單組分聚脲防水涂料在三河閘工程中的應(yīng)用

(1.江蘇省洪澤湖水利工程管理處, 江蘇 淮安 223100;2.常州市河道湖泊管理處, 江蘇 常州 213000)

1 工程基本情況

三河閘工程位于江蘇省淮安市，洪澤湖的東南角，是淮河入江水道的控制口門。工程建成于1953年7月，設(shè)計流量12000m3/s，為大(1)型水閘。

三河閘閘身為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，共63孔，每孔凈寬10m，總寬697.75m，分21塊底板，底板高程7.5m(以廢黃河零點起算，下同)，胸墻底高程13.7m，閘孔高6.2m。閘底板上分設(shè)閘墩與門墩。閘墩頂部設(shè)有凈寬為3.0m的工作便橋，橋面高程17.3m。工作便橋上為π形梁工作橋，橋面凈寬4.5m，高程20.45m。門墩頂部設(shè)有凈寬7.0m、橋面高程17.0m的汽-20級公路橋。

三河閘工程建成60多年來，充分發(fā)揮了工程效益，已累計安全泄洪1.3萬億m3，為里下河地區(qū)200萬hm2農(nóng)田和2600萬人民生命財產(chǎn)安全做出了巨大的貢獻。

2 三河閘工程混凝土存在問題及處理方案

2.1 存在問題

三河閘工程修建年代已久，經(jīng)多年運行，間斷性承受懸移質(zhì)與夾雜的高速水流的沖刷及汽蝕破壞，以及氣候因素影響的破壞，加之其長時間受到泄洪的高速水流的沖刷破壞，混凝土表層出現(xiàn)坑窩麻面、局部露筋露骨等現(xiàn)象，施工縫處沿整個寬度方向縫隙較長、較深。從混凝土剝蝕現(xiàn)象來看，混凝土保護層現(xiàn)局部厚度1～2cm，破壞的部位深度達1cm不等。

上述問題影響水工建筑物的正常運行能力，若不及時處理會進一步惡化，影響工程蓄水、擋洪、泄洪等功能，并最終影響水工建筑物的結(jié)構(gòu)安全。

2.2 處理方案

采用高彈性特種聚脲砂漿對公路橋橋墩的剝蝕、脫落和露筋部位進行局部修復(fù)處理，然后刮涂單組分(脂肪族)聚脲防水涂料，旨在處理混凝土的質(zhì)量缺陷，恢復(fù)和增強水工建筑物的防碳化、抗沖磨、抗凍害、耐老化等能力，提高水閘建筑物整體結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性，保證其安全穩(wěn)定、長久運行的能力。

處理內(nèi)容主要包括：

a.高彈性特種聚脲砂漿修復(fù)處理。

b.單組分(脂肪族)聚脲防水涂料整體防護處理。

3 主要施工材料

3.1 高彈性特種聚脲砂漿

高彈性特種聚脲砂漿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、改性混合粉料混合制成的一種高彈性、高強度的混凝土修復(fù)加固材料。高彈性特種聚脲砂漿主要性能見表1。

表1 高彈性特種聚脲砂漿主要性能指標

高彈性特種聚脲砂漿除了具有優(yōu)異的力學(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、良好的高低溫性能，其中抗沖磨強度是普通高聚物修復(fù)材料的兩倍以上。該材料主要應(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)。

3.2 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料

單組分(脂肪族)聚脲防水涂料以功能性聚醚多元醇、脂肪族異氰酸酯及自制的潛固化劑為主要原料，混合多種助劑和填料配制而成，接觸空氣中的濕氣，在室溫下固化，是目前耐久性最好的柔性涂層之一。其性能如下：

a.接觸濕氣，室溫下固化，整個反應(yīng)過程不生成CO2，可成任意厚度膜而不起泡。

b.超高力學(xué)性能，抗拉強度可達16～30MPa。

c.變形能力強，延伸率可達350%～500%。

d.與基材浸潤性好，與混凝土基材黏結(jié)強度不小于4.0MPa。

e.抗紫外線能力強，表面不粉化、不黃變，耐久性可達30年以上。

f.施工便利，顏色可調(diào)，既可手刷，又可噴涂。

g.性能穩(wěn)定，低溫柔性好。

h.具有耐酸、堿、鹽侵蝕能力及高抗沖耐磨性。

單組分(脂肪族)聚脲防水材料主要性能指標見表2。

表2 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料主要性能指標

4 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工藝

在三河閘工程混凝土表面處理過程中，采用的單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工藝總結(jié)起來為：混凝土基面處理→涂刷界面劑→刮涂單組分(脂肪族)聚脲防水涂料→養(yǎng)護，施工工藝如圖1所示。下面就該施工工藝具體流程進行簡述。

圖1 單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工藝

4.1 混凝土基面處理

為保證單組分(脂肪族)聚脲防水涂料的黏結(jié)性，對混凝土刷涂部位進行處理和清洗，具體步驟如下：

a.對混凝土刷涂基面表面破損、殘缺的部分進行剔除，直至結(jié)構(gòu)密實部位；對露出鋼筋的部位，檢查鋼筋表面是否銹蝕，如有銹蝕，進行必要的除銹處理。

b.對處理過的混凝土表面和外露鋼筋部位，刷涂一道自改性聚合物凈漿，然后用高彈性特種聚脲砂漿修補。當(dāng)修補厚度大于1cm時，分層多次涂抹修復(fù)，且每次抹面厚度不超過5mm。在攤鋪基本密實、平整后，在砂漿表面覆蓋一層薄膜，用高頻低振幅平板振搗器振搗平整，振搗平整后，取走薄膜，并進行必要的養(yǎng)護。

c.對用高彈性特種聚脲砂漿修復(fù)過的部位進行打磨、平整，使表面與原混凝土平面比降保持一致。平整后的基面要求表面平順，平面和弧面連接處平滑過渡，有棱角的部位使用磨光機磨圓。

d.對混凝土刷涂基面整體進行處理，使用角磨機等工具進行打磨，將混凝土表面的塵垢、雜物及松散顆粒打磨清理。使用大功率吹風(fēng)機對打磨過的混凝土表面進行吹洗，將表面殘渣、碎屑、粉塵等殘留物及松動顆粒清理干凈，保證基面干燥、清凈方可進入下一步驟。

4.2 涂刷界面劑

為增加單組分(脂肪族)聚脲防水涂料與混凝土的黏結(jié)力，在完成基面處理，在表面涂刷專用界面劑后，方可進行防水涂料的施工，具體步驟如下：

a.按規(guī)定的比例精確稱量界面劑料粉和水，放入容器中攪拌成均勻的稀漿狀。需要注意的是，一次稱量、調(diào)和的界面劑應(yīng)在規(guī)定的時間內(nèi)用完，超過規(guī)定的時間不得再使用。

b.用滾筒在基面表層均勻涂刷專用界面劑，不能漏刷，然后讓界面劑干燥，約需12h。

c.涂刷界面劑后加強通風(fēng)，待漿料完全干燥并確認完全封閉基面后，方可進行單組分(脂肪族)聚脲防水涂料的涂刷。

4.3 刮涂單組分(脂肪族)聚脲防水涂料

完成界面劑涂刷后，進入整個施工過程中最為核心的單組分(脂肪族)聚脲防水涂料的刮涂環(huán)節(jié)。在進行刮涂防水涂料時，需重點關(guān)注以下幾點：

a.待界面劑完全干燥后方可進行涂刷工作。單組分(脂肪族)聚脲防水涂料刮涂須均勻，不能有局部沉積，要多次刮涂，使涂料與基層之間不留氣泡。三河閘工程混凝土防水處理采用分層多次刮涂，分3次進行，每次刮涂厚度控制在0.3～0.4mm，最終保持聚脲防水涂料封閉層厚度在(1.0±0.2)mm。

b.上一道防水涂料干燥后，進行下一道防水涂料的施工，刮涂方向與上一道相互垂直。兩次刮涂時間間隔不得大于7h。

c.單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工實行全過程質(zhì)量檢查，主要檢查涂刷厚度和黏結(jié)強度，每涂刷400m2進行一次檢查并由現(xiàn)場監(jiān)理監(jiān)督執(zhí)行。在已經(jīng)施工完成且齡期15天、強度達到最終強度70%以上的封閉涂刷面，根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)理隨機指定，進行黏結(jié)強度檢測。黏結(jié)強度檢測不合格的返工，直至將400m2刮涂合格為止。

4.4 養(yǎng)護

完成單組分(脂肪族)聚脲防水涂料施工后，還需進行必要的養(yǎng)護才能保證施工質(zhì)量。完成刮涂后需自然養(yǎng)護至少15天，期間應(yīng)保證不受外力干擾，尤其應(yīng)避免涂刷面受到硬性沖擊和大的水流沖擊。

5 質(zhì)量控制

5.1 基層處理和界面劑涂刷質(zhì)量

a.目測基層應(yīng)無油污、灰塵、污物、浮漿和松散的表層。

b.目測或敲擊檢查，修補后的基層表面應(yīng)無裂紋、孔洞、空鼓、松動、蜂窩麻面等缺陷。

c.目測細部構(gòu)造的基層表面處理應(yīng)滿足設(shè)計要求。

d.采用靠尺檢測的基層平整度應(yīng)滿足設(shè)計要求。

e.目測涂刷的界面劑應(yīng)均勻、固化正常、無漏涂、無堆積。

5.2 聚脲涂層質(zhì)量

a.聚脲涂層應(yīng)均勻涂覆，涂層厚度滿足設(shè)計要求。

b.現(xiàn)場檢查材料出廠合格證、有效期、質(zhì)量檢驗報告和進場抽樣檢驗報告，聚脲涂層施工原材料應(yīng)滿足設(shè)計要求。

c.聚脲涂層質(zhì)量要求見表3。

表3 聚脲涂層質(zhì)量要求

d.每批刮涂聚脲作業(yè)前，應(yīng)先涂刷一塊200mm×200mm、厚度不小于1.5mm的樣片，進行外觀質(zhì)量評價并留樣備查。

e.聚脲樣片在常溫下分別放置7天與21天后進行拉伸強度、斷裂伸長率等力學(xué)性能檢驗，檢測結(jié)果應(yīng)滿足《單組分聚脲防水涂料》(JC/T 2435—2018)要求。

6 結(jié) 語

單組分(脂肪族)聚脲防水涂料為外露型涂料，具有防滲能力強、抗沖磨效果好等特點，在三河閘工程公路橋橋墩混凝土表面防碳化處理應(yīng)用中取得了較好的效果，適用于大流量水利工程混凝土結(jié)構(gòu)的抗沖磨防護。單組分(脂肪族)聚脲防水涂料還具有環(huán)保、耐黃變、與多種基材黏結(jié)優(yōu)良、施工簡單、顏色可調(diào)、使用壽命長、綜合成本低等特點，是一種性價比較高的防護涂料，可以在大中型水利工程中推廣使用。