三河闸闸墩防护中的聚脲材料研究与应用

徐 铭，陈昌仁，陈 妍

（1.江苏省洪泽湖水利工程管理处，223100，淮安； 2.江苏省淮安市环卫事业管理服务中心，223000，淮安）

一、 工程概况

三河闸工程建成于1953 年7月， 位于江苏省淮安市洪泽区南，是淮河流域第一大闸，淮河下游入江水道的控制口门，为建国初期我国自行设计自行施工的大（1）型水闸。

三河闸为钢筋混凝土胸墙式结构，共63 孔，每孔净宽10 m，闸身总宽697.75 m，设计流量为12 000 m3/s，底板为三孔一联，共21 块，底板顶面高程7.5 m，闸墩顶高程17.3 m，顺水流方向长18 m（如图1），闸门为钢结构弧形门，每孔设2×100 kN 卷扬式启闭机一台套。 三河闸工程建成近70年来年平均泄洪量约200 亿m3，已累计安全泄洪1.3 万亿m3。 经过多年运行，由于长时间受泄洪高速水流的冲刷破坏以及气候因素影响，闸墩混凝土表层出现坑窝麻面、局部露筋露骨等现象（如图2），施工缝沿整个宽度方向缝隙较长较深，混凝土保护层普遍破坏深度达到1-2 cm， 已经影响水工建筑物的正常运行能力，若不及时处理势必影响水工建筑物的结构安全。

图1 三河闸闸室剖面图

图2 三河闸闸墩混凝土损坏严重

二、 材料性能

1.单组分聚脲防水涂料

（1）材料背景

聚脲防水涂料是近年来经时间、实践验证在综合力学性能、耐磨耐冲刷性能、耐老化耐久性能方面较佳防水防护材料，弥补了使用较多的聚氨酯防水涂料力学性能低、耐老化耐久性能较差、 应用场合局限等缺陷，也是民用市政、交通桥梁、水利工程、防腐工程的防水防护材料发展方向。 聚脲防水涂料按照组分、施工方式划分为双组分喷涂型聚脲防水涂料、单组分手刷型聚脲防水涂料。 双组分喷涂聚脲防水涂料具有优良的物理性能和施工性能，已在我国的大型基础设施建设得到了应用， 但在使用中也发现了一些问题， 主要表现为双组分速凝喷涂聚脲固化快，材料内应力大，容易出现边缘卷曲脱落， 对基层渗透浸润性差，对基层处理要求高。因此研制和使用一种集防水、防腐、耐磨、抗老化、与水泥基粘结良好、抗冻害于一身的单组分聚脲防水涂料已十分必要。

（2）材料简介

单组分聚脲防水涂料是以含有多异氰酸酯NCO 官能团的预聚体与封端的氨基类物质、助剂等构成的单包装均质黏稠体混合物，其暴露于空气中，形成交联点全部为脲基的高分子聚合物弹性体， 适用于水电工程、道路桥梁、污水处理池等防水防腐耐磨。 该材料为外露型涂料，具有环保、耐黄变、高强度、良好的抗冲耐磨、防水性、抗老化性，与多种基材粘接优良而且施工简单，颜色可调，使用寿命长，综合成本低，是新型的环保型防水防护涂料。

（3）材料与国内外知名厂家产品比对情况

目前，我国单组分聚脲防水涂料大多靠进口，国内具备生产能力的厂家不多，特别是针对严寒地区、紫外线辐射强度大地区的水工建筑物抗冻害、防水防护材料比较缺乏。 本工程材料与国内外知名厂家产品对比情况如表1。

对比分析可得：①本工程材料拉伸、粘结性能和撕裂强度均优于其他厂家生产的材料， 抗冲耐磨性更好；②本工程材料耐酸碱性更优，耐老化性更好； ③本工程材料固体含量更高，更环保。

2.高弹性特种聚脲修复材料

高弹性特种聚脲修复材料是以双组分聚脲代替水泥作为胶结材料，与特种级配砂料、改性混合粉料制成一种高弹性、高强度的混凝土修复加固材料。 该材料除具有优异力学性能和形变量， 还具有高抗冲磨强度、抗冲击性、抗渗、抗冻、耐老化性能，其中抗冲磨强度是普通高聚物修复材料的两倍以上，主要应用于面板坝混凝土破坏厚度在0.5～1cm 的修复和破坏严重的上层修复，也可用于抗冲蚀要求较高或外露型其他水工建筑的修复。

3.单组分聚氨酯密封胶

单组分聚氨酯密封胶是一种无溶剂新型湿气固化低模量单组分硅烷改性聚氨酯密封胶，可填充空隙（孔洞、接头、接缝等）兼备粘结和密封两大功能。该材料室温固化速度快，具有良好的耐候、耐水、耐热、耐老化性，以及良好的粘结性、环境友善性。

三、施工过程

1.闸墩表面防护处理

对于闸墩下游面墩体全断面部位， 先涂刷高弹性特种聚脲修复材料，后在其表面涂刷单组分聚脲防水涂料，主要施工工序如下（如图3）。

（1）基面处理

对闸墩混凝土表面使用角磨机对修复基面进行打磨，清除基面上的水泥净浆表层或松动颗粒等，尤其对施工缝、露筋锈蚀、剥蚀严重的部位需重点处理， 使表面外露新鲜骨料，使用大功率吹风机对打磨过的混凝土表面进行吹洗，将表面杂物及松动颗粒清理干净，保证基面干燥、清净。

表1 不同厂家材料比对情况

（2）局部聚脲修复材料修补

将配好的高弹性特种聚脲修复材料搅拌均匀， 在基面上摊铺涂抹（控制在1 cm 内），保证平面一定区域内的平整度，平面和弧面连接处平滑过渡，在摊铺基本密实、平整后，在砂浆表面覆盖一层厚度合适的薄膜，用高频低振幅平板振捣器振捣平整，振捣平整后，取走薄膜。

（3）涂刷界面剂

图3 闸墩表面修复示意图

图4 闸墩表面修复完成

图5 闸墩伸缩缝处理示意图

在涂刷界面剂前对基面再次进行除尘清理，使用滚筒或排刷将界面剂均匀的涂刷在基面上，涂刷部位应均匀、无漏涂、无堆积。

（4）聚脲涂刷

待界面剂表干后 （一般24h），将单组分聚脲用塑料刮板均匀刮涂，采用多遍涂刷， 每次刮涂厚度控制在0.4-0.6 mm， 上次涂层表干后再进行下次涂层涂刷， 时间间隔不大于7h，最终保证聚脲封闭涂层厚度达到设计要求（如图4）。

2.闸墩伸缩缝处理

对闸墩伸缩缝破损部位，剔除原有老化松动的填充物， 深度不小于3 cm，嵌填单组分聚氨酯密封胶材料，主要施工工序如下（如图5）。

（1）缝面清理

用切割机、撬棍清理缝内木板及杂物，再用角磨机对混凝土基面及伸缩缝两侧进行打磨，确保填充物剔除干净， 直至露出新鲜混凝土基面，后用大功率吹风机将缝内粉尘杂物吹除干净。

（2）高压闭孔板填缝

高压闭孔板填缝，要求封填连续密实，防止漏胶，表面预留3 cm 深。

（3）涂刷界面剂

对清理干净并检验合格的伸缩缝用毛刷将界面剂均匀涂于伸缩缝两侧混凝土基面上。

（4）嵌填单组分聚氨酯密封胶

待界面剂表干后， 用胶枪将聚氨酯密封胶嵌入伸缩缝中，嵌缝深度3 cm，缝内胶应按压密实，避免断头空洞，表面修饰光滑饱满。

四、检测试验

1.试验方法

①试验项目。 主要检查粘结强度，每涂刷400 m2进行一次检测。

②龄期要求。 涂层涂刷作业完成21 d 后，进行粘结强度检测。

③取样方法。 在指定的检测区域内， 选取3 个位置进行粘结强度检测，每处用专用刀切透涂层至混凝土面，切缝形状为40 mm×40 mm 方形。

④粘结检测。 将标准钢块（40 mm×40 mm 方形） 用专用胶粘贴在测试位置，24 h 后采用粘结强度测试仪进行检测。

⑤计算方法。 粘结强度测试结果以平均值R 表示，粘结强度按此公式计 算：R=P/A，R—粘 结 强 度（MPa）；P—试样破坏时的荷载 （N）；A—钢标准块粘结面积（mm2）。

⑥不合格处理。 对检测不合格部位， 其取样范围内400 m2全部刮除，重新涂刷直至合格为止。

2.试验结果

三河闸闸墩防碳化处理本次处理#54-#63 孔， 总面积约5 000 m2，抽取试样13 个部位计39 个测点。 经试验统计，39 个测点最大粘结强度3.6 MPa，最小2.7 MPa，平均2.93 MPa，满足规范及性能指标要求。

五、结 语

单组分聚脲材料具有优异的力学性能、良好的耐冲刷能力，工程完工后，正值淮河流域发生大水，处理部位 经 历 了500 m3/s、1 000m3/s、2 000 m3/s 和3500 m3/s、5 000 m3/s 等不同流量、流速的冲刷，没有出现起皮、毛面等现象，防护涂层整体质量较好，达到预期的处理效果。实践证明，单组分聚脲材料在大型水闸混凝土抗冲耐磨防护中具有广泛的应用前景。 ■