混凝土面板堆石壩面板聚脲防滲涂層施工技術探析

朱長輝 （東華工程科技股份有限公司，安徽 合肥 230024）

1 工程概況

國內某一大型抽水蓄能電站上水庫為混凝土面板堆石壩，壩頂高程1510.3m，壩頂寬10m，軸線長度556.0m，最大壩高121.3m，采用鋼筋混凝土面板堆石壩壩型。上、下游壩坡均采用1:1.4。壩頂上游側設置“L”型混凝土防浪墻，防浪墻底部與混凝土面板相接，設壩頂水平縫，縫間埋置銅止水。堆石壩填筑料分區自上游向下游依次為：墊層區2A、過渡層區3A、主堆石區3B、次堆石區3C及下游干砌石護坡P。上水庫死水位1460m高程以上面板混凝土表面和表層止水結構蓋板處，進行防滲保護施工。

2 施工措施及工藝流程

2.1 雙組分手刮聚脲施工措施

混凝土基層打磨、清理、除塵；用高強度環氧膠泥修補孔洞眼；接縫處塑性填料嵌填結束后，在兩側混凝土表面涂刷滲透性底漆，要求涂刷均勻，無漏涂、飽滿、不堆積。待滲透底漆表干后直接刮涂第一層手刮聚脲，刮涂第一遍后在塑性填料表面馬上粘貼20cm～40cm寬的胎基布，再涂刷數遍手刮聚脲（根據手刮聚脲厚度確定涂刷遍數），直至接縫部位聚脲厚度不小于4mm，其他部位厚度達到2mm。每次涂刷手刮聚脲的允許作業時間在2h以內。要求手刮聚脲涂刷均勻，每次涂刷一次成型，不要來回涂，防止出現小包；最后輥涂一遍耐老化面漆。

2.2 施工流程

混凝土基面處理—表面局部孔洞眼用高強膠泥填補—涂刷滲透性底漆―雙組份聚脲手刮—輥涂耐候性面漆—成品養護。

3 施工要求

①雙組分手刮聚脲涂層作業宜在環境溫度高于5℃，相對濕度小于85%，且基層表面溫度比露點溫度至少高3℃的條件下進行。在四級風及以上的露天環境條件下，不宜實施噴涂作業。嚴禁在雨天、雪天實施露天噴涂或涂刷作業。

②聚脲涂層施工的每道工序完成，并經檢查合格后，方可進行下道工序的施工，并應采取合適的成品保護措施。

③滲透性底漆涂刷完成后，應在底漆規定的間隔時間內，進行聚脲的涂覆作業。超出規定間隔時間的，應重新涂刷底漆。

④聚脲涂層均勻涂覆，涂層厚度滿足要求。

⑤兩次涂覆作業時間，間隔超出涂料允許復涂時間時，再次涂覆作業前，應在已有涂層表面打毛（或涂刷層間處理劑）。

⑥涂層有漏涂、針孔、鼓泡、剝落及損傷等缺陷時，應進行修補。

4 施工過程控制

4.1 基面處理

①采用打磨、高壓水槍清洗等手段清除基層表面浮漿、灰塵、油污。

②修補基層破損、孔洞、裂縫等缺陷。

③按照設計要求，采用聚合物砂漿進行結構找平（坡）層及其他細部構造處理。

4.2 涂刷基層環氧滲透底漆

底漆具有滲透性，能夠加固混凝土基材表面，可以對基面有補強作用，同時達到封閉的效果。

4.2.1 施工要求

①環境溫度：不能低于5℃。

②含水率測試：對基面的含水率進行測試，低于8%為合格。

4.2.2 施工細節

①滲透性底漆應按要求的配比配制，配量適中，混合均勻。滲透性底漆可采用涂刷、輥涂或刮涂的方法施工，應薄而均勻，無漏涂、無堆積。

②滲透性底漆涂刷范圍應大于聚脲涂層范圍。

③滲透性底漆涂刷完成后，應采取措施防止灰塵、溶劑、雜物等的污染。

4.3 天冬聚脲防水中涂施工

底漆施工完畢后24h內進行天冬聚脲涂層施工，施工方式刮涂或者滾涂。

4.3.1 施工要求

①環境溫度：不能低于5℃；

②施工前確保作業面干燥，清潔無雜質。

4.3.2 施工細節

①聚脲施工前需對作業面高壓氣體吹或掃帚清理干凈。

②材料配制：使用前需分別將A、B兩組分按一定的比例混合，并充分攪拌均勻，如具備條件可采用真空攪拌設備進行拌制。材料涂刷時間限制在40min以內。每次拌制的量應與施工面積、施工人力和操作速度相匹配。

③聚脲施工：大面積涂刷聚脲，按照從上到下、從左到右的順序縱向涂刷，涂刷施工時用力必須均勻一致，避免在相應的方向多次反復涂刷，從而保證涂層的厚度均勻、表面平整，無流掛現象。

4.4 天冬聚脲脂肪族保護面層施工

雙組分手刮聚脲中間層施工完畢后，12h～24h內就進行天冬聚脲脂肪族保護層施工，施工方式滾涂。

4.5 聚脲養護

雙組分手刮聚脲保護層涂刷完工后，24h內盡量不要有水浸泡，常溫養護即可。

5 實驗測試

5.1 聚脲涂層粘結強度的現場檢測及合格評定試驗

聚脲涂層粘結強度現場檢驗均應在涂層涂刷作業完成7d后進行，聚脲涂層粘結強度現場檢測儀器應符合下列規定

5.1.1 儀器

聚脲涂層現場使用的粘結強度檢測儀應堅固、耐用，且攜帶和安裝方便。

5.1.2 鋼標準塊

鋼標準塊的形狀，可根據實際情況選用方柱形或圓柱形。方柱形鋼標準塊截面尺寸為40mm40mm，圓柱形鋼標準塊的直徑為40mm，鋼標準塊的厚度應不小于25mm，且應采用45號鋼制作。鋼標準塊應帶有傳力螺桿，其尺寸和夾持構造，應根據所使用的檢測儀確定。

5.1.3 現場制樣應符合的規定

①每一檢驗批不少于3個測點。

②檢測現場涂層表面溫度宜不大于30℃。

③待測涂層表面應平整、清潔、干燥。

④粘結前聚脲涂層表面應用細砂紙打磨，采用高強、快速固化的膠粘劑粘貼鋼標準塊，鋼標準塊粘貼后應立即固定。在膠粘劑完全固化前，不得受到任何擾動。固化養護時間根據選擇的膠粘劑確定。

⑤鋼標準塊的間距應不小于500mm。

5.1.4 現場檢測步驟

①測試前應沿粘貼的鋼標準塊外沿四周用刀片垂直于混凝土基層將涂層完全割斷（見下圖）。

②測試時應按照粘結強度檢測儀使用說明書正確安裝儀器，并連接鋼標準塊。

③應以均勻速率連續加載，控制在1min～1.5min內破壞，記錄破壞時的載荷值，并觀察破壞形式。

5.1.5 涂層正拉粘結強度值應按式（1）進行計算或直接從儀器中讀出。

式中：σ―粘結強度（MPa）；

F―破壞荷載（N）；

A―試件粘結面積（mm）。

5.1.6 測點破壞形式及其正常性應按下列規定進行判定

①試樣的破壞形式應劃分為內聚破壞、粘附破壞和混合破壞三種形式。

②當破壞發生在混凝土基層內，或出現兩種或兩種以上的破壞形式，但混凝土基層內的破壞面積占粘合面積的85%以上時，可判定為正常破壞。

③當出現粘附破壞或出現混凝土基層內的破壞面積少于85%的混合破壞，應判定為不正常破壞。

5.1.7 檢測結果合格評定

①當每一測點的正拉粘結強度均達到本規程相應指標的要求，且其破壞形式正常時，應評定該批次檢測合格。

②當僅有一個測點不滿足要求時，可加倍制樣，并重新做一組檢測，當重新檢測結果均達到要求，可評定該批次檢測合格。當重新檢測中仍有測點不滿足要求時，應評定該批次檢測不合格。

5.1.8 檢測值確定

以所有測點的算術平均值作為該批次正拉粘結強度的檢測值。每一批的檢測結果應包括破壞形式、所有測點的正拉粘結強度值和該批次正拉粘結強度的平均值。

5.2 超聲波法檢測聚脲涂層厚度試驗

5.2.1 聚脲涂層厚度

可采用超聲涂層測厚儀無損檢測。

5.2.2 超聲涂層測厚儀應符合下列規定

①測厚儀應包括帶數顯功能的主機、探頭、校正材料、耦合劑，并符合相關標準的規定。

②儀器的量程、精度和使用條件應滿足水工混凝土基層和作業環境要求。

③耦合劑應符合儀器生產廠家要求。

④儀器應進行計量檢定并合格，且在其使用期內。

5.2.3 現場測點應符合的規定

①應按每100m作為一個檢驗批，不足100m的應按一個檢驗批計；每一檢驗批測點應不少于5處，每處應不小于10m。

②測點應隨機確定，但測點離構件端部或施工縫邊緣的距離應不小于200mm。

③待測涂層表面應平整、干凈，不得有灰塵、油污。

5.2.4 現場檢測步驟應符合的規定

①檢測前應用已知厚度的聚脲涂層現場校準儀器，并在待測部位涂超聲波耦合劑。

②檢測時，應按照使用說明書的規定安裝并操作儀器。

③應以合適、恒定的力將探頭垂直壓在待測部位表面，每個測點應重復讀數3次。

5.2.5 檢測值確定

每處應以3次讀數的算術平均值作為該處的測量值；每一檢驗批次應以5次檢測值的算術平均值作為涂層厚度的檢測值。

6 現場工藝性試驗的實施

6.1 試驗準備

①材料：高滲透環氧底漆：10kg；高強環氧膠泥20kg；天冬聚脲高固彈性防水涂料140kg；天冬聚脲高固彈性面漆10kg（中灰色）；聚脲稀釋劑5kg。

②機械工具：角磨機3把；手持攪拌器1把；兩項電線200m；滾筒20把；掃帚1把。

6.2 現場工藝性試驗方案

工藝流程：基層處理—涂刷滲透性底漆—環氧膠泥修補孔洞眼—涂刷手刮聚脲—輥涂耐候性面漆。

具體試驗范圍和結構形式可在試驗實施過程中，根據現場實際情況進行調整。

6.3 現場試驗過程

現場工藝性試驗自2018年9月11日開始，至2018年9月16日，5天完成。在上水庫壩面50#塊EL1460m高程以上部位范圍內。

①混凝土基面處理：對混凝土表面用角磨機進行打磨，然后要清理干凈表面的灰塵、浮渣。

②對混凝土表面局部孔洞眼部位用高強環氧膠泥填補，待膠泥固化后，再仔細檢查要求混凝土表面平整、堅固、無孔洞。

③滲透性底漆涂刷：混凝土表面涂刷專用潮濕性底漆，涂刷厚度要求薄而均勻，無漏涂現象。

④聚脲材料配制：雙組分手刮聚脲為雙組分材料，使用前需分別將A、B兩組分按一定的比例混合，并充分攪拌均勻，如具備條件可采用真空攪拌設備進行拌制。材料涂刷時間限制在40min以內。每次拌制的量應與施工面積、施工人力和操作速度相匹配。

⑤手刮聚脲涂刷：大面積手刮聚脲時，按照從上到下、從左到右的順序縱向涂刷，涂刷施工時用力必須均勻一致，避免在相應的方向多次反復涂刷，從而保證涂層的厚度均勻、表面平整。

⑥輥涂耐候性面漆：用滾筒輥涂耐候性面漆，輥涂均勻、飽滿、不漏涂、不堆積。

⑦成品養護：在涂刷雙組分聚脲施工過程中，如果遭遇到大風和下雨，必須立刻停止施工，用帆布等防護材料對聚脲涂層進行遮蓋保護，待雨停后，擦干凈雙組分慢反應聚脲涂層上的附著物。聚脲涂刷完工后，12h內盡量不要有水浸泡，常溫養護即可。

7 現場拉拔數據

為優選聚脲材料及施工工藝，在工程現場實地進行了雙組分手刮聚脲涂刷和雙組分噴涂聚脲試驗，選取兩個聚脲廠家材料在50#塊分別施工40m2，15d后進行粘結強度檢測，見表為聚脲施工檢測結果。

8 結論

依據《水電水利工程聚脲涂層施工技術規范》（DL/T5317-2014）、《噴涂聚脲防水工程技術規范》（JGJ/T200-2010）、《噴涂聚脲防水涂料》（GB/T200-2010）。聚脲涂層拉拔測試所規定，聚脲涂層與基面黏結強度應滿足大于2.5MPa（大于2.0 MPa或破壞在混凝土內部）的要求。

2018年10月9日下午在噴涂聚脲和手刮聚脲樣本上用AB黏結膠分別固定5個拉拔錠子塊，2018年10月10日10時進行拉拔測試。

①噴涂聚脲的拉拔測試結果分別是：2.96MPa失敗，1.94MPa不能完全滿足黏結強度大于2.5MPa的規范要求。

噴涂聚脲粘接力檢測結果

②手刮聚脲做了兩組測試結果數據為 ：5.88MPa、6.97MPa、3.69MPa、7.62 MPa。

2018年10月10日在手刷聚脲樣本不同部位粘接拉拔錠塊5只，并在滿足凝固膠時間后在2018年10月11日上午進行拉拔測試。數據為：4.43MPa、5.18MPa、7.46MPa、3.28MPa，完全滿足規范大于2.5MPa的要求。

此次試驗從施工到現場拉拔測試，溫度都處于低溫狀態，施工時的溫度在5℃～12℃；拉拔檢測實時溫度為零下2℃，基本能體現出在工況不好條件下的情況。在拉拔測試時由于溫度較低，致使安裝拉拔裝置的過程中，把錠子粘接后有所松動，導致測試數據有所下降，同時使測試數據相差較大。即使在這種情況下，測試數據最小的為3.28MPa，大于規范的2.5MPa要求。

通過現場實施做出的噴涂和手刷聚脲樣板，以及現場拉拔得出測試數據可以總結出：噴涂聚脲凝固快，與基層的黏結強度比較低；手刮聚脲固化時間長，慢反應對基層的浸潤性好，與基層的黏結性好，拉拔強度高。