多種化學(xué)材料組合在水利工程維修加固中的應(yīng)用

吳清波

（鄭州市水利工程監(jiān)理中心，河南 鄭州 450007）

1 概述

陸渾灌區(qū)東一干渠鄭州段是陸渾灌區(qū)的重要灌溉渠道，自建成運(yùn)行以來(lái)一直發(fā)揮著巨大的灌溉效益。干渠歷經(jīng)30余年運(yùn)行，期間為保障其安全運(yùn)行，對(duì)干渠渠道進(jìn)行了多次改造與維修，但干渠上的渡槽未經(jīng)系統(tǒng)維護(hù)，其中西村渡槽全長(zhǎng)為355.60 m，高為35.78 m，斷面尺寸為寬3.40～3.64 m，深3.58 m；后林渡槽全長(zhǎng)為116.20 m，高為13.34 m，斷面尺寸為寬3.56 m，深3.58 m，干溝渡槽全長(zhǎng)為123.16 m，高為12.30 m，斷面尺寸為寬3.68 m，深3.95 m。現(xiàn)狀三座渡槽混凝土碳化，鋼筋銹蝕，槽身銜接部位開(kāi)裂、漏水等現(xiàn)象較為普遍，安全隱患較大，亟須開(kāi)展工程修復(fù)工作。

三座渡槽工程的主要修復(fù)內(nèi)容為：槽身內(nèi)壁采用雙組份噴涂聚脲彈性體防滲材料進(jìn)行防水處理；混凝土缺損修補(bǔ)，裂縫采用雙組份無(wú)收縮環(huán)氧樹(shù)脂灌漿處理；槽身混凝土外壁、排架及預(yù)應(yīng)力空腹桁架外壁涂刷異丁基三乙氧基硅烷浸漬液防碳化涂層，更換蓋板和欄桿；接縫采用聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠處理，更換伸縮縫止水帶。

2 使用的主要化學(xué)材料及性能指標(biāo)

2.1 雙組份聚脲

聚脲是一種彈性體材料，具有防水、防腐、耐磨三大特性，簡(jiǎn)單說(shuō)就是聚脲是高致密度、連接無(wú)拼縫的防水材料，是酸、堿、鹽都能耐受的防腐產(chǎn)品，是比橡膠更耐磨的高分子材料。

聚脲材料包括雙組份噴涂聚脲、單組分涂刷聚脲和雙組份噴刷聚脲3種類(lèi)型，應(yīng)根據(jù)工程處理部位和過(guò)水面流速大小分別選用。本次渡槽內(nèi)壁表層處理使用的為雙組份噴涂型聚脲，主要性能指標(biāo)如下：黏度（MPa·s）為900，固含量100%，凝膠時(shí)間10 s，拉伸強(qiáng)度大于16 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率大于400，黏結(jié)強(qiáng)度3 MPa，撕裂強(qiáng)度大于50，硬度（邵A）A70，不透水性（0.40 MPa×2 h）不透水，吸水率（%）小于3，耐磨性阿克隆磨耗6.50 mg。

2.2 硅烷浸漬

硅烷浸漬是保護(hù)混凝土免受氯鹽腐蝕的理想浸漬材料。硅烷的小分子結(jié)構(gòu)可滲透到混凝土內(nèi)部與暴露到酸、堿環(huán)境中的空氣及水分子發(fā)生反應(yīng)，與混凝土材料形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵連接，形成一牢固的斥水層。該層具有突出的憎水性，從而有效地阻止氯化物和水侵入混凝土，保持混凝土的“呼吸作用”，大幅度降低氯離子侵蝕、凍融循環(huán)破壞及鋼筋腐蝕，提高混凝土建筑物的使用壽命，節(jié)省高昂的維修養(yǎng)護(hù)成本。

本次工程防碳化的硅烷浸漬為高純度異丁基三乙氧基硅烷浸漬液，本產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：純度98.9%，顏色無(wú)色透明，密度0.87 g/cm3，pH 酸堿度6.3，可水解氯化物36 ug/g；主要性能指標(biāo)：吸水率（小于5%）3%，浸漬深度（小于等于C45 標(biāo)準(zhǔn)為3-4）3.20 mm，氯化物吸收量的降低率（不小于90%）92.60%。

2.3 聚氨酯密封膠

聚氨酯密封膠系以聚氨酯橡膠及聚氨酯預(yù)聚體為主要成分的密封膠，具有強(qiáng)度高、彈性好、耐磨、拉伸性強(qiáng)、抗老化性強(qiáng)等特點(diǎn)，主要用于黏結(jié)和密封。

聚氨酯密封膠一般分為單組分和雙組份兩種基本類(lèi)型。本工程采用單組分聚氨酯密封膠，該密封膠呈膏狀，可擠出或涂抹施工，使用前不必進(jìn)行化學(xué)計(jì)量和添加其他交聯(lián)劑，操作簡(jiǎn)便易控，省時(shí)省力，方便施工；同時(shí)具有抗下垂性，嵌填垂直接縫或頂縫不流淌，施工方便，固話(huà)速度快；完全固化后無(wú)毒，無(wú)污染可用于飲水工程。材料主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 聚氨酯密封膠性能指標(biāo)表

2.4 環(huán)氧樹(shù)脂

環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料是以環(huán)氧樹(shù)脂為主體，加入一定的固化劑、稀釋劑、增韌劑等混合而成。這種材料黏度低可灌漿性好，可滲入寬0.20 mm 巖層或者混凝土裂內(nèi)，固化后黏結(jié)力強(qiáng)，收縮變形小，穩(wěn)定性好。材料無(wú)毒性且施工操作方便，是處理結(jié)構(gòu)混凝土缺陷的常用補(bǔ)強(qiáng)材料。其具體性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 環(huán)氧樹(shù)脂漿材性能指標(biāo)表

3 主要材料施工工藝

3.1 渡槽混凝土裂縫處理

三個(gè)渡槽槽身和排架混凝土，存在不同程度大大小小的裂縫，據(jù)統(tǒng)計(jì)三個(gè)渡槽裂縫總長(zhǎng)度為1 514.90 m，最大裂縫深度在310 mm以?xún)?nèi)，表面縫寬在0.10～0.40 mm。這些裂縫長(zhǎng)期存在會(huì)加深加大，進(jìn)而影響混凝土的結(jié)構(gòu)安全，亟須處理。

3.1.1 裂縫清理及鉆孔

首先清除裂縫表面的松散物和縫內(nèi)的雜物，并用砂輪將結(jié)構(gòu)物表面打磨平整，打磨寬度裂縫兩側(cè)大于5 cm。然后沿著裂縫走向采用水磨空心鉆頭騎縫打孔，孔徑在12～16 mm，孔深10～15 cm，孔距25～40 cm 不等。鉆孔時(shí)邊鉆邊沖，先水后風(fēng)進(jìn)行灌漿孔沖洗，確保孔內(nèi)無(wú)碎渣及粉塵等雜物。

3.1.2 安裝注漿嘴

采用圓形帶有封閉底座的專(zhuān)用注漿嘴逐個(gè)裝入孔內(nèi)，表面用環(huán)氧膠泥固定牢固。

3.1.3 封閉裂縫

采用環(huán)氧膠泥對(duì)裂縫面進(jìn)行全面封閉，裂縫兩側(cè)刮磨寬度大于30 cm。

3.1.4 配制化學(xué)灌漿材料

環(huán)氧灌漿材料為無(wú)收縮環(huán)氧樹(shù)脂，由A（環(huán)氧樹(shù)脂）、B（固化劑）雙組份組成，按照重量配比10∶1 拌制，攪拌均勻，放置3 min后使用。

3.1.5 灌漿

灌漿壓力采用0.20～0.30 MPa。灌漿壓力逐級(jí)升至設(shè)計(jì)值，灌漿順序采用“自下而上，由近端至遠(yuǎn)端”分Ⅱ序孔進(jìn)行灌漿作業(yè)。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為孔內(nèi)不在吸漿，閉漿30 min后結(jié)束。

3.2 槽身內(nèi)壁防水處理

聚脲涂層施工按照基層處理、界面劑涂層和聚脲涂覆的工序作業(yè)施工，每個(gè)工序完成并經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)入下道工序的施工。

3.2.1 基層處理

①清洗、清理、晾干渡槽槽壁。②用角磨機(jī)整體打磨出新面，保證新面平整，粗糙度均勻，潔凈，無(wú)浮塵。③用清水潤(rùn)濕渡槽內(nèi)壁上的坑洼等瑕疵部位，而后用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)瑕疵。④對(duì)渡槽內(nèi)壁裂紋部位，用專(zhuān)用修補(bǔ)劑修補(bǔ)后，干燥后打磨平整。⑤在渡槽接縫部位彈線(xiàn)，用切割機(jī)沿線(xiàn)切割，剔除補(bǔ)縫砂漿，清理干凈并用底涂處理接縫區(qū)域，待底涂干燥達(dá)到強(qiáng)度后，在縫內(nèi)固定鐵絲網(wǎng)、橡膠止水帶，填筑聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠，初干后粘貼專(zhuān)用網(wǎng)格布，網(wǎng)格布平整順滑，密實(shí)粘貼。⑥瑕疵、裂縫、接縫整修完畢后，渡槽內(nèi)壁基層表面保證平順。

3.2.2 噴涂界面劑

①待渡槽內(nèi)壁大面整體清理，表面實(shí)干后，噴刷界面劑。②界面劑按照設(shè)計(jì)要求的配比配置，配量適中，混合均勻，拌合后應(yīng)在1 h內(nèi)用完。③界面劑的噴涂范圍全部覆蓋渡槽內(nèi)壁，無(wú)漏涂、無(wú)堆積，薄而均勻。④完成后及時(shí)進(jìn)行采用覆蓋等保護(hù)措施，防止污染表面。⑤要在界面劑完成后規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)開(kāi)始聚脲的涂覆作業(yè)，對(duì)超出時(shí)間規(guī)定的，要重新涂刷界面劑。

3.2.3 噴涂聚脲

①4 h 后，待界面劑表干后，開(kāi)始噴涂第一遍聚脲；②雙組份聚脲嚴(yán)格按照以體積比為1∶1的配比混合噴涂，根據(jù)施工進(jìn)度準(zhǔn)備材料用量，混合后的涂料在1 h內(nèi)使用完畢；③噴涂作業(yè)時(shí)，使用專(zhuān)用的雙組份高壓噴涂機(jī)，按照試噴時(shí)確定的速度垂直于基面均勻移動(dòng)噴槍?zhuān)恳粯屢烁采w上一槍幅寬300 mm 寬度；④第一遍聚脲噴涂施工厚度1 mm 左右，確定無(wú)漏噴，氣泡情況；⑤第一遍施工完成5 h左右可以進(jìn)行第二遍的聚脲涂料噴涂施工，施工厚度0.50～1 mm，對(duì)于內(nèi)壁斜面和立面采用多次噴涂，保證聚脲涂料的平整度和性能符合質(zhì)量要求。

3.3 槽身和排架外防碳化施工

3.3.1 基面處理

首先清洗、清理渡槽槽身和排架外壁，用角磨機(jī)整體打磨出新面，將表面浮漿、凸起、雜物清理干凈，保證新面平整，潔凈，無(wú)浮塵，粗糙度均勻。

3.3.2 裂縫處理

對(duì)混凝土表面存在的裂隙、孔洞等缺陷情況進(jìn)行檢查和統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于淺表性裂縫和局部小的孔洞、坑洼等瑕疵部位，先清理后潤(rùn)濕，而后用環(huán)氧砂漿修補(bǔ)瑕疵。對(duì)于槽身寬度超過(guò)0.20 mm的貫穿性裂縫采取化學(xué)灌漿處理方式進(jìn)行處理。

3.3.3 露筋處理

首先清理去掉沒(méi)有強(qiáng)度的碳化的混凝土部分，對(duì)于銹蝕的鋼筋，先用角磨機(jī)鋼絲刷打磨，清理后，用軟毛刷蘸取3合1磷化液涂刷處理后的鋼筋，膜干后在修補(bǔ)區(qū)域涂刷環(huán)氧底涂，待底涂表干后，直接用M10環(huán)氧砂漿抹平處理，抹平后用粗砂增糙，然后用水泥素漿涂抹正平。

3.3.4 硅烷浸漬噴涂

保持混凝土面干燥，對(duì)表面處理合格后的混凝土4 h內(nèi)進(jìn)行噴涂。噴涂在無(wú)雨的情況下進(jìn)行，同時(shí)空氣相對(duì)濕度在85%以下，溫度范圍：氣溫5～35℃，基材表面溫度不大于45℃。施工采用專(zhuān)用的噴涂機(jī)噴涂，工作連續(xù)性實(shí)施。對(duì)于渡槽和排架立面噴涂時(shí)，采用自下而上地噴涂，使被涂立面至少有5 s 保持“看上去是濕的”狀態(tài)；對(duì)于頂面和底面上，都至少有5 s“看上去是濕的”狀態(tài)。每遍噴涂量控制在300 mL/m3，噴涂?jī)杀椤杀橹g的間隔時(shí)間至少為6 h。對(duì)于個(gè)別無(wú)法噴涂完全的邊角處，在噴涂后采用刷子涂刷，重復(fù)涂抹，直到表面潤(rùn)濕，基底徹底滲透為止。完工后，檢查硅烷浸漬噴涂情況。混凝土表面應(yīng)噴涂均勻，無(wú)遺漏部位。

3.4 槽內(nèi)伸縮縫施工處理

3.4.1 外縫處理

外縫采用鐵絲網(wǎng)制作成U型放入板端槽內(nèi)，填充聚氨酯結(jié)構(gòu)密封膠封閉外縫，具體做法：利用已有的凹槽接縫，剔除補(bǔ)縫砂漿和原有止水木板，打磨、清理縫隙；接縫區(qū)域表面用無(wú)溶劑環(huán)氧底涂處理，待底涂干燥達(dá)到強(qiáng)度后，采用鐵絲網(wǎng)制作成U型放入板端槽內(nèi)，鐵絲直徑0.50 mm，網(wǎng)孔20×10 mm，兩翼采用混凝土釘固定到板端槽內(nèi)靠近外壁；將密封膠筒的前端對(duì)準(zhǔn)接縫，用擠壓槍擠壓密封膠，使接縫完全填充。填充完成后，用壓勺、刮刀將密封膠封平。

該膠以伸縮性鋼絲網(wǎng)為依托（伸縮鋼絲網(wǎng)用固定件固定在伸縮縫兩邊），噴涂在伸縮網(wǎng)上，并與經(jīng)環(huán)氧底涂處理的基層緊密黏結(jié)，形成一個(gè)連接兩個(gè)剛性渡槽的密封緩沖件。

3.4.2 內(nèi)封處理

內(nèi)縫內(nèi)用橡膠止水帶和聚硫密封膠封縫。先按照尺寸安裝固定橡膠止水帶，然后采用聚氨酯密封膠填充、封平，騎縫薄涂聚脲加強(qiáng)防水涂層，并粘貼專(zhuān)用網(wǎng)格布，網(wǎng)格布平整順滑，密實(shí)粘貼，4 h后再涂?jī)杀榫垭澹軐?shí)壓覆網(wǎng)格布完成接縫增強(qiáng)層施工。

4 處理后效果檢驗(yàn)

工程項(xiàng)目完工后，在分部驗(yàn)收前進(jìn)行了閉水試驗(yàn)：在渡槽內(nèi)部?jī)蓚?cè)設(shè)置封堵圍堰，槽內(nèi)充水深度2.50 m，經(jīng)過(guò)72 h，未發(fā)現(xiàn)槽身及外壁接縫處滲、漏水現(xiàn)象。

工程于2018年10月份完工驗(yàn)收，經(jīng)過(guò)3年多的正常運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)滲、漏水現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

此次渡槽加固中使用到多種化學(xué)材料，包括聚脲、硅烷浸漬、聚氨酯密封膠、環(huán)氧樹(shù)脂、專(zhuān)用修補(bǔ)劑，環(huán)氧底涂、橡膠止水帶等，通過(guò)各種材料的組合使用保證了渡槽不同部位功能的恢復(fù)。以下工程修復(fù)經(jīng)驗(yàn)可供類(lèi)似工程借鑒。

槽身內(nèi)壁采用聚脲進(jìn)行防滲處理，在渡槽內(nèi)壁形成高分子耐候橡膠彈性體，解決了渡槽漏水問(wèn)題，同時(shí)對(duì)渡槽內(nèi)壁形成一種保護(hù)層。

渡槽外部及排架采用硅烷浸漬處理，浸漬后形成一牢固的斥水層，有效地阻止氯化物和水侵入混凝土，解決混凝土碳化問(wèn)題，從而有效延長(zhǎng)建筑物耐久性和使用壽命。

混凝土裂縫處理采用雙組份無(wú)收縮環(huán)氧樹(shù)脂，通過(guò)灌漿方式滲入混凝土裂縫，對(duì)裂縫進(jìn)行填充和封閉，提高了裂縫等薄弱部位混凝土的密實(shí)性，避免外來(lái)水侵入混凝土內(nèi)部造成的損壞。

通過(guò)橡膠止水帶、聚氨酯膠密封膠、可伸縮金屬網(wǎng)、聚酯網(wǎng)格布及外部的聚脲涂層一體作用，形成了渡槽伸縮縫安全的防范系統(tǒng)。