老化、與水泥基粘結(jié)良好、抗凍害于一身的單組分聚脲防水涂料已十分必要。

（2）材料簡介

單組分聚脲防水涂料是以含有多異氰酸酯NCO 官能團的預(yù)聚體與封端的氨基類物質(zhì)、助劑等構(gòu)成的單包裝均質(zhì)黏稠體混合物，其暴露于空氣中，形成交聯(lián)點全部為脲基的高分子聚合物彈性體， 適用于水電工程、道路橋梁、污水處理池等防水防腐耐磨。 該材料為外露型涂料，具有環(huán)保、耐黃變、高強度、良好的抗沖耐磨、防水性、抗老化性，與多種基材粘接優(yōu)良而且施工簡單，顏色可調(diào)，使用壽命長，綜合成本低，是新型的環(huán)保型防水防護涂料。

（3）材料與國內(nèi)外知名廠家產(chǎn)品比對情況

目前，我國單組分聚脲防水涂料大多靠進口，國內(nèi)具備生產(chǎn)能力的廠家不多，特別是針對嚴寒地區(qū)、紫外線輻射強度大地區(qū)的水工建筑物抗凍害、防水防護材料比較缺乏。 本工程材料與國內(nèi)外知名廠家產(chǎn)品對比情況如表1。

對比分析可得：①本工程材料拉伸、粘結(jié)性能和撕裂強度均優(yōu)于其他廠家生產(chǎn)的材料， 抗沖耐磨性更好；②本工程材料耐酸堿性更優(yōu)，耐老化性更好； ③本工程材料固體含量更高，更環(huán)保。

2.高彈性特種聚脲修復(fù)材料

高彈性特種聚脲修復(fù)材料是以雙組分聚脲代替水泥作為膠結(jié)材料，與特種級配砂料、改性混合粉料制成一種高彈性、高強度的混凝土修復(fù)加固材料。 該材料除具有優(yōu)異力學(xué)性能和形變量， 還具有高抗沖磨強度、抗沖擊性、抗?jié)B、抗凍、耐老化性能，其中抗沖磨強度是普通高聚物修復(fù)材料的兩倍以上，主要應(yīng)用于面板壩混凝土破壞厚度在0.5～1cm 的修復(fù)和破壞嚴重的上層修復(fù)，也可用于抗沖蝕要求較高或外露型其他水工建筑的修復(fù)。

3.單組分聚氨酯密封膠

單組分聚氨酯密封膠是一種無溶劑新型濕氣固化低模量單組分硅烷改性聚氨酯密封膠，可填充空隙（孔洞、接頭、接縫等）兼?zhèn)湔辰Y(jié)和密封兩大功能。該材料室溫固化速度快，具有良好的耐候、耐水、耐熱、耐老化性，以及良好的粘結(jié)性、環(huán)境友善性。

三、施工過程

1.閘墩表面防護處理

對于閘墩下游面墩體全斷面部位， 先涂刷高彈性特種聚脲修復(fù)材料，后在其表面涂刷單組分聚脲防水涂料，主要施工工序如下（如圖3）。

（1）基面處理

對閘墩混凝土表面使用角磨機對修復(fù)基面進行打磨，清除基面上的水泥凈漿表層或松動顆粒等，尤其對施工縫、露筋銹蝕、剝蝕嚴重的部位需重點處理， 使表面外露新鮮骨料，使用大功率吹風(fēng)機對打磨過的混凝土表面進行吹洗，將表面雜物及松動顆粒清理干凈，保證基面干燥、清凈。

表1 不同廠家材料比對情況

（2）局部聚脲修復(fù)材料修補

將配好的高彈性特種聚脲修復(fù)材料攪拌均勻， 在基面上攤鋪涂抹（控制在1 cm 內(nèi)），保證平面一定區(qū)域內(nèi)的平整度，平面和弧面連接處平滑過渡，在攤鋪基本密實、平整后，在砂漿表面覆蓋一層厚度合適的薄膜，用高頻低振幅平板振搗器振搗平整，振搗平整后，取走薄膜。

（3）涂刷界面劑

圖3 閘墩表面修復(fù)示意圖

圖4 閘墩表面修復(fù)完成

圖5 閘墩伸縮縫處理示意圖

在涂刷界面劑前對基面再次進行除塵清理，使用滾筒或排刷將界面劑均勻的涂刷在基面上，涂刷部位應(yīng)均勻、無漏涂、無堆積。

（4）聚脲涂刷

待界面劑表干后 （一般24h），將單組分聚脲用塑料刮板均勻刮涂，采用多遍涂刷， 每次刮涂厚度控制在0.4-0.6 mm， 上次涂層表干后再進行下次涂層涂刷， 時間間隔不大于7h，最終保證聚脲封閉涂層厚度達到設(shè)計要求（如圖4）。

2.閘墩伸縮縫處理

對閘墩伸縮縫破損部位，剔除原有老化松動的填充物， 深度不小于3 cm，嵌填單組分聚氨酯密封膠材料，主要施工工序如下（如圖5）。

（1）縫面清理

用切割機、撬棍清理縫內(nèi)木板及雜物，再用角磨機對混凝土基面及伸縮縫兩側(cè)進行打磨，確保填充物剔除干凈， 直至露出新鮮混凝土基面，后用大功率吹風(fēng)機將縫內(nèi)粉塵雜物吹除干凈。

（2）高壓閉孔板填縫

高壓閉孔板填縫，要求封填連續(xù)密實，防止漏膠，表面預(yù)留3 cm 深。

（3）涂刷界面劑

對清理干凈并檢驗合格的伸縮縫用毛刷將界面劑均勻涂于伸縮縫兩側(cè)混凝土基面上。

（4）嵌填單組分聚氨酯密封膠

待界面劑表干后， 用膠槍將聚氨酯密封膠嵌入伸縮縫中，嵌縫深度3 cm，縫內(nèi)膠應(yīng)按壓密實，避免斷頭空洞，表面修飾光滑飽滿。

四、檢測試驗

1.試驗方法

①試驗項目。 主要檢查粘結(jié)強度，每涂刷400 m2進行一次檢測。

②齡期要求。 涂層涂刷作業(yè)完成21 d 后，進行粘結(jié)強度檢測。

③取樣方法。 在指定的檢測區(qū)域內(nèi)， 選取3 個位置進行粘結(jié)強度檢測，每處用專用刀切透涂層至混凝土面，切縫形狀為40 mm×40 mm 方形。

④粘結(jié)檢測。 將標(biāo)準鋼塊（40 mm×40 mm 方形） 用專用膠粘貼在測試位置，24 h 后采用粘結(jié)強度測試儀進行檢測。

⑤計算方法。 粘結(jié)強度測試結(jié)果以平均值R 表示，粘結(jié)強度按此公式計 算：R=P/A，R—粘 結(jié) 強 度（MPa）；P—試樣破壞時的荷載 （N）；A—鋼標(biāo)準塊粘結(jié)面積（mm2）。

⑥不合格處理。 對檢測不合格部位， 其取樣范圍內(nèi)400 m2全部刮除，重新涂刷直至合格為止。

2.試驗結(jié)果

三河閘閘墩防碳化處理本次處理#54-#63 孔， 總面積約5 000 m2，抽取試樣13 個部位計39 個測點。 經(jīng)試驗統(tǒng)計，39 個測點最大粘結(jié)強度3.6 MPa，最小2.7 MPa，平均2.93 MPa，滿足規(guī)范及性能指標(biāo)要求。

五、結(jié) 語

單組分聚脲材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的耐沖刷能力，工程完工后，正值淮河流域發(fā)生大水，處理部位 經(jīng) 歷 了500 m3/s、1 000m3/s、2 000 m3/s 和3500 m3/s、5 000 m3/s 等不同流量、流速的沖刷，沒有出現(xiàn)起皮、毛面等現(xiàn)象，防護涂層整體質(zhì)量較好，達到預(yù)期的處理效果。實踐證明，單組分聚脲材料在大型水閘混凝土抗沖耐磨防護中具有廣泛的應(yīng)用前景。 ■