聚脲防水涂層在大型沉管工程中的應用

陳 聰，徐軼凡

聚脲防水涂層在大型沉管工程中的應用

陳 聰，徐軼凡

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州510300）

在港珠澳大橋沉管施工中，節段接頭是施工控制的關鍵部位，聚脲防水涂層作為節段接頭第一道防水、防砂結構，其施工效率直接影響沉管舾裝進度，其施工質量則影響沉管使用壽命。文章詳細介紹管節接頭聚脲防水涂層在該工程中的應用，可為類似工程借鑒。

港珠澳大橋；沉管隧道；聚脲；防水涂層

1 工程概況

港珠澳大橋沉管設計使用壽命120 a，結構長埋水下Ⅲ類海鹽環境，其作用等級為嚴重（D級）至非常嚴重（E級）[1]，管節安裝海域最深達43 m[2]，環境惡劣，一旦沉管節段接頭產生滲漏，后果不堪設想。為滿足沉管設計使用年限，必須嚴格控制好節段接頭第一道防水、防砂層——聚脲防水涂層的施工。由于聚脲噴涂在沉管施工中尚屬首次，無先例可循，施工難度較大。

沉管節段接頭聚脲防水涂層在節段接頭OMEGA止水帶檢漏試驗通過后、淺塢灌水之前進行噴涂作業，沿接頭外側整圈噴涂，寬2.40~3.01 m，噴涂厚度2~4 mm，按結構部位分為:頂板、側墻和底板部分，每個接頭聚脲噴涂面積約為249.70 m2，總面積近4萬m2。聚脲防水涂層主要材料組成如表1所示。

表1 聚脲防水涂層材料組成Table1 coMponentsofsp ray polyureawaterproofing coating

2 施工工藝

沉管節段接頭聚脲防水層施工主要工藝流程如圖1。

圖1 聚脲防水層施工流程圖Fig.1 Flow char tofapp lication of spray polyureawaterproofing coating

2.1 基底處理

1）對接頭處需要聚脲噴涂部位進行初步清理。清除工作面雜物、灰塵、油污，鑿除表面浮漿，保持工作面整潔，設置必要的警示標牌，避免施工過程受到干擾。

2）用角磨機對聚脲噴涂部位進行打磨處理。打磨除去混凝土表面浮漿，直至裸露出明顯級配碎石，露出表面的氣泡或其它缺陷。

3）采用聚合物砂漿修補氣泡及其它缺陷，使聚脲噴涂部位基底平整，處理完成后進行驗收，符合要求后方可進行下道工序。

2.2 第1道底涂作業

采用環氧材料對聚脲噴涂范圍進行涂刷，一般采用輥涂施工。第1道底涂起到封閉針孔、排除氣體、增加聚脲與基層附著力的作用。

2.3 膩子找平

底層涂料完成并干燥后，將基層表面不平整部位用膩子進行找平。膩子采用人工刮涂，要求涂布均勻，無漏涂、無堆積。膩子表面剩余的少量針眼用修補膩子人工補平，待修補膩子固化后方可進行下一道工序施工。

2.4 接縫處鋪設隔離膜

基層找平并硬化干燥后，將隔離膜均勻鋪設于聚脲噴涂范圍，貼緊沉管表面，用毛巾擦拭隔離膜表面，保證與沉管表面無氣泡無空隙。

2.5 第2道底涂作業

第2道與第1道底涂材料相同，宜在聚脲層噴涂前4~24 h內進行，旨在增加聚脲層附著力。

2.6 聚脲噴涂

1）檢查噴涂設備管線。

2）對無需噴涂部位進行遮擋，螺栓用塑料布膠帶封好，作業人員在施工過程中需穿工作服，佩戴目鏡、手套、防毒面具等勞保用品，并保證施工環境通風良好。

3）檢查環境條件，聚脲噴涂適合在干燥、溫暖環境中。現場噴涂作業不得在陰雨天氣進行，實測周圍環境溫度>5℃，相對濕度<85%，并且基面溫度與露點溫度差＜3℃[1]。

4）需將B料攪拌15min以上，使之均勻。

5）噴涂設備主加熱器需要加熱到60～70℃，壓力設定在17.24MPa（2 500 psi）左右，可根據現場情況和試膜取樣情況及時調整工藝參數，保證壓力平衡，出料霧化良好。

6）進行試噴作業，觀察試噴情況，調整溫度及壓力值，達到最佳效果。

7）噴涂時，頂板、側墻、底板等不同部位的手法也不相同。在噴涂立面和底面時應保持快速，輕而薄，多噴涂幾遍，以避免流掛。噴涂平面則按照一般速度即可。每一道噴涂要保證覆蓋上一道噴涂面積的20%左右，保證噴涂厚度均勻。

8）涂層端部應進行收邊處理，噴涂結束后對周邊進行專門處理，封邊部分可以采用手刮涂料方式以保證密封效果，或采用角磨機將聚脲邊緣修平，割除邊角和流掛，保證防水層不易受到破壞或擦損。

2.7 缺陷修補

噴涂結束后，要檢查整個噴涂面，查看是否存在鼓包、分層和針孔等現象。如果局部存在上述現象，則要割除缺陷部位，重新噴涂。對于缺陷面積較大的，噴涂前要對基底重新處理。

2.8 聚脲涂層檢測

聚脲涂層經過7 d養護期，除了檢查表觀質量，還要檢測涂層厚度和抗拔強度，主要通過超聲涂層測厚儀和粘結強度檢測儀等進行檢測，并及時修復因檢測而破壞的涂層。

2.9 聚脲防水層的保護

聚脲噴涂后，標準溫度條件下（15~25℃）的干燥時間為15~18 h，如在低溫條件下（5~10℃），干燥時間會超過24 h[3]。在此期間，應避免其它物品接觸、擊打聚脲涂層，以免造成損壞。

噴涂完成后，在管節橫移、浮運安裝過程中頂板區域還有大量構件吊裝、纜繩拖帶等工作，頂板的聚脲防水涂層存在受到破壞的風險。為避免聚脲防水涂層受到破壞，經過7 d養護期，進行頂板C20細石混凝土保護層施工，混凝土保護層寬2.6~3.36 m，厚70mm。

3 聚脲防水涂層特點

3.1 匹配性良好

沉管管節接頭聚脲防水涂層的作業面并非單一平面，而是存在平面、立面、底面和轉角，由于模板原因，這些表面不完全平整，存在凹凸面，甚至微小錯臺。相對于粘貼性防水卷材，聚脲防水涂層采用噴涂工藝，能夠很好適應上述工況，在管節接縫處與沉管形成一體，匹配效果良好。

3.2 延展性良好

聚脲防水涂層具有良好的延展性能，通常伸縮量超過200%，正常使用年限能夠很好適應沉管節段的伸縮、沉降變化，并且不容易產生破壞，達到聚脲防水涂層防水、防砂的目的。

3.3 粘結強度高

相對于粘結性防水卷材，聚脲防水層粘結強度較高。聚脲防水涂層在噴涂前進行了基底打磨、底涂等多道工序以及特殊的工藝材料，保證了防水涂層與混凝土的粘結效果。

根據設計要求，聚脲防水涂層抽檢的拉拔試驗要達到2.0 MPa以上[4]，實際檢測中均高于此值，甚至部分數值遠高于此。因此，聚脲防水涂層在使用過程中，能夠與混凝土有效粘結，不易脫落，保證防水涂層有效使用。

3.4 對作業人員要求高

聚脲涂層是“三分材料，七分施工”，直接進行噴涂的操作人員，噴涂時對輕重、分層厚薄、噴射距離、搭接長度以及間隔時間等要素的把控，是涂層質量合格與否的關鍵。因此，聚脲噴涂人員要經過培訓，在實踐中不斷總結，提高聚脲防水涂層的一次噴涂合格率。

3.5 受天氣環境影響較大

1）聚脲防水涂層有多種材料，均屬于敏感化學物品，要求的存放條件較為苛刻。各種聚脲原材料分類存儲于專用倉庫中，防水遮雨、防陽光直射，實時監控倉儲溫度，保證聚脲存儲溫度在10~40℃之間，保持容器密閉，設置通風設施，以防止材料變質或造成安全問題。有些添加材料（如丙酮等）存儲溫度甚至要低于26℃。

2）聚脲防水涂層的質量也極易受到施工過程中天氣環境的影響。如果條件不符合設計要求，容易在基面形成小水珠，影響聚脲涂層的粘結效果，或導致鼓包、氣泡等缺陷。

3.6 料比要求高

聚脲防水涂層主要由A、B料組成。實踐證明如果A、B料比例失衡或混合不勻，容易導致涂層鼓泡和氣孔等缺陷。

當A料過量時，過量的A料繼續與空氣中的水分發生反應生成CO2氣體，在涂層的層間和涂層與基層之間形成氣墊，產生潛在起泡區；當B料過量時，多余的B料不能充分反應，以黏液的形式存在于涂層內部，當涂層收縮時，兩者均會形成鼓泡或氣孔。有文獻指出:噴涂聚脲彈性體的收縮并非來自于普通材料的熱脹冷縮現象，而是來自于熱固性高聚物的聚合反應特性。因此盡管涂層本身的彈性很高，仍會產生線性收縮，從而使A、B料過剩區域形成鼓泡。

料比產生偏差的原因很多，根據現場經驗，主要來自于料溫失控或設備某側通道堵塞，偶爾出現在每次停槍后重新起噴或在更換料桶時。所以要通過總結操作經驗，良好的設備保養，避免料比偏差導致質量缺陷。

4 結語

港珠澳大橋沉管管節接頭所采用的聚脲防水涂層，目前經過24件沉管實踐應用，取得了良好效果，并且從已經安裝的沉管管節來看，能夠很好地實現防水、防砂功能，達到了預期效果，可為類似工程借鑒。

[1]中交公路規劃設計院有限公司.港珠澳大橋主體工程島隧工程施工圖設計:管節結構施工圖[R].2012.

CCCCHighway Consultants Co.,Ltd.Construction drawing of island and tunnel projectof Hongkong-Zhuhai-Macao Bridgemain project:Construction drawing of immersed tunnel structure[R]. 2012.

[2]中交股份聯合體港珠澳大橋島隧工程第III工區一分區項目經理部.港珠澳大橋沉管預制施工組織設計[R].2012.

ProjectManagement forWork Area III for Island and Tunnel Project of Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Joint Venture of China Communications Construction Co.,Ltd.Construction organization design for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge immersion precasting [R].2012.

[3]黃微波.聚脲彈性體技術[M].北京:化學工業出版社，2013.

HUANGWei-bo.Spray polyurea elastomer technology[M].Beijing: Chemical Industry Press,2013.

[4]港珠澳大橋管理局.港珠澳大橋施工及質量驗收標準[S].2013.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge Authority.Construction and quality acceptance criteria for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge[S]. 2013.

App lication of polyurea waterproof coating in super large imMersed tunnel project

CHENCong,XUYi-fan
（No.2EngineeringCo.,Ltd.ofCCCCFourth Harbor Engineering Co.,Ltd.,Guangzhou,Guangdong510300,China）

In the process of construction of immersed tunnels for Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge,the segment joint is the key part in construction control.As the first waterproof and anti-sand structureon segment joint,the spray polyurea waterproofing coating plays a particularly important role.Its construction efficiency affects directly the outfitting schedule of immersed tunnels,and its construction quality affects the service life of the immersed tunnels.This article details the application ofpolyureawaterproof coatingon segment joint in thisproject,which can be a reference for similar projects.

Hongkong-Zhuhai-Macao Bridge;immersed tunnel;spray polyurea;waterproofing coating

U654.3

A

2095-7874（2016）07-0018-03

10.7640/zggw js201607006

2016-05-20

陳聰（1985—），男，廣東河源人，工程師，工程技術管理專業。E-mail:757198379@qq.com