聚脲防护涂层在水电站迎水面混凝土冻胀处理中的应用

朱 亮

（新疆伊犁河流域开发建设管理局，新疆 巩留 830000）

0 引言

我国西部、北部地区等严寒地区，大多数水利工程在与水接触面上往往都存在冰对水工建筑物的破坏现象，如上游护坡、溢洪道、闸门闸墩、挡土墙、取水塔及隧洞等。水工混凝土结构的冻害现象往往是导致混凝土劣化的主要因素，也是我国水利工程中混凝土结构常见的病害之一，冻害现象的成因主要有静冰压力、冻融破坏和冰拔破坏等。静冰压力是指冬季水面发生大面积结冰时体积膨胀，对水工建筑物产生冰压力，但由于此时冰的强度较低,对混凝土影响并不是很明显。混凝土的冻融破坏是混凝土空隙中的水，在干湿交替、冻融循环作用下，形成冰涨压力和渗透压力联合作用的疲劳应力，使混凝土产生由表及里的剥蚀破坏，从而降低混凝土强度。另外，由于冻结发生时混凝土孔隙内含有水，冻结后混凝土与冰层牢牢锚固在一起，当水位变化时，混凝土面板受到由于冰层抬高或下降所产生的弯矩，发生旋转或翘起，产生冰拔破坏，图1为新疆恰甫其海水电站上游面的混凝土冰拔破坏情况。冰拔现象在严寒地区特别是新疆地区水利工程中普遍存在，且对挡水及输水建筑物产生了很大的破坏，严重影响工程的安全运行和服役寿命。

图1 大坝迎水面混凝土水位变换区混凝土破坏情况

1 项目概况

恰甫其海水利枢纽工程位于新疆伊犁地区特克斯河流域巩留县与特克斯县境内，工程以灌溉为主，兼有发电防洪等综合效益。水库总库容16.94亿m3。电站总装机量4×80 MW。工程由黏土心墙坝、表孔溢洪洞、中孔泄洪洞（由导流洞改建而成）、深孔排沙放空洞、1#和2#发电引水洞、电站厂房、开关站等主要建筑物组成。

经过多年的运行，大坝上游面混凝土在水位变化区部位出现一定程度的混凝土冻融破坏，部分区域出现粗骨料外露的现象。为提高混凝土的耐久性，需及时对出现冻融破坏的区域采用涂层防护的方式进行处理，同时可以提高大坝整体美观性。

2 缺陷处理材料及其性能

CW620高耐候聚脲材料是一种新型环保涂料，具有较好的弹性和优异耐候性能，对混凝土及其他建筑物结构有良好的防水、抗冻、抗碳化等防护作用。由于冻胀破坏混凝土具有一定深度，粗骨料外露甚至钢筋裸露，首先对松散混凝土进行凿除，然后采用CW环氧砂浆对混凝土修补，该环氧材料强度高，操作简单，每次施工厚度较大，填补施工工效高。表1和表2分别为CW620高耐候聚脲材料和CW环氧砂浆的性能指标。

表1 CW620高耐候聚脲性能指标

表2 CW环氧砂浆性能指标

3 施工措施

3.1 施工重难点

首先，从工期和工程量来讲，任务重，工期紧。在2个月时间内完成4100 m2，还包括搭设施工平台和转移施工平台的时间。其次，联合进水口混凝土冻胀破坏部位上距坝面约10 m，下距水面约10 m～20 m，项目施工属于高空作业，且由于部分位置上方有盖板遮挡，对吊篮的安装有所影响，从而导致施工难度增加，工人进出吊篮不便。

针对项目施工难点，经过多方商讨，对于第一点任务重工期紧对策是：合理配置施工人员和设备，达到既不窝工闲置设备也不让人员设备紧缺，考虑好打磨涂刷面积和人员设备的效率。同时针对施工位置的不同，施工平台大小以及施工平台的承重量合理安排人员设备。对于第二点施工平台搭设问题对策是：拟采用在浮船运送吊篮，将浮船作为临时搭设平台，联合进水口部位吊篮上方的固定点采用在横梁上打孔固定的方式，人员进口采用船只配合。

3.2 施工措施实施

工程施工采用吊篮作业，布置吊篮6～8部，现场拼装吊篮，并在吊篮侧边及底部各安装4个万向轮，沿堰面上下移动。安装时采用浮船辅助的方式，采用吊机将浮船下放至上游水面，将吊篮放置于浮船上运送至相应部位，上方钢丝绳固定后放置下方吊篮处，将吊篮钢丝绳固定，接通电源沿上游坝面上下移动。两种不同部位的吊篮安装及使用见图2、图3。

图2 外立面无遮挡的吊篮安装方式

图3 外立面有遮挡的吊篮安装方式

4 施工工艺

4.1 基面处理

为确保修补层与老混凝土结合强度，用角磨机将需要修补及凿毛的基面表层污染物、松散颗粒打磨除去，清除破坏区域表面乳皮，直至漏出新鲜密实的混凝土基面，清洗干净后应保持基面干燥。

4.2 混凝土损坏部位修补

用CW环氧砂浆将坑洞等修补平整。将整个防护区域混凝土基面进行打磨清洗，干燥后进行下一步处理。

4.3 聚脲界面剂施工

聚脲界面剂施工的作用是封闭处理后的混凝土基面气孔，增强涂层与混凝土的粘接性能。待涂刷界面剂完全干燥后再进行底涂施工，采用涂刷的方法如下：

按质量比2∶1将界面剂A、B料按比例称量混合，充分搅拌3 min～5 min，用刷子或滚筒，涂刷界面剂一遍，要求涂刷均匀、无漏涂、无堆积，约6 h表干后（表干时间随气温升高而变短，以表面沾手但不拉丝的状态为准），进行下一步面层聚脲施工。

4.4 聚脲面涂施工

面层施工应在干燥环境下进行，施工时环境温度在5℃～40℃，相对湿度在75%以下，并保证混凝土基底温度高于露点温度3℃。如果环境温度过低，可以对原料采取水浴预加热措施，以利于配料和施工，注意控制水浴温度，不可高于50℃。

聚脲批刮可从上到下，或从左到右单方向批刮，不宜来回多次，以防带进气泡，影响涂膜质量。要求涂层无流挂，表面无异物、无气泡。刮涂单组分聚脲2～3层，每层间隔时间约4 h～6 h（表干后即可进行下一道批刮）。

4.5 养护

涂层施工完成后确保在固化时间内（6 h～8 h）不接触明水，自然养护3天即可。涂层施工完成后采取必要防护措施，注意避免钢管端头、踏板角等尖锐部位直接碰撞涂层。施工完成后及时清理施工现场，避免施工过程中杂物挤压、磕碰，造成涂层破损。

图4 大坝迎水面混凝土涂层施工后效果图

5 结语

针对新疆伊犁地区某大坝迎水面混凝土冻胀及冰拔破坏情况，采用CW改性环氧砂浆对破坏区域进行修补，要求砂浆具有较好的粘接性能和抗流挂性，适宜于大深度填补缺陷，表面涂刮CW高耐候聚脲涂层，在强紫外辐射条件下具有较好的防护作用。施工处理完成后，有效阻隔了外界水侵入，抑制了混凝土冻融破坏过程，提升了混凝土结构耐久性，且表面美观。因此，冻胀破坏混凝土采用环氧砂浆修补，表面采用聚脲涂层进行耐候性防护的技术方案是可行的，可为类似水工建筑物混凝土修复及防护提供参考。