喷涂聚脲在南水北调渡槽槽身冻胀处理中的应用

张文虎

（河北省南水北调工程建设管理局，石家庄 050035）

1 前言

南水北调中线干线工程设计了大量的大型现浇三向预应力钢筋混凝土简支梁式渡槽，该类渡槽设计流量大，槽身多采用3孔一联的整体式结构，槽身的跨度（最大达40m）及宽度较大，施工期较长，往往跨越2～3个冬夏；在槽身的纵向、横向和竖向布置了大量的预应力筋，预应力筋外套波纹管，波纹管内进行真空水泥浆灌浆。由于预应力筋波纹管内灌浆不饱满存在水体及冷却水管排水后进行水泥浆灌浆时存在水体排不净或灌浆不饱满甚至没有来得及排水等问题，导致当温度降到0℃以下时，槽身混凝土发生冻胀破坏，内部出现质量问题，对渡槽的承载能力及耐久性产生极大影响。

2 冻胀处理方案

首先对所有冻胀裂缝采用低压化学灌浆至灌浆饱满。通过结构设计复核结果，根据单块混凝土冻胀面积的大小，设计将其划分为A、B、C 3种类型。

2.1 A型冻胀区

单块面积小于1m2的冻胀区域定义为A型冻胀区。由于冻胀面积小，化学灌浆完成后表面采用水泥基渗透结晶型材料做防水处理。

2.2 B型冻胀区

单块面积在1～2m2之间的定义为B型冻胀区。化学灌浆完成后，对冻胀区混凝土表面打磨深度5mm，沿冻胀裂缝区及其周边一定非冻胀区域外贴竖向碳纤维布（单向纤维布），碳纤维布表面胶材固化后再在表面喷涂聚脲弹性体材料进行防水处理。

2.3 C型冻胀区

单块面积大于2m2的定义为C型冻胀区。化学灌浆完成后，对冻胀区混凝土表面打磨深度20mm，在表面沿侧墙纵向布置宽20cm、厚8mm的钢板，为充分利用原对拉螺栓杆，钢板沿侧墙竖向间距为50cm，不足部分采用植筋处理，再沿渡槽冻胀裂缝区及其周边一定非冻胀区域外贴横向碳纤维布，最后在碳纤维表面喷涂聚脲弹性体材料进行防水处理。

3 喷涂聚脲材料

聚脲防护材料按施工方式分为手刮型和喷涂型，按防护效果分为Ⅰ型和Ⅱ型，在国内大中型水利水电工程项目中均有使用，施工效果良好。本工程采用喷涂Ⅱ型聚脲材料进行耐久性防护。

喷涂聚脲涂层是由A、B两种组分组成，其中A组分为异氰酸酯、B组分为端氨基化合物，通过专有喷涂机快速混合反应形成喷涂涂层。

聚脲防水涂料、底涂料、涂层修补材料和层间处理剂必须进行进场检验，检验指标必须符合GB/T23446《喷涂聚脲防水涂料》的要求。

4 喷涂聚脲施工

施工现场的温度和湿度直接影响聚脲涂料的固化，根据JGJ/T200—2010《喷涂聚脲防水工程技术规程》规定，聚脲喷涂时现场温度不低于5℃、环境湿度不高于85%。而在施工中如现场温度低于10℃，喷涂聚脲就不能良好地雾化，不仅浪费材料还达不到防护效果。

4.1 基面

4.1.1 混凝土

施工前先确定需要喷涂的区域，如基面平整度不满足要求时，在施工前涂刷涂层修补剂找平；打磨区超过碳纤维布范围不小于10cm，在聚脲喷涂的边缘打磨深3～5mm的缓坡凹槽，以防止聚脲涂层翘边，影响黏结强度。基面打磨完成后采用高压空气吹干表面粉尘，再采用丙酮或湿布清理干净，涂抹底漆前要保持混凝土表面干燥。

4.1.2 碳纤维布

由于碳纤维布在粘贴施工时，必须要用浸渍胶完全浸透，再用刮板刮平，保证碳纤维布施工完成后表面是一层光滑的化学胶材。通过试验，该胶材完全固化后与聚脲底涂黏结强度不到1.0MPa，达不到设计要求，因此必须对碳纤维布表面进行处理。

4.2 喷涂基面处理

对混凝土基面采用钢丝刷或角磨机打磨混凝土表面松散混凝土及浮浆并形成毛面，基面缺陷采用整平胶或环氧胶泥进行修补，一般情况下2h后，修补材料完全固化起糨，采用高压气枪从上至下或从左到右反复清理，处理后的混凝土基层要坚固、平整、干净、不松脱、不起砂、不脱层。

4.2.1 碳纤维布基面

碳纤维布是一种耐高强拉伸的补强材料，但碳纤维布本身厚0.14mm，如采用钢丝刷或角磨机打磨，其表面固化胶材，极易破坏碳纤维布的碳丝，致使碳纤维布补强失去效果。由于碳纤维布表面的浸渍胶强度可达50MPa以上，一般方法均不能达到既不破坏碳丝又能去掉表面多余浸渍胶的效果。经过现场多次试验，采用丙酮或酒精进行表面擦拭，但每次擦拭量不要过大。经过两三遍的擦拭，碳纤维布表面多余浸渍胶基本软化，表面浸渍胶软化后要在2～3h内采用人工粗砂纸打磨，直至表面浸渍胶粗糙且平整为止。这样处理后的基面与聚脲的黏结强度才能达到要求。

4.3 底涂施工

双组分反应类型的底漆材料用搅拌机充分搅拌；将底漆采用滚筒均匀涂刷；待底漆充分干燥（一般不小于2h），开始聚脲喷涂；如果发生底漆被基面吸入强烈的情况，干燥之后应再次涂刷底漆。

底漆涂刷顺序要求从上至下，从左至右，要多次反复涂刷，保证涂层厚度为0.4mm，且表面平整。

4.4 底涂面检查

聚脲涂料喷涂前采用手指检查涂刷底漆和层间黏结剂是否干燥，如达到规定时间尚出现“指黏”现场，应延后喷涂时间；如底漆和层间结合剂超过24h未能及时喷涂，应重新处理基面和涂刷底漆及层间黏结剂。

4.5 聚脲喷涂

聚脲为A、B双组分材料，喷涂时将A、B面料温度加热至60℃～70℃；为保证厚度均匀，喷枪口与喷涂面保持80～100cm的垂直距离；喷涂顺序自上到下，从左至右；喷涂压力保持在1500～3000pis。

4.6 养护

喷涂完成后自然养护，7d后可进行现场拉拔试验。如喷涂后24h内气温骤降，需采取外挂保温被防护，遇下雨应采取表面防水措施，并禁止遇明水及利器刻画。

4.7 聚脲涂层修补

由于聚脲对外部环境要求非常高，喷涂过程中如有涂层表面存在气泡，可采用厂家配套的手刮聚脲修补。

如聚脲涂层喷涂时，局部喷涂厚度不够，可在第一层聚脲涂层喷涂3h内进行表面补喷，如间隔时间超过3h，补喷前需在第一层涂料表面涂刷一层厂家提供的层间结合剂。

如聚脲涂层出现起鼓现象，现场可采用裁纸刀切除出现起鼓部位的聚脲防护层，聚脲切除时裁纸刀角度不应大于60°，避免裁纸刀划伤底部碳纤维布及便于新老聚脲结合；起鼓部分聚脲切除后检查周边的黏结情况，如周边聚脲与基面黏结强度不高，继续切除，直至黏结强度较高部位。

不合格聚脲涂层切除后，采用电动砂纸百叶轮对新老部位的聚脲进行打磨，打磨宽度不小于15cm，如原喷涂聚脲厚度较厚时，打磨应从内（以切除聚脲为中心）向外打磨成缓坡，尽量不出现新老聚脲的陡坎现象。

打磨完成后对需要补喷的区域按要求涂刷聚脲底涂，新老聚脲重合的部分涂刷聚脲层间结合剂。

5 喷涂聚脲注意事项

喷涂注意事项为：①施工过程中注意防水，严禁在同一槽跨内同时进行聚脲喷涂与基面处理；②施工过程中，现场工作面24h设检查人员，随时对完成的工作面进行检查，看是否有漏喷的地方，发现后立刻进行补喷；③聚脲底漆和层间黏结剂涂刷之前必须吹干表面粉尘后丙酮清洗基面；④聚脲的喷涂时间应在专用底漆施工后3～5h内进行，视现场温度及湿度而定，如果间隔超过24h，在喷涂弹性防冲磨层前一天应重新施工一道底漆，然后再喷涂聚脲；⑤施工前，可以在施工区域外进行试喷涂用以控制喷涂厚度，聚脲喷涂厚度要均匀，聚脲弹性层的喷涂间隔应不大于3h，如果超过3h应涂刷层间黏结剂；⑥根据试验，喷涂现场环境温度宜大于10℃，相对湿度小于85%，若温度低于10℃，湿度大于85%，不宜施工。

6 结语

通过严格按照规范及上述操作要求施工后，对聚脲涂层进行了现场拉拔试验，喷涂在混凝土基面的聚脲涂料黏接强度均不小于2.5MPa，且破坏基面为混凝土；喷涂在碳纤维布表面的聚脲，黏结强度均不小于1.5MPa，达到了加固设计要求，聚脲涂层以其卓越的防水性能和与基面的黏接强度保证了渡槽缺陷加固处理的耐久性。

［1］黄微波，刘旭东，马学强，等.喷涂纯聚脲技术在水利工程防护中的应用与展望［A］.第十四届全国涂料涂装技术信息交流会暨交通用涂料涂装技术研讨会论文集［C］.2011.

［2］王宝柱，刘培礼.关于聚脲热点问题的探讨［A］.全国第十二次防水材料技术交流大会论文集［C］.2010.

［3］李志高，马红亮，黄微波.聚脲提高海工和水工混凝土抗冻性研究［J］.大坝与安全，2010（5）.

［4］李萌，孙志恒.堆石坝混凝土面板缺陷快速修补新型材料［A］.现代堆石坝技术进展：2009第一届堆石坝国际研讨会论文集［C］.2009.

［5］刘旭东.京沪高速铁路桥梁混凝土聚脲防护技术的应用研究［D］.青岛理工大学，2010.