喷涂聚脲防渗材料在山口岩水库大坝上的防渗应用

李 伟，艾九红

（1.江西省萍乡市山口岩水库管理局，江西 萍乡 337000；2.湖南省株洲飞鹿高新材料技术股份有限公司，湖南株洲412000）

1 工程概况

山口岩水利枢纽工程位于江西省萍乡市芦溪县上埠镇山口岩村上游1 km处，距芦溪县城7.6 km，属赣江水系一级支流袁河上游，是袁河流域开发的龙头水库，是一座以供水、防洪为主，兼有发电、灌溉等综合利用功能的大（2）型水利枢纽工程。

工程主要建筑物有大坝、坝顶溢流堰、坝体放空孔、引水隧洞、发电厂房、供水管线及灌渠等建筑物。大坝为碾压混凝土拱坝，坝顶高程247.60m，最大坝高99.10 m，坝顶轴线长268.00 m；溢流堰对称布置在拱冠梁处，共3孔，每孔净宽8.00 m；在坝体设置一放空孔，放空孔断面尺寸 1.6 m×2.0 m（宽×高）。

水库下闸蓄水后，随着库水位的上升，在坝内排水观测廊道内及坝后出现不同程度的渗漏现象。2012年8月，业主组织召开了大坝渗漏处理专家咨询会；专家咨询会意见指出“从已有观测资料分析，坝体变形、基础防渗帷幕后渗透压力均在设计允许范围之内，大坝运行基本正常。部分坝体混凝土存在渗漏通道，导致局部渗漏量偏大，需要进行防渗处理”。为了避免蓄水后大量高压水进入空隙，长期高压水在空隙中的冲洗作用造成部分骨料与灰分离，使大坝渗水情况进一步发展，影响大坝的使用寿命。根据专家咨询会的意见，参考国内类似工程的处理方式，拟在大坝上游面增加聚脲防渗喷涂层，以增强大坝抗渗能力，提高大坝使用的耐久性[1]。

2 喷涂聚脲在水利工程应用的技术优势

聚脲由美国Texaco（即现在的Huntsman）的化学家Dudley.J.PrimeauxⅡ[2]及其团队率先研发成功，并于1991年在北美投入商业化应用，用于混凝土基材防护、钢基材防腐和皮卡车耐磨衬里。20世纪90年代中期聚脲技术由青岛海洋化工研究院引入中国，经过多年的发展，目前已广泛应用于高速铁路、高速公路防水、水利大坝防渗、钢结构防腐、耐磨地坪等领域[3]。

喷涂聚脲在水利工程应用的技术优势：

（1）附着性能强，可避免产生气泡、流淌等不良现象。水利防护工程的施工环境复杂、气候多变，基材情况复杂多变，喷涂聚脲可胜任在各种复杂情况下的施工应用。通过化学反应原理可知：喷涂聚脲中胺基组分与NCO组分的反应活性远远高于其他羟基与NCO组分的反应活性，可避免喷涂聚脲在野外环境下遇潮发生R-NCO+H2O→RNH2+CO2反应。喷涂聚脲30秒内即可凝胶，对复杂基材的适应性极强，附着力显著高于2.5 MPa。

（2）具有优异的抗冲蚀磨损及水流冲刷的功能。能有效地阻止高速含泥沙水流的冲蚀磨损对水工混凝土的破坏，大大延长了水利设施的耐久性。高速（40 m/s）含泥沙（10%）水流冲刷30 min的结果显示：纯聚脲的磨损率小于 0.027 g/cm2·h，只有 C60高强混凝土的6.5%。

（3）具备超长的耐老化性能。喷涂聚脲化学活性极高，不需要添加任何催化剂，世界聚脲技术的发明人Dudley J.PrimeauxⅡ先生[4]已经做过加速测试：预计聚脲弹性体材料的寿命在75年以上，青岛理工大学功能材料研究所的大量理论与工程应用研究也证实了这一点[5]。

3 大坝聚脲防渗涂层方案设计

聚脲防渗层厚度设计[6]：厚度≥1.5 mm；聚脲防渗层底面选择高渗透环氧改性防渗涂料，聚脲防渗主材与辅助材料由湖南省疾病预防控制中心检测，检测结果显示聚脲及其辅助材料为无毒、无污染产品，施工完成后防渗涂层对水库水质无任何影响；大坝上游面喷涂聚脲防渗涂层设计方案能满足以下各性能：

（1）防渗性能，200 m水头作用下不渗漏。

（2）拉伸性能，能适应横缝最大值的张开变形，并且在拉伸后仍能保证在高水头下不渗漏。

（3）抗裂性能，材料拉伸强度大于大坝上游面最大拉应力。

（4）抗冻性（大于 F250）、耐腐蚀性。

（5）与大坝混凝上有很好的粘结强度。

（6）防渗材料可以对大坝混凝土的工作性能产生提升加固作用。

（7）无毒性能，对水库水质无毒理影响。

（8）使用质量保证期为50 a。

4 喷涂聚脲的涂装工艺

4.1 涂装工艺流程

聚脲防渗工程的施工工序主要分为：基层处理、滚涂高渗环氧改性防水涂料2遍、喷涂聚脲防渗层1遍、喷涂耐候性脂肪族面漆1遍。

4.2 涂装工艺及其要求

4.2.1 混凝土基层处理的施工工艺及要求

大坝上游面采用振捣碾压混凝土方式分段浇筑而成，振捣碾压过程中，在模板处易出现较厚的表面浮浆或与骨料的结合不牢。在滚涂高渗透环氧改性防水涂料前，需清除混凝土基层表面浮浆、附着力不牢混凝土等其他杂质。作业人员使用打磨机清除混凝土表面浮浆、附着力不牢混凝土等其他杂质，再用2 MPa高压清水清除混凝土表面脱模剂、表面活性剂、油污、灰尘等混凝土施工留下的异物，这些异物影响混凝土基层与高渗透环氧改性防水涂料之间的附着力与相容性。高压清水清洗混凝土表面干燥后，经检测含水率低于8%时，刮涂专用混凝土腻子封堵混凝土表面孔洞、拉筋孔、麻面、凹坑等缺陷进行修补平整，经处理后的基面平整度、及缺陷处理均应满足相应设计要求，粗糙度符合《喷涂聚脲防水工程技术规程》（JGJ/T 200-2010）的要求。

4.2.2 高渗透环氧改性防水涂料的施工工艺及要求

基面处理经监理单位与施工单位验收合格后，且混凝土表面含水率低于8%，方可进行底漆施工。将高渗透环氧改性防水涂料A、B两组份按说明书比例进行配置、搅拌均匀、熟化后，作业人员使用滚筒在大坝上游混凝土表面滚涂第1遍底漆，要求滚涂底漆涂层无漏涂、流挂等现象。第1遍高渗透环氧改性防水涂料施工24 h后实干后即可进行第2遍高渗透环氧改性防水涂料施工，采取同一方式从上至下进行滚涂施工。24 h底漆实干后，各方技术人员检测环氧改性底漆涂层的性能，底漆涂层的拉拔强度、厚度、平整度及外观都符合设计要求。

4.2.3 喷涂聚脲层的施工工艺及要求

喷涂设备及配件来自美国固瑞克公司技术，喷涂作业人员应经过专业培训，以保证施工质量。施工过程的具体要求如下：

（1）温度检测。施工时应进行温度控制，首先检测原料桶的温度，应保持在19℃以上。先不连接喷枪，测量加热软管输出末端。

（2）预喷涂测试。在正式喷涂前应进行测试，把涂料喷在硬纸板上来确保喷出的扇形令人满意，并按体积比1∶1混合，确保固化正常。例如，颜色不正常表示出现了液相分离或者供料桶中颜料出现了沉淀。固化时间长说明两个组分混合比例不正常。压力读数不正常说明材料或设备方面存在问题。

（3）压力控制。在整个施工过程中需进行压力监控，喷涂时压力范围在2 500～2 750 psi之间，这样可以确保A、B两组分充分、均匀混合。

（4）喷涂聚脲施工24 h后，监理单位与施工方技术人员对聚脲层的各性能指标进行检测。检测方法按《喷涂聚脲防水工程技术规程》（JGJ/T 200-2010）进行，聚脲涂层厚度检测结果平均值为1.77mm，拉拔强度检测结果平均值2.67 MPa，聚脲涂层其他性能及外观技术指数均符合设计要求。

4.2.4 聚脲涂层搭接剂施工

聚脲防渗层两次施工间隔在8 h以上部位，需要滚涂聚脲专用搭接连接成一体。第一次施工应预留出15～20 cm的操作面与后续防渗层进行可靠的搭接。施工后续防渗层前，应对已施工的防渗层边缘20 cm宽度内的聚脲涂层表面先进行清洁处理，保证原有防渗层表面清洁、干燥、无油污及其他污染物。再滚涂聚脲专用搭接剂对原有防渗层表面15 cm范围内做预处理，在4～24 h之内喷涂后续聚脲防渗层，后续聚脲防渗层与原有聚脲防渗层搭接宽度不小于10 cm。

4.2.5 喷涂聚脲收边的处理

大坝上游混凝土面收边处理如图1，方法是在混凝土基材边缘四周表面开一道V型槽，尺寸宽、深各为6mm，滚涂底漆、喷涂聚脲，密封胶密封处理，用角磨机修平处理，防止聚脲层在水沙等冲洗下与基材脱离出来。

图1 混凝土立面聚脲收边处理

4.2.6 高耐候性面漆的施工工艺及要求

芳香族喷涂聚脲层的耐候性不佳，经紫外线长期照射后易出现泛黄等现象。为提高山口岩大坝聚脲防渗层的装饰性，在喷涂聚脲防渗层上刷涂一层耐候性面漆。刷涂面漆在喷涂聚脲施工12 h内进行，将耐候性面漆A、B两组份按说明书比例进行配置、搅拌均匀、熟化后，使用滚筒在喷涂聚脲层表面滚涂1遍面漆，滚涂面漆涂层无漏涂、流挂等异常。各方技术人员检测面漆涂层的拉拔强度、厚度、平整度及外观等技术指数都符合设计要求。

4.2.7 聚脲防渗层修补工艺

喷涂聚脲防渗层的力学性能十分优异，正常使用一般不会损坏。对于拉拔强度、涂层厚度等破坏性检测造成的损坏，可用刮涂型聚脲防渗材料进行修补。具体方法：①打磨待修补涂层的表面，打磨的边缘比待修补表面向外扩展150 mm；②刷涂层间粘合剂；③在已打磨的部位刮涂聚脲材料，注意修补材料平滑过渡到周围涂层；④刷涂与之相适宜的耐候性面漆。

5 应用效果

山口岩水库大坝上游面聚脲防渗涂层一期工程（168～197 m高程）于2012年6月17日正式完工，完工后的情况见照片1。2012年6月21日上午开始下闸蓄水，蓄水情况见照片2。7月17日蓄水水位达到220 m高程。山口岩水利枢纽工程开发公司与株洲飞鹿高新材料技术人员进入大坝下游面廊道检查渗水情况，发现168～197 m高程廊道部位渗水明显减少，混凝土表面仅出现发汗、湿润状态，设计的部分排水孔内部十分干燥，表明喷涂聚脲在水库大坝防渗堵漏上具有显著的作用。

照片1山口岩水库大坝聚脲防渗涂层施工情况

照片2山口岩水库大坝蓄水情况

［1］江西省水利规划设计院.设计通知(SKY-DB-024).2012.

［2］陈迺昌.喷涂聚脲技术在国内外的发展[J].上海涂料，2009.（5）

［3］钟 鑫，孙 慧.喷涂聚脲弹性涂料及其应用领域 [J].聚氨酯工业，2007（5）.

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

［5］吕平，陈国华，黄微波.聚天冬氨酸酯聚脲涂层加速老化行为研究［J］.四川大学学报，2007，39(2)：92～97.

［6］沈春林.喷涂聚脲防水工程技术规程［S］.JGJ/T 200-2010.