聚脲彈性體在長河壩水電站防滲體系中的應用

張 鵬， 郭 志 浩， 姚 嬌

(中國水利水電第五工程局有限公司 長河壩施工局，四川 康定 626001)

1 工程概述

長河壩水電站礫石土心墻堆石壩壩頂高程為1 697 m，壩頂寬16 m，最大壩高240 m，壩基河床覆蓋層深約50 m。大壩心墻河床廊道長160.79 m，為城門洞形，廊道尺寸為3 m×4 m(寬×高)，廊道側墻和頂拱厚2 m，底板厚3 m(圖1)。河床廊道均采用C40W12F50混凝土澆筑，廊道內設置50 cm×30 cm(寬×高)的排水溝。廊道底板、邊墻與兩岸基巖接觸面設置彈性墊層材料；廊道與兩岸混凝土板相交線處設置SR止水帶，并用鋼絲網和砂漿包裹。

圖1 長河壩水電站河床廊道典型剖面圖

2 心墻廊道外表面處理方案

根據近年已建高心墻壩的運行情況，心墻河床廊道混凝土在大壩填筑過程及蓄水運行過程中存在不同程度的開裂，對裂縫采取的處理方案一般為在廊道內進行化學灌漿。如果廊道存在貫穿性裂縫，在總結其他工程采取的處理措施的基礎上，對于外表面處理方案，應考慮封閉既要能承受不利工況廊道開裂時的正向水壓(230 m水頭)，又能起到化灌時的止漿效果。其他工程采用的的封閉方案有：外包改性瀝青防水卷材、涂刷賽柏斯防水基材。防水卷材在高水頭下能滿足防滲要求，但其與混凝土面的粘結強度不能滿足止漿要求，且存在易戳破、斷裂破壞、整體性差、結合部粘接質量難以保證等缺點；賽柏斯屬于脆性材料，不能滿足適應變形的要求。通過對比，本工程選用聚脲彈性體材料處理廊道外表面。長河壩水電站河床廊道采用的噴涂聚脲彈性體材料及工藝具有以下優點：

(1)快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，不產生流掛現象，5 s即可凝膠，1 min即可達到步行強度。

(2)對濕氣、溫度不敏感，施工時不受環境溫度、濕度的影響(可在-28 ℃溫度下施工，可在冰面上噴涂固化)。

(3)雙組分，100%固體含量，不含任何揮發性有機物，對環境友好，施工無污染。

(4)熱噴涂，一次施工厚度范圍可從數百微米到數厘米，克服了以往需多次施工的弊病。

(5)具有優異的理化性能；極高的抗張抗沖擊強度、防腐蝕、耐磨、防濕滑、耐老化等。

(6)具有良好的熱穩定性，可在120 ℃溫度下長期使用，可承受350 ℃溫度的短時熱沖擊。

(7)原形再現性好，涂層連續、致密、無接縫，無針孔、美觀實用、耐久。

(8)使用成套設備施工，效率極高；一次施工即可達到設計厚度要求，設備配有多種切換模式，既可噴涂，也可澆注，并可通過施工工藝控制達到防滑效果。

(9)具有良好的粘結力。聚脲涂層與混凝土基面的粘結強度(28 d)可以達到2 MPa以上。

(10)噴涂聚脲彈性體采用高分子混合物材料，通過機械噴射至基面可實現瞬時成膜。

(11)具有施工效率高、可一次性噴涂完成、涂層為無縫整體膜等技術優勢。

3 聚脲噴涂相關材料要求

3.1 聚脲材料

長河壩水電站廊道聚脲噴涂工程選用的聚脲材料的基本性能除滿足《噴涂聚脲防水材料》(GB/T23446-2009)中噴涂聚脲防滲涂料Ⅱ型聚脲指標的要求外，還結合長河壩工程實際需要進行了高水頭不透水性、與高塑性粘土接觸滲透性檢測，完全能夠滿足長河壩工程廊道防水的要求。噴涂聚脲厚度為4 mm時，混凝土出現5 mm裂縫、300 m水頭作用下不發生滲漏；與高塑性粘土接觸面滲透系數≤3×10-7cm/s，接觸面滲透破壞坡降≥13。

3.2 混凝土缺陷修補材料

對于混凝土基材表面孔洞和局部不平整部位的修補材料采用高滲透改性環氧防水與粘結雙功能界面粘合劑，要求其具有良好的聚脲涂層黏結性能(表1)，能在潮濕混凝土表面提供足夠的附著力。

表1 高滲透改性環氧防水與粘結雙功能界面粘合劑膠砂體主要性能指標要求表

3.3 底漆涂料

底漆涂料的作用：一是封閉混凝土底材表面毛細孔中的空氣和水分，避免聚脲涂層噴涂后出現鼓泡和針孔現象；二是起到膠黏劑的作用，提高聚脲涂層與混凝土底材的附著力，提高防護效果。

表2 底漆涂料主要性能指標要求表

4 施工工藝

長河壩水電站大壩心墻河床廊道外表面聚脲噴涂區域根據現場情況、各工序完成時間劃分為10個區域，按照混凝土基面清理、涂刷環氧膩子、涂刷底漆、噴涂聚脲四個主要工序進行流水作業，每個區域約為350 m2。廊道外墻外包聚脲于2013年7月17日開始施工，施工材料采用CW730彈性聚脲類防滲材料，8月10日完成廊道聚脲彈性體的噴涂施工，平均每個施工區域耗用2.5個工日。

4.1 聚脲噴涂工藝流程

施工準備——基層處理(打磨、清洗等)——涂刷膠砂體——涂刷底漆——噴涂聚脲——表面加糙——完工驗收。

4.2 聚脲噴涂施工準備

聚脲噴涂使用的主要設備有噴涂機、噴槍、空氣壓縮機、打磨機、底漆滾涂工具、電纜、防護服、防護材料、腳手架以及小型機具等。噴涂聚脲彈性體噴射所需的專業機具必須具有平穩的物料輸送系統、精確的物料計量系統、均勻的物料混合系統、良好的物料霧化系統及方便的物料清洗系統。長河壩水電站大壩心墻河床聚脲噴涂主要采用美國固瑞克GRACO/H-XP3噴射系統和AP噴槍。盡管聚脲彈性體具有較強的溫度適應性，但宜將施工區域的環境溫度控制在5 ℃～35 ℃為宜，混凝土表面溫度不低于2 ℃，無粉塵影響，故聚脲噴涂作業應盡量選擇在晴天、無大風時施工。

4.3 聚脲噴涂施工工藝

4.3.1 混凝土基面處理

混凝土的表層狀態直接決定了聚脲涂層在其表面的附著能力，混凝土表面的水分、灰塵、油污、脫模劑、疏松層、水泥浮漿及混凝土的內部強度都會對涂層的附著力產生極大的影響，因此，必須對其表層進行處理。混凝土表面的缺陷孔、裂縫對噴涂后涂層的完整性有極大的影響，必須進行修補。新混凝土應在水化28 d、完全固化、干燥后進行聚脲施工。

打磨、噴砂：對混凝土表面進行打磨或噴砂，除去未清潔掉的水泥浮漿、表面疏松層、毛刺等一方面可以暴露出空洞，以便修補；另一方面也可以打磨出堅固的混凝土面，以保證聚脲基層的強度。

清洗表面污染：指清除混凝土表面的灰塵、油污、鹽析、脫模劑。清洗的方法包括掃除、水洗、洗滌劑清洗和溶劑清洗。如果采用洗滌劑清洗，清洗后必須用清水將殘留的洗滌劑沖洗干凈。

修補：對于混凝土表面外露的鋼筋頭、表面的蜂窩、麻面、氣泡密集區、錯臺、掛簾、表面缺陷、表面裂縫等缺陷應進行切割、打磨和修補處理，以保證聚脲噴涂基層面的平順和致密。對縫寬在0.1 mm以上的裂縫進行化學灌漿處理。混凝土基面處理完畢，其表面應保持干燥、潔凈。對混凝土表面的凹陷部位采用高滲透改性環氧防水與粘結雙功能界面粘合劑膠砂體填補平整，待找平材料干燥后，應盡快涂刷底漆。

4.3.2 涂刷底漆涂料

底漆可封閉混凝土表面的毛細孔，減少噴涂后涂層的缺陷，并可增加聚脲涂層與混凝土基材的附著力，底漆施工6～24 h內可進行下一步噴涂施工。如果時間間隔超過24 h，在噴涂彈性層前一天應重新施工一道封閉底漆，然后再施工聚脲涂層。底層涂料應現配現用，嚴格按照使用說明書要求準確稱量。

4.3.3 噴涂聚脲涂層的施工

噴射成膜機理是運用撞擊混合原理，即活化性極高的A(異氰酸酯組分)、R(活性氫組分)組分別經由各自的抽料泵從料桶輸送至主機進行計量、加壓、升溫，然后輸送至噴槍，在高壓驅動下相互撞擊，經槍體混合室湍流混合、通過噴槍后霧化再均勻混合，在極短的適用期內將其噴涂在基面上，形成整體無縫的聚脲彈性體涂層。噴涂時，應按照滿足設計指標要求的、預先設定的壓力、溫度等參數進行施工，噴涂霧化要均勻。噴槍最大壓力可達到24 MPa，溫度達到75 ℃。

(1)原料準備：檢查A 、R 兩組分的包裝是否正常。由于R 組分含有顏料和助劑，因此，噴涂前應將R組分用電動攪拌器進行充分攪拌(20 ～30 min)。R組份應攪拌到顏色均勻一致，無浮色、無發花、無沉淀為止。

(2)噴涂：噴涂開槍時，應先在塑料布或干燥的混凝土表面進行5 ～ 10 s試噴，觀察混合及霧化效果是否良好，涂層是否正常，然后開始噴涂。噴槍和底材之間要垂直，距離為300～800 mm。操作人員左右移動噴槍，邊操作、邊后退，噴槍走速要均勻，每一噴涂幅寬應蓋上一噴涂幅寬的50%，噴涂厚度應保持一致。噴涂時，根據涂層厚度，每道涂層采用縱橫交叉噴涂，下一遍噴涂方向與上一遍噴涂方向成垂直角度，平面噴涂4 mm厚的聚脲噴涂層一般需6～7遍完成。停槍時，應在非噴涂工程表面停槍(關槍時混合室內殘余物料是由壓縮空氣或閥桿推出混合室，而不是高壓流體，其混合效果也很差，極易造成鼓泡)。工程結束后，應將抽料泵放在有DOP 溶液的保護缸內，以免A料結晶固化。根據下次工程時間看是否需要對抽料泵、設備、管道進行清洗。一般來說，設備停用不超過一個月不用清洗，如果下次施工時間在一個月后則建議對設備進行沖洗封存。

涂層厚度要均勻，彈性層的噴涂間隔應小于3 h；如果超過3 h，應刷一道活化劑，30 min后(不宜超過2 h)再噴涂彈性層。噴涂后涂層的厚薄應均勻一致、平整美觀。對于垂直面施工，應在平面施工要求的基礎上每遍噴涂不能太厚，防止產生“流掛”。為達到表面均勻的效果，應通過噴槍、混合室、噴嘴的不同組合控制或通過控制噴槍的移動進行調整。在噴涂聚脲彈性層后24 h內采用SK手刮聚脲進行封邊。

(3)表面加糙：為保證噴涂聚脲與高塑性粘土之間的接觸滲透特性，對噴涂聚脲的表面應進行加糙。噴涂聚脲層外表面需加糙，加糙層不屬于4 mm噴涂聚脲層厚范圍。表面加糙的方法為將噴槍保持在光面聚脲涂層80～100 mm范圍內

開槍，待聚脲霧氣顆粒自由散落黏結在聚脲涂層的光面上，即為完成表面加糙工序。

(4)修補：對于有漏點和針孔的小面積涂層損壞或缺陷部位，只需對其用手工修補料進行修補；對于有漏涂、空鼓、大面積針孔或厚度不足等缺陷的涂層應進行重涂，重涂時，應通過噴砂或打磨等方法去除損壞和未固化的涂層，打磨范圍應由涂層損壞范圍向周圍擴展5 ～ 10 cm；若原涂層粘結牢固且干燥、清潔，也可不必將原涂層去掉，但必須將損傷和松動的涂層去除，并將剩余涂層及裸露部位打毛，然后用同一涂料進行重涂。重涂的涂層應進行最終的質量檢查。

4.3.4 質量控制與檢測

每次施工要有詳細的施工記錄，包括施工時間、施工設備、施工環境、管道壓力、加熱溫度、基層平整度、堅實程度、潔凈程度。涂刷底漆前必須對凹凸部分進行打磨、填補，達到平整的效果。聚脲噴涂層應與基層粘結牢固，表面平整均勻，不得有流掛、堆積、折皺、鼓泡等現象。

外觀檢查采用目視檢查涂層，涂層應均勻連續、無漏涂、無氣泡、無開裂、無剝落、無劃傷等缺陷。厚度檢驗可采用針測或切片。聚脲噴涂層的厚度應符合設計要求且均勻一致。每500 m2為一個厚度抽查單位，小于500 m2按500 m2計。每500 m2至少抽查2處。抽查位置隨機選取且間距大于2 m。

5 結 語

室內試驗和現場檢測結果證明，噴涂聚脲彈性體工藝具有較好的適用性。噴涂聚脲防滲技術由于其具有快速噴射整體成膜、物理力學性能優異等特性，可有效地解決目前普通防滲卷材防滲方式存在的一些缺陷，能廣泛用于水利工程的防滲、防水及病害處治中。