浅谈应用喷涂纯聚脲技术实现水工混凝土防护

浅谈应用喷涂纯聚脲技术实现水工混凝土防护

管延鑫 林佳运 王昊翔

青岛爱尔家佳新材料股份有限公司 山东省青岛市 266000

摘要：研发喷涂纯聚脲(下列简写纯聚脲)高新技术对水工混凝土构造的有效防护,在保障水利工程设施长久安全运营上有着重要意义。本文主要围绕喷涂纯聚脲技术在水工混凝土防护方面的情况加以探析。把纯聚脲工程技术运用到水工混凝土保护施工中技术优越性突出,保护效益明显。

关键词：喷涂纯聚脲技术；水工混凝土；耐久性；病害机理；防护

高速含泥沙河流对水工混凝土结构的冲击损坏和空蚀破坏,是水工泄流构筑物中如溢流坝、泄洪洞(槽)、下泄闸等比较常见的病害问题。许多水工混凝土结构出现了裂纹、溶蚀、冻融、高温疲劳、波砂磨蚀等病害问题,严重威胁水工建筑的正常使用和服役安全。针对于混凝土结构的裂纹,目前最常用的修补工艺技术大致为混凝土结构自修补工艺技术、聚合物砂浆修补工艺技术、充填无机水性混凝土密闭防渗混凝土剂工艺技术和水泥表层涂覆柔性防水材料工艺技术等。当中,混凝土结构自修补工艺技术对0.4毫米以上的裂纹自修补呈现的效果并不好,同时聚合物纤维管以及微胶囊的数量比较多，这也会直接影响基体宏观特性;聚合物砂浆刮抹效率较差,施工效能较低,且在顶面、下垂面的流淌现状较突出;而无机水性混凝土结构密闭防渗性剂附着特性也亟待进一步提高;而普通的柔性防水材料则面临着容易衰老、寿命短和硬度较低等缺陷,所以寻找一个施工简单、不流淌,且附着力强和热力学性能佳的修补技艺就显得十分有必要。

一、聚脲技术修复的技术优势

对混凝土构件的修补,表面处理法施工简单、修补效果较好。但是一般的修补材料存在容易老化、寿命短、硬度降低、保护性能欠可靠等缺陷,所以寻找一个对混凝土构件能进行长期有效的修补技术变得关键。研究中指出:①自然界中的冻融循环、干旱湿润交替、化学侵蚀、脉动压力变化和高含泥砂河流的冲蚀磨损等环境因子与随机荷载的相互耦合影响,是导致对水工混凝土构造破坏的重要因素;②纯聚脲工艺技术优越的野外不良施工环境以及复杂基材的适应性,和优良的防冲击耐老化特性是实现对水工混凝土有效保护的最有力保证;③选择纯聚脲和适当的浇筑技艺是控制水工混凝土防护质量的关键问题。

聚脲技术是一项全新无溶料、污染性非常小的绿色施工科技工艺,它可以针对施工环境在任何形状表面上产生整体的高密度、无接缝、高强度、高弹性涂层,施工过程简单、快捷并且拥有良好的防水、防腐蚀和耐老化等特性。聚脲技术和普通混凝土构件表面修补工艺技术的对比如表1所显示,从表中可以发现,不管是从材质特性还是施工工艺,聚脲技术都表现出了其独特的优越性。而经过相关的比较可以看出,将聚脲技术运用到混凝土构件的表面修补领域中,将在较大程度上克服目前表面修补工程技术所面临的技术瓶颈,并且主要具备了如下优点。

(1)VOC(VolatileOrganicCompounds,挥发性有机化合物的缩写),以满足人类环境保护、节约、减排、低碳生活的需要。

(2)快速稳定,聚脲反应十分快速,凝胶的持续时间可以以秒为单位进行计量,且不受周围环境温湿度影响,在五分钟以内即达到稳定步行强度。能在任何曲面、垂直面和顶面连续喷涂成形,而不会产生空气流动现象。

(3)施工方便,效率较高。喷涂输出量大、能持续作业,每次涂装达到两毫米以上的厚度,就能做到对大裂纹有效修补,无起泡现象。

(4)机械力学性能优异,拉伸力硬度达到20MPA以上、断裂伸长率达到百分之五百以上,坚固特性可以按照要求从A30-D65任意转变。对复杂基材的适应性很强,粘着特性可以超过2.5MPa。附着特性优异,能有效对抗由日夜、四季环境温差所引起的热胀冷缩。不形成裂缝和剥落等现象。

(5)可依据需要选用不同的色彩,具有装饰效果。另外,还能够随着施工环境的变化,灵活开展配方设计,以满足所需要的特性。

二、水工混凝土病害机理

近年来由于中国频频出现的严重的水旱灾害,导致了重大生命经济损失,警示我们国家加强水利施工刻不容缓,基于中国水工混凝土在严酷自然环境下长期服役，再加上超高的施工难度,纯聚脲由于具有对自然环境超强的适应性、施工方便快捷和保护特性较突出的特性,是水工混凝土结构理想的保护材料。病害机理与预防关键技术研发和运用对于改善水工建筑耐久性与安全有着重大意义。吴中如教授和崔俊芝院士将中国现役水工混凝土结构及病害的安全防御列为水利工程的关键技术问题中。图1所表现的是中国水工混凝土服役环境状况,从图中可发现,水工混凝土服役流程中除了受到大气环境中的冻融环流、干湿更替、物理化学腐蚀、温度应力、脉动压强等与自然环境因子耦合效应的负面影响之外。局部还要受到高含泥砂水流的冲蚀损耗,它所受到的局部流动速度场的撞击动能和力度,规模可高达数千大气压.乃至超过数万个大气压,其中,高速水流和磨料粒的冲蚀对它形成了巨大的冲蚀损耗。高速河流对建筑物中过流面混凝土的冲蚀损坏和空蚀的损伤,是水工泄流结构中如溢流坝、泄洪洞(槽)、泄水闸等经常出现的病害。尤其是在流量很大且河流中又夹带了悬移质或推移质物质时,水工建筑所受到的冲磨、空蚀等现象也就变得十分严重。高速含泥沙水流,对水工混凝土建筑在过流面的冲击磨损、空蚀等影响效应会造成建筑表层混凝土大规模剥蚀,最严峻的情况可造成灾难性事件。另外,水工混凝土建筑在浇筑过程中还面临着因碾压不密实、混凝土水化热引起的裂缝,在高水压下进一步变形或破裂,造成渗漏通道,从而危及了水工建筑的安全与稳定性。这些随机载荷和环境因子之间的协同效应使得水工混凝土耐久性显著降低,并最终受到损坏。

三、纯聚脲的施工工艺

从本质上来讲，建筑施工技术对于聚脲涂层的特性也会产生相应的影响。应用纯聚脲材质和适当的技术所组成的聚脲涂料层,由于其理化特性良好而被称为"万能"(versatile)的建筑材料。如果混淆了"万能"的涵义,选用物质材料以次充好，则不利于建筑工程的实效性提升。早在二零零五年就明确提出了"一分聚脲、九分建筑"的重要理念,而它们的真正涵义指的是，首先应该选用纯聚脲,因为这是物质基础,是保障聚脲工程获得良好成效的源头。然后根据不同类型的基材、不同地区的气候环境.以及不同类型的底漆,选择与之相应的对策,并选择适当的建筑技术,这才是核心环节。

掌握好聚脲涂层的施工工艺,是顺利进行防护水利工程工作的核心环节。水利工程聚脲施工流程,通常分为施工准备、基底处理施工、基底处理检验、底漆施工、底漆施工检验、遮护和收边处理、聚脲涂料层施工和自检、维修、检验等。下面以基体处理为例进行相关说明:

为提高聚脲对水工建筑物的保护效应,首先要改善基体材料的品质。对表层较大的裂缝,应先采用修补腻子加以封堵。将表层的小毛刺形成后用角磨机磨平,当尖端突出时尽可能采用圆弧过渡,以减少尖端应力强度。同时使用高温水枪清洗基材上的松土、污物,然后使用风力灭火机去除表层水分、尘土等,以保持基材表层的洁净、干燥,千万不能出现蜂窝麻面、浮碴、浮土、脱模物和油渍等污物。

总结

综上所说,与聚氨酯脲比较,纯聚脲无论是在水工聚脲的防护与施工品质控制,或是在耐老化特性等方面都具有明显的优越性。双组分快速反应形成连续紧密的聚脲涂层,因此能够持续经受自然界中随机荷载、冻融循环、干湿交替、气温变动和腐蚀介质等复杂自然环境因子耦合相互作用的影响。经过实验室的测试分析,以及国内对水工混凝土纯聚脲防护技术的应用,实际证明:纯聚脲技术更能满足中国水工混凝土在野外施工的恶劣自然环境,而纯聚脲技术则是促进中国水工混凝土历久弥新的关键保证。

参考文献：

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