手刮聚脲在寒区水工混凝土缺陷修补中的试验及应用研究

邵大明，宋立元，曾祥军，董 雪，刘 波

(1.辽宁省抚顺市水利工程建设质量与安全监督站，辽宁 抚顺 113000；2.辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003；3.辽宁省宽甸县水利局水利工程建设质量与安全监督站，辽宁 宽甸 118200；4.辽宁省观音阁水库管理局有限责任公司，辽宁 本溪 117100)

单组分聚脲由含多异氰酸酯-NCO的高分子预聚体与经封端的多元胺(包括氨基聚醚)，并加入其它功能性助剂所组成。在无水状态下，体系稳定，一旦开桶施工，在空气中水分的作用下，迅速产生多元胺，多元胺与异氰酸酯-NCO反应，形成单组分聚脲。SK手刮聚脲是华北某公司生产的一款产品，具有良好的拉伸等物理力学性能，其基本性能见表1。

表1 SK手刮聚脲基本物理力学性能指标

本文主要开展了SK手刮聚脲材料的拉伸性能试验，同时开展了在混凝土试块上涂敷SK手刮聚脲后的冻融循环试验，并根据试验结果将该材料应用于实际工程缺陷处理中，得到了良好的处理效果，为水利工程缺陷修补和防护设计提供了可靠的参考。

1 拉伸性能试验

1.1 试验依据

依照目前多数工程涂覆聚脲涂料时在聚脲夹层中铺设胎基布来起到加筋作用的案例为依据进行试验，来验证铺设胎基布对聚脲拉伸强度的作用。测试方法依据为GB/T16777- 2008建筑防水涂料试验方法。

1.2 试件制备

试验模具为自制的塑钢矩形框模，以玻璃作底板，将厚3mm的矩形塑钢框架粘结于玻璃上。试验前，将玻璃底板擦拭干净，并涂抹1层薄薄的蜡油，然后将涂料均匀的涂抹于框架内，分3次涂抹，涂抹完第1遍，待聚脲略微固化黏稠后，将胎基布平铺在上面接着涂覆第2遍，再隔6h以上后，涂覆第3遍。

在室温下养护14d后，将固化的涂膜从框模中拆下，然后用专门的裁刀切成3种不同规格的试样，分别为2型哑铃状和10mm×100mm、30mm×100mm、50mm×150mm的3种条形试样，试样在室温下再养护7d。

1.3 试验过程

(1)将养护21d的试样3块一组进行编号；

(2)用测厚计在试验长度的中部和两端测量厚度，取3个测量值的中位数计算横截面面积，3个厚度值都不应大于厚度中位数的2%，测量值精确到0.05mm；

(3)试验时，要将试样对称地夹在拉力试验机的夹具上，并配置伸长率测定装置，在试验过程中，拉力机夹具的移动速度设定为300mm/min。

(4)记录试验结果，并计算。

1.4 试验结果及分析

试验拉伸强度按照GB/T 16777- 2008建筑防水涂料试验方法中9.3.1节的公式计算；扯断伸长率按照规范9.3.2节的公式计算。

TL=P/(B×D)

(1)

式中，TL—拉伸强度，MPa；P—最大拉力，N；B—试件中间部分宽度，mm；D—试件厚度，mm。

E=(L1-L0)/L0

(2)

式中，E—断裂伸长率，%；L0—试件起始标线间距，25mm；L1—试件断裂时标线间距，mm。

拉伸强度(计算结果精确到0.01MPa)和扯断伸长率(计算结果精确到1%)结果见表2。

表2 SK手刮聚脲夹层铺设胎基布后拉伸强度及扯断伸长率值

由表2可知，含胎基布的聚脲试样其宽度的不同会影响试样的拉伸试验结果。聚脲按照相关试验规程制成2型哑铃状试样测得的拉伸强度值可以作为材料本身的拉伸强度指标。从试验结果可以看出，本次试验聚脲的拉伸强度值为15.82MPa。同样2型哑铃状试样内含胎基布其拉伸强度值反而变小很多，只有8.95MPa。采用长条状试样的试验结果可以看出，随着试样宽度的增加，聚脲的拉伸强度也逐渐增加，达到一定宽度时拉伸强度的增长速度会逐渐减小。由此可以看出在聚脲中铺设胎基布确实可以大幅度提升其拉伸强度。

2 抗冻性能试验

2.1 试验依据

本试验根据SL352- 2006水工混凝土试验规程第4.23节混凝土抗冻性试验的内容进行。试验仪器为混凝土快冻试验台(HTD-B)。

2.2 试件制备

按照SL352- 2006制作标准抗冻试件，尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体。在标准养护室养护28d后，用钢刷打磨除去表面灰浆、杂物、油渍等，在室温下晾干，2块涂抹一个矩形面，1块6个面全部涂抹。每块试件在涂抹材料前都涂覆一层界面剂，材料涂刮3遍，厚度2～3mm，时间间隔6h。

2.3 试验过程

(1)将涂敷SK手刮聚脲的试件放在室温下养护21d。

(2)达到龄期后，将1块单面涂覆试件和1块全部涂覆试件放入混凝土抗冻试验台，进行300次冻融试验。

(3)对另外1块单面涂覆试件用混凝土钻芯取样试验机钻透涂层并钻到混凝土内1～15mm。每面钻取4处，钻头尺寸为Φ5cm。

(4)然后将拉拔试验仪的试验铁块粘于钻好的聚脲表面；7d后，用拉拔试验仪检测材料与混凝土的粘结强度。

(5)进行抗冻试验的2块试件冻融300次以后，采用(3)和(4)步骤的方法，检测SK手刮聚脲与混凝土面的粘结强度。

2.4 试验结果及分析

经过300次冻融试验后，未涂抹SK手刮聚脲的混凝土试件表面出现剥蚀、麻面现象，而SK手刮聚脲涂层没有出现破坏现象，只是表面触摸手感变得轻微粗糙，冻融循环后的黏结试验如图1所示。其中(a)为全涂聚脲试件，(b)图为一面涂聚脲试件。

图1 SK手刮聚脲冻融循环后粘接试验

冻融试验后的粘结强度值见表3。

由表3可知，聚脲全敷的试件经过300次冻融破坏后，材料与混凝土间的粘结强度降低较少，仍然可以满足一定的工程需要。单面涂覆聚脲的试件，材料与混凝土间的粘结强度却

表3 SK手刮聚脲冻融前后与混凝土粘结强度及破坏情况

大幅下降，随着混凝土的破坏界面也相应破坏。

粘结强度测定过程中，未出现聚脲涂层的破坏现象，说明冻融破坏对聚脲材料本身的影响较小。全面涂覆聚脲的试件，材料与混凝土间的粘结强度下降很少，说明聚脲涂层未破坏，有效地阻止了水分的渗入，避免了混凝土的冻融破坏。

3 工程应用

辽宁某中型水库自1972年建成以来一直带病运行，其溢洪道堰面存在3条裂缝，并伴有部分渗漏；施工缝处嵌缝木板腐烂，两侧混凝土冲刷磨蚀严重。

现场处理情况为，对于溢流堰面裂缝先进行化学灌浆内外封堵，然后涂刷SK手刮聚脲进行表面封堵；对于施工缝，先对两侧缺陷进行凿毛、打磨、填补砂浆预处理，待砂浆凝结后涂刷SK手刮聚脲进行表面处理。现场情况如图3所示。

图3 辽宁某水库溢洪道处理情况

工程修补处理后运行5年多来，被处理的部位手刮聚脲与混凝土之间粘接效果良好，聚脲涂层对内部混凝土的封闭防护作用突出。

4 结语

通过试验与工程应用表明，手刮聚脲是混凝土缺陷处理、表面防护的良好的涂层材料。虽然该材料的老化性能还有待进一步通过试验来验证，其老化破坏机理及其规律性有待深入研究，但是，随着试验和工程应用的不断深入，该材料必将成为水利工程防护修补处理的重要材料[4- 6]。

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