单组分聚脲防水涂料在三河闸工程中的应用

(1.江苏省洪泽湖水利工程管理处, 江苏 淮安 223100;2.常州市河道湖泊管理处, 江苏 常州 213000)

1 工程基本情况

三河闸工程位于江苏省淮安市，洪泽湖的东南角，是淮河入江水道的控制口门。工程建成于1953年7月，设计流量12000m3/s，为大(1)型水闸。

三河闸闸身为钢筋混凝土结构，共63孔，每孔净宽10m，总宽697.75m，分21块底板，底板高程7.5m(以废黄河零点起算，下同)，胸墙底高程13.7m，闸孔高6.2m。闸底板上分设闸墩与门墩。闸墩顶部设有净宽为3.0m的工作便桥，桥面高程17.3m。工作便桥上为π形梁工作桥，桥面净宽4.5m，高程20.45m。门墩顶部设有净宽7.0m、桥面高程17.0m的汽-20级公路桥。

三河闸工程建成60多年来，充分发挥了工程效益，已累计安全泄洪1.3万亿m3，为里下河地区200万hm2农田和2600万人民生命财产安全做出了巨大的贡献。

2 三河闸工程混凝土存在问题及处理方案

2.1 存在问题

三河闸工程修建年代已久，经多年运行，间断性承受悬移质与夹杂的高速水流的冲刷及汽蚀破坏，以及气候因素影响的破坏，加之其长时间受到泄洪的高速水流的冲刷破坏，混凝土表层出现坑窝麻面、局部露筋露骨等现象，施工缝处沿整个宽度方向缝隙较长、较深。从混凝土剥蚀现象来看，混凝土保护层现局部厚度1～2cm，破坏的部位深度达1cm不等。

上述问题影响水工建筑物的正常运行能力，若不及时处理会进一步恶化，影响工程蓄水、挡洪、泄洪等功能，并最终影响水工建筑物的结构安全。

2.2 处理方案

采用高弹性特种聚脲砂浆对公路桥桥墩的剥蚀、脱落和露筋部位进行局部修复处理，然后刮涂单组分(脂肪族)聚脲防水涂料，旨在处理混凝土的质量缺陷，恢复和增强水工建筑物的防碳化、抗冲磨、抗冻害、耐老化等能力，提高水闸建筑物整体结构的耐久性和安全性，保证其安全稳定、长久运行的能力。

处理内容主要包括：

a.高弹性特种聚脲砂浆修复处理。

b.单组分(脂肪族)聚脲防水涂料整体防护处理。

3 主要施工材料

3.1 高弹性特种聚脲砂浆

高弹性特种聚脲砂浆是以双组分聚脲代替水泥作为胶结材料，与特种级配砂料、改性混合粉料混合制成的一种高弹性、高强度的混凝土修复加固材料。高弹性特种聚脲砂浆主要性能见表1。

表1 高弹性特种聚脲砂浆主要性能指标

高弹性特种聚脲砂浆除了具有优异的力学性能和形变量，还具有高抗冲磨强度、抗冲击性、抗渗、抗冻、耐老化、良好的高低温性能，其中抗冲磨强度是普通高聚物修复材料的两倍以上。该材料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。

3.2 单组分(脂肪族)聚脲防水涂料

单组分(脂肪族)聚脲防水涂料以功能性聚醚多元醇、脂肪族异氰酸酯及自制的潜固化剂为主要原料，混合多种助剂和填料配制而成，接触空气中的湿气，在室温下固化，是目前耐久性最好的柔性涂层之一。其性能如下：

a.接触湿气，室温下固化，整个反应过程不生成CO2，可成任意厚度膜而不起泡。

b.超高力学性能，抗拉强度可达16～30MPa。

c.变形能力强，延伸率可达350%～500%。

d.与基材浸润性好，与混凝土基材黏结强度不小于4.0MPa。

e.抗紫外线能力强，表面不粉化、不黄变，耐久性可达30年以上。

f.施工便利，颜色可调，既可手刷，又可喷涂。

g.性能稳定，低温柔性好。

h.具有耐酸、碱、盐侵蚀能力及高抗冲耐磨性。

单组分(脂肪族)聚脲防水材料主要性能指标见表2。

表2 单组分(脂肪族)聚脲防水涂料主要性能指标

4 单组分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工艺

在三河闸工程混凝土表面处理过程中，采用的单组分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工艺总结起来为：混凝土基面处理→涂刷界面剂→刮涂单组分(脂肪族)聚脲防水涂料→养护，施工工艺如图1所示。下面就该施工工艺具体流程进行简述。

图1 单组分(脂肪族)聚脲防水涂料施工工艺

4.1 混凝土基面处理

为保证单组分(脂肪族)聚脲防水涂料的黏结性，对混凝土刷涂部位进行处理和清洗，具体步骤如下：

a.对混凝土刷涂基面表面破损、残缺的部分进行剔除，直至结构密实部位；对露出钢筋的部位，检查钢筋表面是否锈蚀，如有锈蚀，进行必要的除锈处理。

b.对处理过的混凝土表面和外露钢筋部位，刷涂一道自改性聚合物净浆，然后用高弹性特种聚脲砂浆修补。当修补厚度大于1cm时，分层多次涂抹修复，且每次抹面厚度不超过5mm。在摊铺基本密实、平整后，在砂浆表面覆盖一层薄膜，用高频低振幅平板振捣器振捣平整，振捣平整后，取走薄膜，并进行必要的养护。

c.对用高弹性特种聚脲砂浆修复过的部位进行打磨、平整，使表面与原混凝土平面比降保持一致。平整后的基面要求表面平顺，平面和弧面连接处平滑过渡，有棱角的部位使用磨光机磨圆。

d.对混凝土刷涂基面整体进行处理，使用角磨机等工具进行打磨，将混凝土表面的尘垢、杂物及松散颗粒打磨清理。使用大功率吹风机对打磨过的混凝土表面进行吹洗，将表面残渣、碎屑、粉尘等残留物及松动颗粒清理干净，保证基面干燥、清净方可进入下一步骤。

4.2 涂刷界面剂

为增加单组分(脂肪族)聚脲防水涂料与混凝土的黏结力，在完成基面处理，在表面涂刷专用界面剂后，方可进行防水涂料的施工，具体步骤如下：

a.按规定的比例精确称量界面剂料粉和水，放入容器中搅拌成均匀的稀浆状。需要注意的是，一次称量、调和的界面剂应在规定的时间内用完，超过规定的时间不得再使用。

b.用滚筒在基面表层均匀涂刷专用界面剂，不能漏刷，然后让界面剂干燥，约需12h。

c.涂刷界面剂后加强通风，待浆料完全干燥并确认完全封闭基面后，方可进行单组分(脂肪族)聚脲防水涂料的涂刷。

4.3 刮涂单组分(脂肪族)聚脲防水涂料

完成界面剂涂刷后，进入整个施工过程中最为核心的单组分(脂肪族)聚脲防水涂料的刮涂环节。在进行刮涂防水涂料时，需重点关注以下几点：

a.待界面剂完全干燥后方可进行涂刷工作。单组分(脂肪族)聚脲防水涂料刮涂须均匀，不能有局部沉积，要多次刮涂，使涂料与基层之间不留气泡。三河闸工程混凝土防水处理采用分层多次刮涂，分3次进行，每次刮涂厚度控制在0.3～0.4mm，最终保持聚脲防水涂料封闭层厚度在(1.0±0.2)mm。

b.上一道防水涂料干燥后，进行下一道防水涂料的施工，刮涂方向与上一道相互垂直。两次刮涂时间间隔不得大于7h。

c.单组分(脂肪族)聚脲防水涂料施工实行全过程质量检查，主要检查涂刷厚度和黏结强度，每涂刷400m2进行一次检查并由现场监理监督执行。在已经施工完成且龄期15天、强度达到最终强度70%以上的封闭涂刷面，根据现场监理随机指定，进行黏结强度检测。黏结强度检测不合格的返工，直至将400m2刮涂合格为止。

4.4 养护

完成单组分(脂肪族)聚脲防水涂料施工后，还需进行必要的养护才能保证施工质量。完成刮涂后需自然养护至少15天，期间应保证不受外力干扰，尤其应避免涂刷面受到硬性冲击和大的水流冲击。

5 质量控制

5.1 基层处理和界面剂涂刷质量

a.目测基层应无油污、灰尘、污物、浮浆和松散的表层。

b.目测或敲击检查，修补后的基层表面应无裂纹、孔洞、空鼓、松动、蜂窝麻面等缺陷。

c.目测细部构造的基层表面处理应满足设计要求。

d.采用靠尺检测的基层平整度应满足设计要求。

e.目测涂刷的界面剂应均匀、固化正常、无漏涂、无堆积。

5.2 聚脲涂层质量

a.聚脲涂层应均匀涂覆，涂层厚度满足设计要求。

b.现场检查材料出厂合格证、有效期、质量检验报告和进场抽样检验报告，聚脲涂层施工原材料应满足设计要求。

c.聚脲涂层质量要求见表3。

表3 聚脲涂层质量要求

d.每批刮涂聚脲作业前，应先涂刷一块200mm×200mm、厚度不小于1.5mm的样片，进行外观质量评价并留样备查。

e.聚脲样片在常温下分别放置7天与21天后进行拉伸强度、断裂伸长率等力学性能检验，检测结果应满足《单组分聚脲防水涂料》(JC/T 2435—2018)要求。

6 结 语

单组分(脂肪族)聚脲防水涂料为外露型涂料，具有防渗能力强、抗冲磨效果好等特点，在三河闸工程公路桥桥墩混凝土表面防碳化处理应用中取得了较好的效果，适用于大流量水利工程混凝土结构的抗冲磨防护。单组分(脂肪族)聚脲防水涂料还具有环保、耐黄变、与多种基材黏结优良、施工简单、颜色可调、使用寿命长、综合成本低等特点，是一种性价比较高的防护涂料，可以在大中型水利工程中推广使用。