孫志恒，李萌，倪燕，趙立庭

（1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京100038；2.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津300222；3北京水利局京密引水管理處，北京101400）

為了適應(yīng)混凝土建筑物結(jié)構(gòu)的溫度變形、不均勻沉降及滿足施工要求，混凝土建筑物需要設(shè)置伸縮縫。通常用于伸縮縫表層止水的材料是橡膠止水帶、三元乙丙板等，這些材料本身的止水效果很好，但存在與混凝土之間的粘接問(wèn)題，需要采用專門(mén)的膠粘或機(jī)械壓邊錨固的方法，這不但給施工造成不便，而且施工質(zhì)量不易保證，經(jīng)常出現(xiàn)伸縮縫漏水的情況。

混凝土裂縫也是常見(jiàn)的病害之一，混凝土墻（閘墩、邊墩、輸水隧洞、渠道側(cè)墻、廠房等）、板（堆石壩的混凝土防滲面板、閘底板、渠道底板等）均屬于薄壁結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境中，經(jīng)受著溫差、凍融、干濕交替等各種不利自然因素作用，又受到各種有害介質(zhì)的侵蝕，容易產(chǎn)生裂縫。混凝土裂縫的出現(xiàn)將會(huì)降低混凝土的耐久性和防滲性，一旦裂縫發(fā)展成為滲水通道，會(huì)引起水工建筑物的滲漏，甚至危及結(jié)構(gòu)的安全。

已投入運(yùn)行的工程出現(xiàn)伸縮縫漏水、混凝土裂縫等缺陷后，檢修時(shí)間很短，因此開(kāi)發(fā)一種有效的快速修補(bǔ)混凝土建筑物伸縮縫漏水及混凝土裂縫的材料是非常必要和迫切的。

1 混凝土表面柔性防滲材料

1.1 混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉材料的要求

混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉材料很多，目前常采用的材料有環(huán)氧樹(shù)脂、水泥基類材料、PCS涂料、JS涂料、橡膠止水帶、三元乙丙板、聚氨酯及雙組分聚脲等。大多數(shù)情況下，混凝土裂縫及伸縮縫縫寬會(huì)隨著溫度、荷載、干濕、不均勻升降等因素的作用而發(fā)生變化，因此其表面封閉材料應(yīng)滿足如下要求：

（1）防滲性能好，可以滿足高水頭作用不滲透；

（2）耐水性好，可以長(zhǎng)期在水下浸泡而性能不變；

（3）強(qiáng)度高，具有一定的抗沖磨性能及抵抗水壓力作用；

（4）耐侯性好，抗老化，適應(yīng)干濕交替變換的情況；

（5）柔性好，能適應(yīng)混凝土裂縫及伸縮縫的變形；

（6）耐低溫，抗凍性好（在北方地區(qū)應(yīng)用）；

（7）施工方便。

1.2 SK柔性防護(hù)涂料特性

SK柔性防護(hù)涂料為單組分，是由含多異氰酸酯—NCO的高分子預(yù)聚體與經(jīng)封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，并加入其他功能性助劑所組成。在無(wú)水狀態(tài)下，體系穩(wěn)定，在空氣中水分的作用下，會(huì)迅速產(chǎn)生多元胺，多元胺迅速與異氰酸酯—NCO反應(yīng)，形成SK柔性防護(hù)涂層。

SK柔性防護(hù)涂料分為“抗沖磨型”和“防滲型”兩種?！翱箾_磨型”比“防滲型”材料強(qiáng)度高，硬度大，但延伸率相對(duì)較低（大于220%）；“防滲型”材料延伸率大，硬度小，但強(qiáng)度相對(duì)較低（拉伸強(qiáng)度大于16 MPa、撕裂強(qiáng)度大于40 kN/m）?！翱箾_磨型”和“防滲型”材料的主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表1 SK柔性防滲型材料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 1:Main technique indexes of the SK flexible protective coating(anti-seepage)

表2 SK柔性抗沖磨型材料的主要技術(shù)指標(biāo)Table 2:Main technique indexes of the SK flexible protective coating(anti-scouring)

SK柔性防護(hù)涂料主要特點(diǎn)如下：

（1）材料為脂肪族，耐老化性能好，不變色；

（2）無(wú)毒，可用于飲用水工程；

（3）防滲、抗沖磨性能好；

（4）強(qiáng)度高、延伸率大，與基礎(chǔ)混凝土粘接好；（5）耐老化，抗凍效果好，耐化學(xué)腐蝕；

（6）對(duì)混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉時(shí)可以復(fù)合胎基布增強(qiáng)；

（7）局部缺陷修補(bǔ)使用同一種材料，施工方便。

該材料適用于處理混凝土建筑物伸縮縫、混凝土裂縫、混凝土大面積防滲及有抗沖磨要求的泄洪建筑物等水利水電工程。目前該材料已經(jīng)在深圳東江引水渡槽伸縮縫、深圳龍茜輸水隧洞伸縮縫、寶泉抽水蓄能電站上庫(kù)進(jìn)水口混凝土面板伸縮縫、山東大寺河渡槽伸縮縫、張家口清水河混凝土側(cè)墻伸縮縫、深圳東江5號(hào)引水隧洞裂縫、云橋水庫(kù)混凝土面板裂縫、十三陵抽水蓄能電站上庫(kù)面板裂縫、蒲石河抽水蓄能電站上庫(kù)面板裂縫、雙溝混凝土面板裂縫、新疆吉林臺(tái)混凝土面板裂縫、新疆溫泉混凝土面板裂縫、龍羊峽水電站左表孔溢洪道防護(hù)、構(gòu)皮灘水電站水墊塘防護(hù)、遼寧回龍水電站溢流面防護(hù)、遼寧太平哨水電站溢流面防護(hù)、安徽白蓮崖水庫(kù)泄洪洞孔防護(hù)等工程中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果。

1.3 SK柔性防護(hù)涂料氙燈人工氣候老化試驗(yàn)

對(duì)于高分子修補(bǔ)防護(hù)材料，其耐老化性能倍受工程界關(guān)注。氙燈人工氣候老化試驗(yàn)是以氙燈為光源，模擬和強(qiáng)化光、熱、空氣、溫度、濕度和降雨等主要因素的一種人工氣候老化試驗(yàn)方法，應(yīng)用于測(cè)試材料的光穩(wěn)定性和抗老化性。氙弧燈達(dá)到試樣表面的光譜非常接近太陽(yáng)的光譜，實(shí)驗(yàn)中氙燈波長(zhǎng)范圍300～890 nm，輻射強(qiáng)度（1000±200）W/m2，黑板溫度：55℃±3℃；相對(duì)濕度60%～70%，降雨周期18 min、間隔干燥102 min。SK柔性防滲型涂料與抗沖磨型涂料化學(xué)成分基本一樣，具有相同的耐老化性能。表3為SK柔性防護(hù)涂料（防滲型）在氙燈人工加速老化實(shí)驗(yàn)0～1869 h的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

從表3可以看出，加速試驗(yàn)老化1869 h后，SK柔性防護(hù)涂料老化后強(qiáng)度降低了18%，斷裂伸長(zhǎng)率從364%降低到339%，僅降低了8%。

表3 SK柔性防護(hù)涂料氙燈人工加速老化實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3:Results of artificial accelerating aging test of the SK flex?ible protective coating

從SK柔性防護(hù)涂料氙燈人工加速老化試驗(yàn)拉伸強(qiáng)度變化規(guī)律來(lái)看，拉伸強(qiáng)度開(kāi)始下降較快，500 h以后下降趨于穩(wěn)定；從斷裂伸長(zhǎng)率變化規(guī)律來(lái)看，斷裂伸長(zhǎng)率開(kāi)始下降較快，1000 h以后下降趨于穩(wěn)定。此外，從材料表面變化情況來(lái)看，涂料老化主要發(fā)生在表層。

在同樣的氙燈人工加速老化試驗(yàn)條件下，天然橡膠板加速老化1500 h后強(qiáng)度降低了48%，斷裂伸長(zhǎng)率降低了53%，老化現(xiàn)象明顯。三元乙丙板加速老化試驗(yàn)1500 h后，強(qiáng)度降低較小，但斷裂伸長(zhǎng)率降低很快，下降31.1%。

由此可以看出，SK柔性防護(hù)涂料具有較強(qiáng)的抗紫外線和抗太陽(yáng)暴曬性能，在陽(yáng)光照射下，SK柔性防護(hù)涂料較三元乙丙板和天然橡膠板使用壽命長(zhǎng)，并且SK柔性防護(hù)涂料具有-45℃的低溫柔性，能適應(yīng)高寒地區(qū)的低溫環(huán)境。

2 SK柔性防護(hù)涂料工程應(yīng)用實(shí)例

2.1 北京西崔村過(guò)水涵洞伸縮縫處理

北京西崔村過(guò)水涵洞位于北京市京密引水渠的CH55+489 m處，洞身長(zhǎng)39.5 m，6孔，斷面尺寸為4 m×2.5 m。該涵洞建于上世紀(jì)60年代初，經(jīng)過(guò)近50年的運(yùn)行，伸縮縫內(nèi)部止水材料老化嚴(yán)重，需要進(jìn)行更換并進(jìn)行表面封閉。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，制定了伸縮縫雙層止水處理方案（見(jiàn)圖1）。該方案將伸縮縫內(nèi)的原老化材料鑿除，保留原錨固止水帶的錨筋，伸縮縫內(nèi)嵌填聚苯板，用聚合物水泥砂漿修補(bǔ)剝落部分，涂刷SK柔性防滲涂料，并在涂料內(nèi)復(fù)合胎基布以增加涂層的強(qiáng)度。SK柔性防滲材料厚度為4 mm，作為第一道防水。槽內(nèi)回填聚合物水泥砂漿，原錨筋可以起到加強(qiáng)作用，伸縮縫部位嵌填GB柔性止水板，在聚合物水泥砂漿表面再涂刷2 mm厚的SK柔性防滲材料，以保證柔性防滲材料與原土工膜連為一體，作為第二道止水。該工程修復(fù)后已正常運(yùn)行了三年，效果良好。

圖1 涵洞伸縮縫表面止水方案示意圖Fig.1 Water seal plan for the expansion joints surface of culvert

2.2 河南寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)水口伸縮縫處理

河南寶泉抽水蓄能電站上水庫(kù)進(jìn)出水口設(shè)計(jì)最大水深45 m，前池分縫及建筑物結(jié)合部原設(shè)計(jì)均為兩道止水，底部為紫銅止水，表面為GB柔性填料覆蓋三元乙丙板止水板。2008年底工程初期蓄水后，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出水口部位混凝土滲漏比較嚴(yán)重，根據(jù)前池廊道滲水及水下攝影檢查，發(fā)現(xiàn)伸縮縫有漏水通道，說(shuō)明兩道止水已經(jīng)失效?？紤]到進(jìn)出水口前池面板表面止水的原混凝土基礎(chǔ)面不平整，拆除后重新打孔安裝止水板比較困難，且進(jìn)出水口前池面板和進(jìn)出水口箱涵結(jié)合部處的止水結(jié)構(gòu)縫化學(xué)灌漿打孔比較困難，難以施工，因此，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)決定在拆除表面柔性止水板后，將表面止水板改為采用SK柔性防滲涂層，同時(shí)兩側(cè)打斜孔進(jìn)行化學(xué)灌漿。

根據(jù)進(jìn)出水口混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，處理方案見(jiàn)圖2，其自上到下的材料為：SK柔性防護(hù)涂料（3 mm）、胎基布（15 cm寬）、SK柔性防護(hù)涂料（1 mm）、BE14界面劑、聚硫密封膠（槽寬為6 cm，深8 cm）。SK柔性防護(hù)涂料與聚硫密封膠之間不粘接。由于SK柔性防護(hù)涂料伸長(zhǎng)率大于380%，60 mm寬SK柔性防護(hù)涂料變形可超過(guò)200 mm。因此，即使結(jié)構(gòu)縫出現(xiàn)50 mm左右沉陷或張開(kāi)情況，復(fù)合胎基布的涂層也不會(huì)發(fā)生破壞，完全可以滿足結(jié)構(gòu)縫的變形需要。該工程修復(fù)運(yùn)行兩年多后放水檢查發(fā)現(xiàn)，處理效果很好。

圖2 混凝土裂縫涂刷SK柔性防護(hù)涂料的示意圖Fig.2 Brushing SK flexible protective coating on concrete sur?face

2.3 十三陵抽水蓄能電站混凝土面板裂縫處理

十三陵抽水蓄能電站上池的鋼筋混凝土面板是在嚴(yán)酷凍融條件下運(yùn)行的面板。經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，面板混凝土表面出現(xiàn)了大量裂縫，并且隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，面板混凝土裂縫長(zhǎng)度和數(shù)量還在不斷增加，原裂縫表面封閉材料已經(jīng)老化、脫落。2010年初對(duì)面板高程557 m以上水位變化區(qū)的裂縫（縫寬0.1～0.3 mm）進(jìn)行了表面封閉處理。采用SK柔性防護(hù)涂料復(fù)合胎基布對(duì)裂縫表面快速封閉的處理方案（見(jiàn)圖3）。施工工藝為：（1）沿混凝土裂縫表面進(jìn)行打磨（20 cm寬）、在15 cm范圍內(nèi)的邊緣打磨成三角型，邊緣深度2 mm，清洗干凈；（2）裂縫表面晾干后涂刷BE14界面劑（18 cm寬），待界面劑表干后直接刮涂SK柔性防護(hù)涂料（15 cm寬）并復(fù)合單層胎基布（見(jiàn)圖4）；（3）SK柔性防護(hù)涂料允許作業(yè)時(shí)間在2 h以內(nèi)。涂刷兩～三遍，以保證裂縫部位聚脲厚度大于3 mm。面板裂縫處理后的情況見(jiàn)圖5。

圖3 混凝土裂縫表面封閉處理方案示意圖Fig.3 Surface seal treatment for concrete cracks

圖4 裂縫表面涂料復(fù)合胎基布Fig.4 Surface coating compounding substrate fabric for cracks

3 結(jié)語(yǔ)

圖5 裂縫表面柔性涂層封閉后的情況Fig.5 Crack surface sealed by flexible protective coating

混凝土建筑物伸縮縫漏水及混凝土裂縫缺陷的存在將影響建筑物的耐久性及正常運(yùn)行，嚴(yán)重的會(huì)危害建筑物的整體性和穩(wěn)定性，使建筑物的安全受到嚴(yán)重威脅。開(kāi)發(fā)一種有效的快速修補(bǔ)混凝土建筑物伸縮縫漏水及混凝土裂縫的材料是非常必要和迫切的。通過(guò)室內(nèi)外試驗(yàn)及工程應(yīng)用證明，SK柔性防護(hù)涂料具有防滲能力強(qiáng)、抗沖磨效果好、扯斷伸長(zhǎng)率大等特點(diǎn)，適用于快速封閉混凝土伸縮縫和裂縫表面?！翱箾_磨型”柔性防護(hù)涂料強(qiáng)度高，硬度大，但扯斷延伸率相對(duì)較低?！胺罎B型”柔性防護(hù)涂料延伸率大，硬度小，但強(qiáng)度相對(duì)較低。

修補(bǔ)工程是一項(xiàng)復(fù)雜細(xì)致的工作，選擇“抗沖磨型”或“防滲型”柔性防護(hù)涂料要根據(jù)工程特性來(lái)確定，要掌握這種材料的正確使用方法及嚴(yán)格按施工工藝施工。由于SK柔性防護(hù)涂料具有力學(xué)性能優(yōu)異及施工方便、不需要專門(mén)設(shè)備等特點(diǎn)，在水工混凝土建筑物伸縮縫表面防滲、裂縫表面封閉及大面積防沖磨、防滲等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。■

[1]孫志恒,岳躍真.噴涂聚脲彈性體技術(shù)及其在水利工程中的應(yīng)用[J].大壩與安全,2005(1).

[2]孫志恒,夏世法.單組分聚脲在水利水電工程中的應(yīng)用[J].水利水電技術(shù),2009(1).

[3]余建平,Louis Durot,丁海濤.單組分聚脲防水涂膜及其應(yīng)用[J].中國(guó)建筑防水,2006(12).

[4]曹小武,孫志恒.深圳東江水源工程渡槽伸縮縫漏水及隧洞裂縫處理[J].中國(guó)水利水電科學(xué)研究院學(xué)報(bào),2010.