聚脲喷涂技术在长河坝廊道裂缝处理中的应用

柳启超，李翔

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都，611130)

聚脲喷涂技术在长河坝廊道裂缝处理中的应用

柳启超，李翔

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司，成都，611130)

长河坝水电站大坝河床廊道混凝土浇筑完毕后，在廊道外表面发现了诸多裂缝，为保证廊道的整体防渗性能以及运行安全，本工程中引入了喷涂聚脲施工技术对廊道外表面进行了整体封闭式处理。本文主要介绍了廊道外表面的裂缝成因、喷涂聚脲施工技术裂缝处理对廊道进行整体封闭的施工工艺过程与要点，并总结了相关的注意事项。

长河坝电站 河床廊道 裂缝成因 聚脲施工工艺

1 廊道裂缝概述

长河坝水电站河床基础廊道为钢筋混凝土结构，体型结构由“杯型基础＋底板＋廊道”组成。河床廊道全长160.79m，杯型基础及底板最大厚度为7m(上、下游厚度)，廊道边墙厚2m，廊道钢筋主要为φ32mm和φ36mm，钢筋间排距主要为20cm、40cm。廊道混凝土设计采用C40W12F50，掺加0.9kg/m3纤维素纤维。

河床廊道每仓浇筑后均安排专人洒水养护，并在拆模后进行日常巡视检查，至2013年4月19日均未在廊道表面发现裂缝。其中，4月17日只发现部分不规则表面干缩较短裂纹。至“4·20”芦山地震后，4月23日排查隐患，在廊道外表面发现两条环向裂缝，位于廊道顶拱部位，长度2.8m，缝宽≤0.5mm。

随后加大对廊道表面裂缝的排查与监测，至5月12日，廊道外侧裂缝共计23条，长度0.5m～6m，绝大部分呈垂直方向，缝宽0～0.5mm不等，呈下宽上窄及上下一样宽等形态。至6月7日，廊道外侧裂缝大小共计150条，长度1m～7m，绝大部分垂直坝轴方向，缝宽不等；个别裂缝向左、右岸偏向5°～75°不等，分布范围主要集中在河床中部即纵0＋306.2m～纵0＋209m，共97.2m。其中有2条贯穿性裂缝。

2 裂缝成因分析及处理方案

针对长河坝电站河床廊道施工外界、内部结构以及混凝土配合比等情况，通过对以上各方面影响因素进行逐一排查以及查阅施工过程原始资料等，初步确定导致本次裂缝产生的原因如下: (1)混凝土失水收缩；(2)基础约束；(3)温度差；(4)外力作用。

2.1 混凝土失水收缩

水泥用量大、用水量大的混凝土易发生塑性开裂。廊道混凝土所用配合比中水泥用量达437kg/m3。浇筑完成短时间内内部绝热温升非常大，通过理论计算该混凝土绝热最高温升达65.40℃。新浇混凝土表面失水收缩快，受下部混凝土约束而易形成裂缝。该因素是本次产生裂缝的主要影响因素之一。

2.2 基础约束

混凝土构件的约束比对温度和收缩应变的影响是非常大的，按照通常计算公式Y＝S/L(即混凝土墙的表面积除以约束混凝土墙的周长)，Y值越大，在温度和收缩应力作用下越容易出现裂缝现象。根据对浇筑时间的统计表明，廊道底板与廊道浇筑时间相差20天以上，底板相对廊道形成强约束，易形成裂缝。

2.3 温差影响

在气温高、湿度低和有风的环境下，混凝土表面水分蒸发快，也容易出现塑性裂缝。廊道内侧通过温度计监测，封闭后廊道内侧温度从左岸22°至右岸29°。廊道混凝土温差存在内侧(平均25°)与外侧温差(白天太阳直射下平均35°)，廊道外侧白天(白天太阳直射下平均35°)与黑夜温差(平均17°)。

2.4 外力作用

廊道裂缝是在4月23日地震后发现，此前均未发现廊道表面裂缝，另外，廊道干缩裂缝在初期未发现时，可能处于应力极限平衡状态。正是由于地震波影响，加剧了裂缝扩展，导致形成大量的干缩裂缝。

该因素是诱导本次大规模裂缝及裂缝扩张的主要因素之一。

3 处理方案

经“参建四方”(业主、监理、设计、施工)共同召开廊道外表面裂缝处理专题会议，商讨处理方案，确定方案如下:

(1)廊道外侧表面裂缝进行CW环氧树脂化学灌浆处理；

(2)化灌施工完毕后，对廊道整个外表面喷涂4mm聚脲弹性防水涂料，对裂缝进行整体封闭。为了确保聚脲与填筑粘土层的结合，聚脲表面固化前需喷洒一层细砂。

同时需特别注意，裂缝处理应在其变化发展趋于稳定之后进行，避免处理后可能会出现再次拉裂的情况。

4 廊道外包喷涂聚脲施工

聚脲防水涂料是一种A、B双组分、无溶剂、快速固化的绿色环保弹性防水材料；A组为异氰酸酯组分，B组为氨基化合物。将A、B两组原料按照厂家提供的配比进行掺和后由专用喷涂设备的喷枪内混合喷出，快速反应固化生成弹性体防水膜。该材料喷涂成型后具有良好的防水、防腐、耐磨特性。其优异的理化性能指标、便捷的施工工艺、防水防腐系统的整体性以及环保性，是其他任何一种传统防护材料及技术无法企及。

本工程中设计要求廊道外包喷涂聚脲的厚度为4mm，要求施工完成72h后喷涂层与混凝土的附着力应≥1.5MPa，或混凝土底材破坏，同时喷涂层的透水性检查应为不透水。其施工工艺流程如图1所示。

图1 喷涂聚脲施工工艺流程

4.1 基层处理

混凝土的表层状态直接决定了聚脲涂层在其表面的附着能力，混凝土表面的水分、灰尘、油污、脱膜剂、疏松层、水泥浮浆及混凝土的内聚强度，都会对涂层附着力产生极大的影响，必须对表层进行处理。混凝土表面的缺陷孔、裂缝对喷涂后涂层的完整性有极大影响，必须进行修补。新混凝土底材应水化28d，完全固化，干燥后方可施工。

4.1.1 清洁

(1)清除表面污染(指清除混凝土表面灰尘、油污、盐析、脱膜剂、水泥浮浆等)。清洗方法包括扫除、水洗(低压)、洗涤剂清洗和溶剂清洗。如果采用洗涤剂清洗，清洗后必须用清水将残留洗涤剂冲洗干净。表面的油污、盐析、脱膜剂等清除干净后，可避免在打磨或喷砂过程中对混凝土造成再次污染；

(2)打磨、喷砂。对混凝土表面进行打磨或喷砂，除去未清洁掉的水泥浮浆、表面疏松层、毛刺等，同时可以暴露出底下的孔洞以便修补。

4.1.2 修补

(1)表面缺陷处理范围。混凝土表面外露钢筋头、管件头、表面蜂窝、麻面、气泡密集区、错台、挂帘，表面缺损、表面裂缝等缺陷，均应修补和处理；

(2)裂缝修补。根据国家《混凝土结构加固技术规定》对于混凝土有防渗要求，缝宽在0.1mm以上的裂缝，必须进行修补处理。本工程对裂缝进行化学灌浆；

(3)阳角的处理。用角磨机把直角打磨圆滑过渡，增加接触面积，保证涂层厚度。

4.1.3 底层处理后检查

(1)混凝土强度不低于结构设计要求的强度等级；

(2)混凝土底材不能有灰尘、油污、盐析、脱膜剂、水泥浮浆等杂质；

(3)混凝土底材的剥离强度在处理后必须达到1.5MPa以上；

(4)混凝土表面平整无缺陷；

(5)混凝土中水分残留不得高于4%，一般情况下，要求在含水率低于3%的情况下进行施工。4.2 涂刷底层涂料(底漆)

底漆可封闭混凝土表面的毛细孔，减少喷涂后涂层缺陷，并可增加聚脲涂层与混凝土基材的附着力。底漆施工12h后48h内，可进行下一步喷涂施工。如果时间间隔超过48h，在喷涂弹性层前一天应重新施工一道封闭底漆，然后再施工聚脲涂层。底层涂料应现配现用，严格按照使用说明书要求准确称量。

4.3 聚脲的喷涂

必须使用专用的高压双组分1∶1聚氨酯/聚脲喷涂设备及喷枪，(其加热能力＞75℃，最大压力达24.13MPa)。

4.3.1 原料准备

(1)检查开A、B两组分的包装是否正常；

(2)由于B组份含有颜料和助剂，因此喷涂前应将B组份充分搅拌20min～30min。B组份应搅拌到颜色均匀一致，无浮色、无发花、无死沉淀为止。

4.3.2 喷涂

(1)在塑料布或干燥的表面进行试喷，观察涂层是否正常；

(2)根据涂层厚度每道涂层采用纵横交叉喷涂；

(3)平面喷涂下一道要覆盖上一道的50%以上，喷涂厚度保持一致；

(4)喷涂时，应随时观察压力、温度等参数，并做好现场记录；

(5)喷涂开枪时，应对准遮护物或非工程表面喷涂5s～10s，然后开始喷涂(喷枪及软管前端没有加热，物料温度低，混合及雾化效果很差，极易造成鼓泡。直接对撞混合喷枪如GX－7－400等，还存在某一组分过量问题)；

(6)停枪时应在非喷涂工程表面停枪(关枪时混合室内残余物料是由压缩空气或者阀杆推出混合室，不是高压流体，其混合效果也很差，极易造成鼓泡)。

4.3.3 修补

(1)对于有漏点和针孔的地方，只需对其用手工修补料进行修补；

(2)小面积的涂层损坏或缺陷，通过喷砂或打磨等方法去除损坏和未固化的涂层，打磨范围应由涂层损坏范围向周围扩展5cm～10cm，清洁干净后刷涂层间粘和剂，4h后24h以内，采用手工修补料修补；

(3)较大面积的涂层损坏或缺陷，按照小面积的涂层修补方法进行处理，并刷涂层间粘合剂，4h后24h内进行喷涂修补。

4.4 表面加糙(喷砂)处理

为了保证喷涂聚脲层与廊道外高塑性粘土(填筑体)之间的接触渗透特性，喷涂聚脲表面不应为光面。喷涂聚脲表面需要加糙，且不应占据4mm的喷涂聚脲层。该项工作具体实施为:待聚脲表面固化前，将事先筛分好的干燥细砂均匀涂抹在聚脲表面，聚脲固化后与砂形成一个整体。

4.5 完工验收

(1)表观检测。涂层表面光顺，无流挂、无针孔、无起泡、无开裂；

(2)附着力检测。按照ASTMD4541标准进行附着力检测，涂层附着力应≥1.5MPa或混凝土底材破坏。检测时间为施工完成后72h(完工后质量检查验收结果，喷涂层附着力达到2.0MPa以上)；

(3)厚度控制及检测。喷涂前，在准备进行喷涂区域的表面，用强力胶水固定较薄的小铁片(并记录其准确位置)，同时在喷涂区域钉入水泥钉(高出混凝土表面4mm)用以控制喷涂厚度。喷涂后检查喷涂层是否全部覆盖完水泥钉，同时用磁性测厚仪检测小铁片顶部的涂层厚度，即为混凝土上聚脲喷涂层的厚度(完工后质量检查验收结果，按照设计要求的每500m2抽检2个部位的厚度，喷涂层厚度均大于4.0mm)；

(4)与混凝土基面接触密实性检测。检测喷涂层与混凝土基面是否接触密实，是否存在脱空(完工后质量检查验收结果，对喷涂层逐一挨着进行敲击，基本未发现脱空现象)。

5 总结及注意事项:

5.1 混凝土基面必须要打磨并清理干净，不能有灰尘、油污、盐析、脱膜剂、水泥浮浆等杂质。混凝土表面外露钢筋头、管件头、表面蜂窝、麻面、气泡密集区、错台、挂帘等表面缺损、表面裂缝等缺陷，必须严格进行修补和处理，保证其表面平顺、平整无缺陷。

5.2 聚脲涂料一定要严格按照厂家要求进行掺合配置；底漆配比要准确，涂刷均匀，不能有流挂或漏刷现象；喷涂前设置厚度控制参照物(水泥钉等)。

5.3 必须使用专用的喷涂设备(喷枪)，喷涂时喷枪走速要均匀，喷枪和受喷面之间要垂直，距离为300mm～800mm之间。喷涂后表面加糙工作(喷砂)一定要在喷涂层固化前进行，否则喷涂层固化后将无法进行。

5.4 喷涂聚脲的施工禁止在4级以上大风和雨天环境中进行。喷涂作业完成后禁止在喷涂层上凿孔、打洞和重物撞击；禁止直接在喷涂聚脲表层明火烘烤、热熔沥青材料施工等。

5.5 对于面积较大的混凝土表面喷涂聚脲施工，从基面清理—聚脲喷涂宜采用分区、分块的方式进行。

5.6 施工须由专业队伍实施，应进行详尽的技术交底和培训，以确保施工质量。

5.7 由于喷涂施工时物料温度较高(一般在60℃左右)，又存在飞溅，同时该材料对人体存在一定的毒害性，因此施工人员一定要佩戴好必要的安全防护设备(封闭式眼罩、防毒面具、手套等)，做好劳动安全保护。

TV698.231

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2095－1809(2016)05－0072－04

柳启超(1984－)，男，工程师，主要从事水电工程施工监理工作；

李翔(1989－)，男，助理工程师，主要从事水电工程施工监理工作。