SK單組分聚脲在高流速渠道沖蝕磨損處理中的應(yīng)用

牛曉軍，張世濤

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 瓜州 736100)

1 工程現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

甘肅省疏勒河流域雙塔總干渠改建于2002—2008年，承擔(dān)著雙塔灌區(qū)46.43萬(wàn)畝耕地的灌溉需求及下游敦煌地區(qū)生態(tài)輸水的任務(wù)，是疏勒河流域的命脈工程之一，更是敦煌盆地生態(tài)恢復(fù)的重要保證。渠道總長(zhǎng)32.61km，設(shè)計(jì)流量25.5m3/s，主要結(jié)構(gòu)形式為混凝土現(xiàn)澆座槽渠道和混凝土板襯砌渠道。自改建以來(lái)，為灌區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了巨大作用，為敦煌生態(tài)持續(xù)好轉(zhuǎn)起到了不可替代的作用。但隨著運(yùn)行時(shí)間的增長(zhǎng)，工程存在的種種問(wèn)題也突顯出來(lái)。主要表現(xiàn)在，渠道底部沖刷磨損嚴(yán)重、座槽伸縮縫填充材料老化失效嚴(yán)重。究其原因，主要由于長(zhǎng)期在高流速、大流量、高含沙量的條件下運(yùn)行，渠底混凝土面沖蝕嚴(yán)重，局部出現(xiàn)露筋，影響渠道穩(wěn)定和使用壽命；伸縮縫嵌縫材料老化，滲漏加大，引起凍融破壞，造成渠道報(bào)廢。為此，運(yùn)行管理單位每年都要投入大量人力、物力進(jìn)行修補(bǔ)，但效果一直不太理想，且影響夏秋兩季用水高峰期寶貴的引水時(shí)間。

2 使用材料選擇及主要特性

為增強(qiáng)工程的使用壽命，降低工程維護(hù)費(fèi)用，雙塔灌區(qū)在針對(duì)大型高流速渠道的工程維修中，嘗試引進(jìn)了用于混凝土表面處理的涂刷材料SK單組分聚脲及用于伸縮縫處理的填充材料單組分聚氨酯密封膏，取得了良好效果，大幅度降低了工程維修費(fèi)用，縮短了工程維修養(yǎng)護(hù)時(shí)間，為工程的提前引水節(jié)省了寶貴時(shí)間。

2.1 SK單組分聚脲(涂刷材料)

SK單組分聚脲從發(fā)明至今，廣泛適用于道路橋梁、混凝土屋面、污水處理池、市政工程、水電大壩等建筑物的防水工程，由于其防腐及耐磨性能優(yōu)良，也廣泛應(yīng)用于其他的防腐耐磨工程項(xiàng)目中?，F(xiàn)在常見(jiàn)的SK單組分聚脲為外露型涂料，具有環(huán)保、耐黃變、高強(qiáng)度、防水性好、抗沖耐磨性強(qiáng)及優(yōu)良的抗老化性，能與多種基材牢固粘接，而且施工工序簡(jiǎn)單，外表顏色可調(diào)，使用壽命長(zhǎng)，綜合成本低，是一種新型的環(huán)保型防水防護(hù)涂料，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 SK單組分聚脲技術(shù)指標(biāo)

2.2 單組分聚氨酯密封膠(嵌縫材料)

單組分聚氨酯密封膏適用于混凝土結(jié)構(gòu)縫、伸縮縫等部位，單組分材料避免了施工過(guò)程中因攪拌不均勻或者配合比例不當(dāng)而產(chǎn)生的影響工藝、質(zhì)量的問(wèn)題?？稍诔叵吕渥鳂I(yè)，操作簡(jiǎn)單，施工速度快，與混凝土基材粘接牢固，回彈性能優(yōu)良，且在高溫時(shí)不會(huì)發(fā)生流淌，低溫不會(huì)脆裂，耐老化性能良好，適合西北干旱氣候條件下水工結(jié)構(gòu)的野外運(yùn)行環(huán)境，其主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 單組分聚氨酯密封膠主要技術(shù)指標(biāo)

3 處理內(nèi)容及目標(biāo)

3.1 伸縮縫處理

西北干旱地區(qū)的渠道伸縮縫，不論混凝土現(xiàn)澆渠道還是混凝土板襯砌渠道，現(xiàn)在常用的處理措施，下部用閉孔泡沫板填充，上部用雙組分聚硫密封膏填充的較多。在維修處理中，先對(duì)老化的雙組分密封膏及縫內(nèi)的填充物進(jìn)行剔除，剔除深度3cm左右，寬度保持原有的寬度，一般在2～3cm。對(duì)剔除后的伸縮縫清掃沖洗，重新填充單組分聚氨酯密封膠，填充完成后，以伸縮縫中線為準(zhǔn)，左右各拓展10cm，對(duì)該區(qū)域內(nèi)混凝土表面進(jìn)行打磨，打磨完成并對(duì)基層結(jié)合面處理干凈后，使用胎基布外加高強(qiáng)型SK單組分聚脲涂料進(jìn)行一布兩涂處理，處理厚度2mm。處理后的伸縮縫如圖1所示。

圖1 渡槽伸縮縫處理示意圖

3.2 混凝土表面沖蝕處理

混凝土表面沖蝕處理試驗(yàn)段選擇在了雙塔總干渠沖刷相對(duì)嚴(yán)重的部位，該部位在高流速、大流量、高泥沙量水力的多年沖刷下，初建施工時(shí)的原混凝土面已完全揭除，露出了石子及鋼筋，并粘有細(xì)膩牢固的水垢層，水垢層已與基材部位的石子鋼筋牢固凝結(jié)。在施工中，先電鎬對(duì)底板混凝土污染表層進(jìn)行鑿除，直至露出新鮮的混凝土基面，一般深度在1～3cm之間。鑿除完成并用高壓水槍進(jìn)行沖洗干凈后，用聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)、找平、養(yǎng)護(hù)；待找平層干燥后涂刷專(zhuān)用界面劑，最后采用SK單組分聚脲進(jìn)行刮涂，厚度一般在2～3mm。處理后的混凝土面如圖2所示。

圖2 渡槽底板混凝土抗沖耐磨處理示意圖

3.3 混凝土面及伸縮縫的處理目標(biāo)

(1)修補(bǔ)后的渠底具有降低糟率，加快水流速度的效果。

(2)提高渠道整體耐久性及安全性，恢復(fù)渠道正常使用功能。

(3)修補(bǔ)材料與渠底面具有良好的粘接性，能適應(yīng)高流速、高泥沙水流的沖刷。

(4)伸縮縫具有防水抗?jié)B效果，能達(dá)到防凍融破壞的效果。

4 處理的施工工藝

4.1 伸縮縫滲漏處理

采用單組分聚氨酯嵌填+SK單組分聚脲封閉涂刷。

(1)鑿除處理：用電錘或人工對(duì)伸縮縫原有填充材料及縫內(nèi)原砂漿或其他雜物進(jìn)行鑿除，深度3～5cm，將鑿除雜物清理干凈并將縫內(nèi)沖洗干凈，保持界面干燥。

(2)采用單組分聚氨酯密封膏處理，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需計(jì)量調(diào)配，先將膠體直接刮在清洗干凈的伸縮縫的兩側(cè)面，然后再將膠填滿縫隙并壓平，縫的嵌填應(yīng)密實(shí)、平整。

(3)以伸縮縫各兩側(cè)為基準(zhǔn)，在縫兩邊各10cm范圍內(nèi)用角磨機(jī)打磨，并將灰塵吹干凈。在清理過(guò)的基面上涂刷一層高強(qiáng)型SK單組分聚脲涂層，然后鋪設(shè)胎基布，最后在胎基布上二次涂刷SK單組分聚脲涂層，要求封閉涂刷總厚度不小于2mm，寬度2～3cm。

4.2 底板混凝土缺陷處理

改性聚合物砂漿+SK單組分聚脲。

該處施工材料為改性聚合物砂漿和SK單組分聚脲。改性聚合物砂漿屬于高分子聚合物乳液改性水泥砂漿，適用于水利、工業(yè)及民用建筑等鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)、防滲、防腐護(hù)面。材料為過(guò)篩砂，水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥。該種砂漿具有優(yōu)異的耐磨、粘結(jié)性強(qiáng)、抗裂、防水、防氯離子滲透、耐老化等性能，是一種新型的混凝土建筑物基材修補(bǔ)材料。

該材料與普通水泥砂漿相比主要特點(diǎn)有：①抗折、抗拉強(qiáng)度分別提高50%和35%；②拉伸率提高1～3倍，彈性模量顯著降低、抗裂性大幅提升；③與基材的粘結(jié)強(qiáng)度提高4倍以上；④密實(shí)度大幅度提高，2d吸水率降低10倍，抗?jié)B性提高1.5倍；⑤抗凍指標(biāo)>F300；⑥材料無(wú)毒、成本低、施工方便，能夠防止原混凝土體碳化，延緩鋼筋銹蝕，見(jiàn)表3。

表3 改性聚合物砂漿主要性能指標(biāo)

4.3 施工工藝

(1)鑿毛：用電錘或鑿毛機(jī)對(duì)基材混凝土面鑿除1～2cm。

(2)基層處理：為加強(qiáng)聚合物砂漿與基材的粘接力度，應(yīng)對(duì)鑿除面進(jìn)行清掃，然后用清水沖洗干凈并濕潤(rùn)。

(3)聚合物砂漿配置及抹面：用過(guò)篩后的砂子和42.5普硅水泥，按配合比進(jìn)行拌制。在基材上先用拌制好的聚合物凈漿打底，再用灰刀將將配好的聚合物砂漿進(jìn)行抹壓施工；要求做到砂漿層密實(shí)，表面光滑。

(4)養(yǎng)護(hù)及涂層：聚合物砂漿施工完成后，進(jìn)行灑水或薄膜養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)到期后，在清理過(guò)的基面上涂刷一層專(zhuān)用界面劑，待界面劑初凝后刮涂SK單組分聚脲涂層，要求涂刷總厚度2mm左右。

5 運(yùn)行效果

以上先進(jìn)材料及施工方法，2017年上半年由疏勒河流域雙塔灌區(qū)嘗試引進(jìn)，并在總干渠、北干渠等大型高流速、大流量、高含沙量混凝土現(xiàn)澆座槽渠道維修中進(jìn)行了應(yīng)用。經(jīng)一年多的運(yùn)行，從抗磨、防凍、耐酸、與基材粘接性及防滲效果來(lái)看，運(yùn)行情況良好，施工較傳統(tǒng)維修方法具有施工簡(jiǎn)單，方便操作，投資較低，維修速度快的優(yōu)點(diǎn)，適合在大型渠道等水利工程中推廣。

6 結(jié)語(yǔ)

西北干旱地區(qū)的灌溉引水渠道對(duì)于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)保護(hù)和社會(huì)和諧穩(wěn)定發(fā)揮著巨大作用。對(duì)運(yùn)行管理單位來(lái)說(shuō)，當(dāng)前主要工作是做好方案制定及維修管理，使其能正常平穩(wěn)運(yùn)行，延長(zhǎng)引水時(shí)間，發(fā)揮最大工程效益。通過(guò)引進(jìn)SK單組分聚脲來(lái)對(duì)高流速、高含沙量渠道工程進(jìn)行沖蝕磨損的處理，在疏勒河管理局尚屬首次，也為后續(xù)類(lèi)似工程的維修工作積累經(jīng)驗(yàn)，值得推廣和借鑒。