SK单组分刮涂聚脲及其工程应用

王冰伟，孙志恒

（1.中国水利水电科学研究院综合事业部，北京100038；2.中国水利水电科学研究院北京中水科海利工程技术有限公司，北京100038）

SK单组分刮涂聚脲及其工程应用

王冰伟1，孙志恒2

（1.中国水利水电科学研究院综合事业部，北京100038；2.中国水利水电科学研究院北京中水科海利工程技术有限公司，北京100038）

水工建筑物混凝土常常出现渗漏、裂缝、冻融剥蚀、冻胀、冲磨空蚀以及伸缩缝漏水等病害。为了及时消除病害，需要采用有效的修补材料及可靠的技术。文中介绍了水工建筑物混凝土表面防护的一种柔性高性能防护涂料及其使用方法，SK单组分刮涂聚脲具有抗拉强度高、伸长率大、与混凝土粘接强、抗冲磨和防渗效果好、耐老化、施工工艺简单等特点，适用于处理混凝土伸缩缝、裂缝、大面积防渗及有抗冲磨要求的泄洪建筑物等水利水电工程。通过在大量工程中应用，取得了较显著的效果。

单组分刮涂聚脲；防护涂层；修补技术

1 研究背景

1949 年以来，我国兴建了大量水工建筑物，它们对国民经济的发展起到了重要作用，但由于建筑物设计欠妥、施工材料选择不当、施工质量不佳、运行条件变化、运行年限增加、运行管理存在问题以及地震等不利因素，致使为数不少的水工建筑物存在不同程度的病害，有些已严重影响工程安全运行。水工建筑物混凝土常常出现的病害有裂缝、渗漏、冻融剥蚀、冻胀、冲磨空蚀、钢筋锈蚀、碳化及伸缩缝漏水等。为此，开发防渗防冻胀性能好、抗冲磨和耐久性长的新型防护材料是必要和迫切的。聚脲材料作为聚氨酯中的一种特殊材料，具有较高的抗冲耐磨性、良好的防渗效果、耐腐蚀性强以及优异的综合力学性能，在国防、工民建及水利水电工程中得到了广泛应用。聚脲材料分为双组分喷涂聚脲和单组分刮涂聚脲。双组分喷涂聚脲原料体系不含溶剂，固化速度快，可很方便的在立面、曲面上喷涂几十毫米厚的涂层而不流挂。但是，喷涂双组分聚脲需要专门的喷涂设备，该设备尺寸较大，且只能用于流速小于5 m/s的混凝土表面［1］，在水利水电工程中的应用受到一定的限制，为了弥补这一缺陷，需开发施工简单、不需要专用设备的单组分刮涂聚脲［2-3］。

2 SK单组分刮涂聚脲

SK单组分刮涂聚脲为多官能单组分涂料，主要含有硅烷基、环氧基、氨酯基、醚基和脲基等多官能团高分子。根据使用条件及部位，材料可分为“抗冲磨型”和“防渗型”两种，其主要技术指标见表1。

SK单组分刮涂聚脲具有耐老化性能好，不变色；耐化学腐蚀，无毒，可用于饮用水工程；力学性能优异，强度高、延伸率大、抗冲磨性能好，与基础混凝土粘接强度高；防渗、抗冻效果好，-45℃仍有50%以上的延伸率；分层施工，可以保证涂层厚度的均匀性；混凝土裂缝及伸缩缝表面柔性封闭可以增设胎基布，避免了裂缝部位涂层应力集中；施工简单、方便，施工质量可靠，便于推广应用。

表1 SK单组分刮涂聚脲的主要力学性能指标

3 SK单组分刮涂聚脲的工程应用

3.1 伸缩缝混凝土表面止水水工建筑物由于施工、温度和不均匀沉降等需要，往往需要设置伸缩缝，伸缩缝内设有止水带或紫铜片止水。在运行过程中经常发现因为内部止水材料损坏而导致伸缩缝漏水。在处理伸缩缝漏水过程中为了不影响结构的整体性，采用SK单组分刮涂聚脲复合胎基布，在伸缩缝混凝土表面重新设置一道柔性止水是简单、可靠的方案之一。该方案如图1所示，图中涂层厚度及柔性填料的尺寸与迎水面水头及伸缩缝变形量有关，在有柔性填料支撑的条件下，涂层厚度4 mm可以承受迎水面10 MPa以上的水压［4-5］。

图1 伸缩缝混凝土表面设置柔性止水方案

施工工艺：（1）沿伸缩缝表层开槽，槽内回填聚氨酯密封胶或类似柔性填料，对伸缩缝混凝土表面周边进行打磨、清洗；（2）晾干后涂刷潮湿型界面剂；（3）待潮湿型界面剂表干直接刮涂第一层SK单组分刮涂聚脲，并在伸缩缝部位15 cm范围内粘贴胎基布；（4）固化后再涂刷2～4遍聚脲，直至伸缩缝部位聚脲涂层厚度达设计要求，宽度20～30 cm；（5）对于泄洪建筑物的伸缩缝，涂层与混凝土搭边之间的收边按图1所示处理，边缘打磨成三角型，边缘深度2 mm（若无高速水流，可以不打磨成倒三角形），聚脲涂层与混凝土平滑过渡；（6）若施工过程中漏水，需要先进行化学灌浆止水。

图2 溢洪道伸缩缝处理后泄洪的情况

图3 输水箱涵伸缩缝处理后运行两年的情况

图2是青海省公伯峡水电站泄洪道底板横向伸缩缝由于温度变化导致挤压破坏的情况，2011年采用图1所示方案处理后，经历了2012年泄洪的考验，最大流速达30 m/s，效果很好［6］。图3是深圳市某输水箱涵伸缩缝因内部止水带老化渗漏，运行期箱涵内水压力为0.8 MPa，经过采用图1所示方案处理后，运行两年来的效果很好。

3.2 混凝土裂缝表面柔性封闭混凝土裂缝也是常见的病害之一，混凝土裂缝的出现将会降低混凝土的耐久性和防渗性，一旦裂缝发展成为渗水通道，会引起水工建筑物的渗漏，甚至危及结构的安全。采用SK单组分刮涂聚脲复合胎基布对混凝土裂缝表面进行柔性封闭，具有对原结构无损伤、能适应裂缝的变化和施工简单等优点。

施工工艺：（1）沿混凝土裂缝表面进行打磨，在15 cm范围内的边缘打磨成三角型，边缘深度2 mm（若无高速水流，可以不打磨成倒三角形），清洗干净；（2）晾干后涂刷潮湿型界面剂；（3）待界面剂表干后（粘手不拉丝）直接刮涂第一遍SK单组分刮涂聚脲（大于15 cm宽），并粘接10 cm宽的胎基布）；（4）表干后再涂布2～4遍聚脲，保证裂缝部位聚脲涂层厚度大于3 mm，将胎基布全部覆盖；（5）如果裂缝渗水，必须先进行化学灌浆，再进行表面封闭。施工工艺如图4。

图4 裂缝表面涂刷SK单组分刮涂聚脲封闭

图5是新疆某面板坝混凝土裂缝处理实例，对于裂缝宽度小于0.2 mm的裂缝，直接在表面涂刷2 mm厚的聚脲涂层（复合胎基布），对大于裂缝宽度0.2 mm的裂缝或贯穿性裂缝，需要先进行化学灌浆后，再涂刷3 mm厚的聚脲涂层（复合胎基布），处理后已运行3年，效果很好。图6是南水北调某渡槽混凝土裂缝表面采用SK单组分刮涂聚脲进行表面封闭的工程实例，裂缝表面涂刷了3 mm厚的聚脲涂层（复合胎基布），通水后未见渗漏。

图5 面板坝混凝土裂缝表面封闭

图6 渡槽混凝土裂缝表面封闭

3.3 混凝土表面大面积防护处理混凝土坝、闸、渠道等建筑物迎水面将长期遭受低温、频繁的冻融循环及冰荷载作用，导致混凝土发生冻融剥蚀、裂缝和碳化等破坏。要求修补材料具有较好的防渗、抗冻及耐久性。选用SK单组分刮涂聚脲对混凝土表面进行全断面防护，可以起到防渗、防碳化、抗冻融破坏及提高混凝土耐久性的综合效果。

施工工艺：（1）用角磨机对混凝土基面进行打磨，清除原水泥基涂层及表面的棱角；（2）对混凝土剥蚀的部位，先用聚合物水泥砂浆或环氧砂浆进行找平处理，对小孔洞采用专用腻子封堵，要求混凝土表面平整、坚固、无孔洞；（3）用高压水枪冲洗表面；（4）基面处理干燥后，在混凝土表面涂刷潮湿型界面剂，涂刷厚度要求薄而均匀，无漏涂现象；（5）涂刷SK单组分刮涂聚脲，一般要求涂层厚度为2 mm，刮涂遍数为2～3遍，涂层厚度要均匀。

图7是延吉松月水库上游面因混凝土冻融剥蚀破坏后先采用聚合物水泥砂浆修补，再在砂浆表面涂刷2 mm厚的SK单组分刮涂聚脲进行防渗、防冻融，处理后已正常运行2年未见异常［7］。图8是北京市玉渊潭进水闸墩及边墙混凝土表面因出现冻融剥蚀、裂缝及伸缩缝漏水现象，采用化学灌浆及聚合物水泥砂浆处理后，在混凝土表面整体涂刷SK单组分刮涂聚脲进行防渗、防碳化处理，取得了较好的效果，运行3年来未见异常［8］。

3.4 泄洪建筑物抗冲磨防护许多水工泄水建筑物经过多年的泄洪冲刷和老化，混凝土面出现大面积磨损、裂缝及局部伸缩缝破损等缺陷，为了保证泄洪建筑物的安全泄洪，延长泄水建筑物的使用年限，需要对泄洪建筑物混凝土表面进行抗冲磨防护处理。

SK单组分刮涂聚脲的抗冲磨性能采用SL 325-2006《水工混凝土试验规程》中推荐的圆环高速含砂水流冲刷试验仪，设定名义流速为40 m/s，冲磨介质采用粒径为0.4～2.0 mm的金刚砂，水流含砂率为20%（质量比）。每组试件重复冲磨3次，每次20 min，总冲磨时间60 min。在同等试验条件下，与C60混凝土进行比较，表2为冲磨试验结果。从表2可以看出，SK单组分刮涂聚脲（抗冲磨型）抗冲磨能力是C60混凝土材料的70倍以上［9］。

采用SK单组分刮涂聚脲对泄洪建筑物进行抗冲磨防护施工工艺同上。为了保证聚脲涂层与周围混凝土的搭接牢固可靠，避免在高速水流冲刷下开口掀起，收边处混凝土打磨成倒三角（见图2），聚脲涂层与周围混凝土搭接边处采用平滑过渡。

图9是青海李家峡水电站左底孔因泄水道混凝土表面不平整导致冲蚀破坏，采用回填浇筑C40W4F200二级配抗冲耐磨硅粉混凝土，在外表面涂刷SK单组分刮涂聚脲（抗冲磨型）的处理措施对泄水道进行修复，取得了较好的效果。图10是吉林白山水电站溢流面混凝土表面涂刷SK单组分刮涂聚脲（抗冲磨型）进行抗冲磨防护，并经过了2013年的泄洪考验。这种方法应用于富春江水电站溢流面和新疆克腊塑客水电站溢流面，均经历了泄洪的考验［9］。

图7 混凝土重力坝表面冻融破坏处理

图8 水闸混凝土表面防渗防碳化处理

表2 抗冲磨试验结果

图9 底孔泄洪道表面涂刷抗冲磨防护层

图10 溢流面表面涂刷抗冲磨防护层

4 结语

水工建筑物混凝土常常出现大面积渗漏、裂缝、渗漏、冻融剥蚀、冻胀、冲磨空蚀以及伸缩缝漏水等病害。SK单组分刮涂聚脲具有防渗能力强、抗冲磨效果好、防碳化，且伸长率大，在-45℃仍为柔性，施工工艺简单，适用于处理混凝土伸缩缝、裂缝、大面积防渗及有抗冲磨要求的泄洪建筑物等水利水电工程。在使用SK单组分刮涂聚脲施工时，涂刷聚脲时间要在界面剂初始固化时实施，如果间隔时间过长，需要在界面剂表面增加活化剂，以保证聚脲与基层面的粘接强度；涂刷聚脲厚度要均匀，立面上要分层涂刷，一次涂刷聚脲厚度要小于1 mm，以防止出现流挂现象。该材料已在多个水利水电工程中得到应用，通过大量工程实践，取得了显著效果，值得推广应用。

［1］DL/T 5317-2014，水电水利工程聚脲涂层施工技术规程［S］.

［2］孙志恒，张会文.聚脲材料的特性、分类及其应用范围［J］.水利规划与设计，2013（10）：36-38.

［3］余建平，路易·杜朗.高铁桥梁用暴露型防水弹性涂膜［J］.中国建筑防水，2009，（5）：7-9.

［4］孙志恒，李萌.SK柔性防护涂料在伸缩缝及裂缝快速修复中的应用［J］.大坝与安全，2011（1）：48-51.

［5］结构材料研究所.梨园坝混凝土面板接缝覆涂型柔性盖板止水结构研究报告［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2014.

［6］孙志恒，鲍志强，杨勇福，等.公伯峡水电站溢洪道底板修复［C］//水工混凝土建筑物检测与修补加固技术.北京：中国水利水电出版社，2013.

［7］付继东，杨东伟，李雪冬，等.寒冷地区混凝土坝上游面冻融剥蚀破坏的修复与防护［C］//水工混凝土建筑物检测与修补加固技术.北京：中国水利水电出版社，2013.

［8］吴云，甄理，陈鑫，等.玉渊潭进水闸混凝土表面防碳化及修补加固［C］//水工混凝土建筑物检测与修补加固技术.北京：中国水利水电出版社，2013.

［9］孙志恒，朱德康，王健平，等.富春江水电站溢流面表面抗冲磨防护试验［J］.水利水电技术，2013（9）：90-92.

SK one component brush polyurea and its application in projects

WANG Bingwei，SUN Zhiheng
（China institute of Water Resources and Hydropower Research，Beijing100038，China）

Many defects occur in hydraulic concrete structures，such as seepage，cracks，erosion damage by freezing and thawing，frost heave，anti-abrasion cavitation and the leakage of stretching joints.In order to eliminate these defects，it is necessary to adopt effective and reliable amending materials and technolo⁃gies.A kind of flexible protective coating material（SK）with good performance is introduced in this article together with its application method.SK one component brush polyurea coating has high tensile strength，high elongation，good bonding with base concrete，anti-scouring and anti-seepage capacity，good aging re⁃sistance，easy construction etc.It has been widely used in many hydropower projects，with significant appli⁃cation results on safety and reliability.

one component brush polyurea；protective coating；mending technology

TV698.2

A

10.13244/j.cnki.jiwhr.2015.02.004

1672-3031（2015）02-0106-05

（责任编辑：王冰伟）

2014-07-21

王冰伟（1961-），女，辽宁抚顺人，高级工程师，主要从事水工材料研究。E-mail：wangbw@iwhr.com