SK柔性防护涂料在伸缩缝及裂缝快速修复中的应用

孙志恒，李萌，倪燕，赵立庭

（1.中国水利水电科学研究院，北京100038；2.中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津300222；3北京水利局京密引水管理处，北京101400）

为了适应混凝土建筑物结构的温度变形、不均匀沉降及满足施工要求，混凝土建筑物需要设置伸缩缝。通常用于伸缩缝表层止水的材料是橡胶止水带、三元乙丙板等，这些材料本身的止水效果很好，但存在与混凝土之间的粘接问题，需要采用专门的胶粘或机械压边锚固的方法，这不但给施工造成不便，而且施工质量不易保证，经常出现伸缩缝漏水的情况。

混凝土裂缝也是常见的病害之一，混凝土墙（闸墩、边墩、输水隧洞、渠道侧墙、厂房等）、板（堆石坝的混凝土防渗面板、闸底板、渠道底板等）均属于薄壁结构，长期暴露在自然环境中，经受着温差、冻融、干湿交替等各种不利自然因素作用，又受到各种有害介质的侵蚀，容易产生裂缝。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。

已投入运行的工程出现伸缩缝漏水、混凝土裂缝等缺陷后，检修时间很短，因此开发一种有效的快速修补混凝土建筑物伸缩缝漏水及混凝土裂缝的材料是非常必要和迫切的。

1 混凝土表面柔性防渗材料

1.1 混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭材料的要求

混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭材料很多，目前常采用的材料有环氧树脂、水泥基类材料、PCS涂料、JS涂料、橡胶止水带、三元乙丙板、聚氨酯及双组分聚脲等。大多数情况下，混凝土裂缝及伸缩缝缝宽会随着温度、荷载、干湿、不均匀升降等因素的作用而发生变化，因此其表面封闭材料应满足如下要求：

（1）防渗性能好，可以满足高水头作用不渗透；

（2）耐水性好，可以长期在水下浸泡而性能不变；

（3）强度高，具有一定的抗冲磨性能及抵抗水压力作用；

（4）耐侯性好，抗老化，适应干湿交替变换的情况；

（5）柔性好，能适应混凝土裂缝及伸缩缝的变形；

（6）耐低温，抗冻性好（在北方地区应用）；

（7）施工方便。

1.2 SK柔性防护涂料特性

SK柔性防护涂料为单组分，是由含多异氰酸酯—NCO的高分子预聚体与经封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，并加入其他功能性助剂所组成。在无水状态下，体系稳定，在空气中水分的作用下，会迅速产生多元胺，多元胺迅速与异氰酸酯—NCO反应，形成SK柔性防护涂层。

SK柔性防护涂料分为“抗冲磨型”和“防渗型”两种。“抗冲磨型”比“防渗型”材料强度高，硬度大，但延伸率相对较低（大于220%）；“防渗型”材料延伸率大，硬度小，但强度相对较低（拉伸强度大于16 MPa、撕裂强度大于40 kN/m）。“抗冲磨型”和“防渗型”材料的主要技术指标见表1和表2。

表1 SK柔性防渗型材料的主要技术指标Table 1:Main technique indexes of the SK flexible protective coating(anti-seepage)

表2 SK柔性抗冲磨型材料的主要技术指标Table 2:Main technique indexes of the SK flexible protective coating(anti-scouring)

SK柔性防护涂料主要特点如下：

（1）材料为脂肪族，耐老化性能好，不变色；

（2）无毒，可用于饮用水工程；

（3）防渗、抗冲磨性能好；

（4）强度高、延伸率大，与基础混凝土粘接好；（5）耐老化，抗冻效果好，耐化学腐蚀；

（6）对混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭时可以复合胎基布增强；

（7）局部缺陷修补使用同一种材料，施工方便。

该材料适用于处理混凝土建筑物伸缩缝、混凝土裂缝、混凝土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。目前该材料已经在深圳东江引水渡槽伸缩缝、深圳龙茜输水隧洞伸缩缝、宝泉抽水蓄能电站上库进水口混凝土面板伸缩缝、山东大寺河渡槽伸缩缝、张家口清水河混凝土侧墙伸缩缝、深圳东江5号引水隧洞裂缝、云桥水库混凝土面板裂缝、十三陵抽水蓄能电站上库面板裂缝、蒲石河抽水蓄能电站上库面板裂缝、双沟混凝土面板裂缝、新疆吉林台混凝土面板裂缝、新疆温泉混凝土面板裂缝、龙羊峡水电站左表孔溢洪道防护、构皮滩水电站水垫塘防护、辽宁回龙水电站溢流面防护、辽宁太平哨水电站溢流面防护、安徽白莲崖水库泄洪洞孔防护等工程中进行了应用，取得了良好的效果。

1.3 SK柔性防护涂料氙灯人工气候老化试验

对于高分子修补防护材料，其耐老化性能倍受工程界关注。氙灯人工气候老化试验是以氙灯为光源，模拟和强化光、热、空气、温度、湿度和降雨等主要因素的一种人工气候老化试验方法，应用于测试材料的光稳定性和抗老化性。氙弧灯达到试样表面的光谱非常接近太阳的光谱，实验中氙灯波长范围300～890 nm，辐射强度（1000±200）W/m2，黑板温度：55℃±3℃；相对湿度60%～70%，降雨周期18 min、间隔干燥102 min。SK柔性防渗型涂料与抗冲磨型涂料化学成分基本一样，具有相同的耐老化性能。表3为SK柔性防护涂料（防渗型）在氙灯人工加速老化实验0～1869 h的实验结果。

从表3可以看出，加速试验老化1869 h后，SK柔性防护涂料老化后强度降低了18%，断裂伸长率从364%降低到339%，仅降低了8%。

表3 SK柔性防护涂料氙灯人工加速老化实验结果Table 3:Results of artificial accelerating aging test of the SK flex⁃ible protective coating

从SK柔性防护涂料氙灯人工加速老化试验拉伸强度变化规律来看，拉伸强度开始下降较快，500 h以后下降趋于稳定；从断裂伸长率变化规律来看，断裂伸长率开始下降较快，1000 h以后下降趋于稳定。此外，从材料表面变化情况来看，涂料老化主要发生在表层。

在同样的氙灯人工加速老化试验条件下，天然橡胶板加速老化1500 h后强度降低了48%，断裂伸长率降低了53%，老化现象明显。三元乙丙板加速老化试验1500 h后，强度降低较小，但断裂伸长率降低很快，下降31.1%。

由此可以看出，SK柔性防护涂料具有较强的抗紫外线和抗太阳暴晒性能，在阳光照射下，SK柔性防护涂料较三元乙丙板和天然橡胶板使用寿命长，并且SK柔性防护涂料具有-45℃的低温柔性，能适应高寒地区的低温环境。

2 SK柔性防护涂料工程应用实例

2.1 北京西崔村过水涵洞伸缩缝处理

北京西崔村过水涵洞位于北京市京密引水渠的CH55+489 m处，洞身长39.5 m，6孔，断面尺寸为4 m×2.5 m。该涵洞建于上世纪60年代初，经过近50年的运行，伸缩缝内部止水材料老化严重，需要进行更换并进行表面封闭。

根据现场检查情况，制定了伸缩缝双层止水处理方案（见图1）。该方案将伸缩缝内的原老化材料凿除，保留原锚固止水带的锚筋，伸缩缝内嵌填聚苯板，用聚合物水泥砂浆修补剥落部分，涂刷SK柔性防渗涂料，并在涂料内复合胎基布以增加涂层的强度。SK柔性防渗材料厚度为4 mm，作为第一道防水。槽内回填聚合物水泥砂浆，原锚筋可以起到加强作用，伸缩缝部位嵌填GB柔性止水板，在聚合物水泥砂浆表面再涂刷2 mm厚的SK柔性防渗材料，以保证柔性防渗材料与原土工膜连为一体，作为第二道止水。该工程修复后已正常运行了三年，效果良好。

图1 涵洞伸缩缝表面止水方案示意图Fig.1 Water seal plan for the expansion joints surface of culvert

2.2 河南宝泉抽水蓄能电站上水库进水口伸缩缝处理

河南宝泉抽水蓄能电站上水库进出水口设计最大水深45 m，前池分缝及建筑物结合部原设计均为两道止水，底部为紫铜止水，表面为GB柔性填料覆盖三元乙丙板止水板。2008年底工程初期蓄水后，发现进出水口部位混凝土渗漏比较严重，根据前池廊道渗水及水下摄影检查，发现伸缩缝有漏水通道，说明两道止水已经失效。考虑到进出水口前池面板表面止水的原混凝土基础面不平整，拆除后重新打孔安装止水板比较困难，且进出水口前池面板和进出水口箱涵结合部处的止水结构缝化学灌浆打孔比较困难，难以施工，因此，现场设计决定在拆除表面柔性止水板后，将表面止水板改为采用SK柔性防渗涂层，同时两侧打斜孔进行化学灌浆。

根据进出水口混凝土结构的实际情况，处理方案见图2，其自上到下的材料为：SK柔性防护涂料（3 mm）、胎基布（15 cm宽）、SK柔性防护涂料（1 mm）、BE14界面剂、聚硫密封胶（槽宽为6 cm，深8 cm）。SK柔性防护涂料与聚硫密封胶之间不粘接。由于SK柔性防护涂料伸长率大于380%，60 mm宽SK柔性防护涂料变形可超过200 mm。因此，即使结构缝出现50 mm左右沉陷或张开情况，复合胎基布的涂层也不会发生破坏，完全可以满足结构缝的变形需要。该工程修复运行两年多后放水检查发现，处理效果很好。

图2 混凝土裂缝涂刷SK柔性防护涂料的示意图Fig.2 Brushing SK flexible protective coating on concrete sur⁃face

2.3 十三陵抽水蓄能电站混凝土面板裂缝处理

十三陵抽水蓄能电站上池的钢筋混凝土面板是在严酷冻融条件下运行的面板。经过多年运行，面板混凝土表面出现了大量裂缝，并且随着时间的增长，面板混凝土裂缝长度和数量还在不断增加，原裂缝表面封闭材料已经老化、脱落。2010年初对面板高程557 m以上水位变化区的裂缝（缝宽0.1～0.3 mm）进行了表面封闭处理。采用SK柔性防护涂料复合胎基布对裂缝表面快速封闭的处理方案（见图3）。施工工艺为：（1）沿混凝土裂缝表面进行打磨（20 cm宽）、在15 cm范围内的边缘打磨成三角型，边缘深度2 mm，清洗干净；（2）裂缝表面晾干后涂刷BE14界面剂（18 cm宽），待界面剂表干后直接刮涂SK柔性防护涂料（15 cm宽）并复合单层胎基布（见图4）；（3）SK柔性防护涂料允许作业时间在2 h以内。涂刷两～三遍，以保证裂缝部位聚脲厚度大于3 mm。面板裂缝处理后的情况见图5。

图3 混凝土裂缝表面封闭处理方案示意图Fig.3 Surface seal treatment for concrete cracks

图4 裂缝表面涂料复合胎基布Fig.4 Surface coating compounding substrate fabric for cracks

3 结语

图5 裂缝表面柔性涂层封闭后的情况Fig.5 Crack surface sealed by flexible protective coating

混凝土建筑物伸缩缝漏水及混凝土裂缝缺陷的存在将影响建筑物的耐久性及正常运行，严重的会危害建筑物的整体性和稳定性，使建筑物的安全受到严重威胁。开发一种有效的快速修补混凝土建筑物伸缩缝漏水及混凝土裂缝的材料是非常必要和迫切的。通过室内外试验及工程应用证明，SK柔性防护涂料具有防渗能力强、抗冲磨效果好、扯断伸长率大等特点，适用于快速封闭混凝土伸缩缝和裂缝表面。“抗冲磨型”柔性防护涂料强度高，硬度大，但扯断延伸率相对较低。“防渗型”柔性防护涂料延伸率大，硬度小，但强度相对较低。

修补工程是一项复杂细致的工作，选择“抗冲磨型”或“防渗型”柔性防护涂料要根据工程特性来确定，要掌握这种材料的正确使用方法及严格按施工工艺施工。由于SK柔性防护涂料具有力学性能优异及施工方便、不需要专门设备等特点，在水工混凝土建筑物伸缩缝表面防渗、裂缝表面封闭及大面积防冲磨、防渗等方面具有广阔的应用前景。■

[1]孙志恒,岳跃真.喷涂聚脲弹性体技术及其在水利工程中的应用[J].大坝与安全,2005(1).

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[3]余建平,Louis Durot,丁海涛.单组分聚脲防水涂膜及其应用[J].中国建筑防水,2006(12).

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