高性能改性聚合物修补砂浆结合聚脲涂料在冻融剥蚀修复工程上的应用

孟伟龙

(辽宁泽峰水利规划设计有限公司，沈阳 110004)

1 概 述

高性能改性聚合物修补砂浆作为一种高分子水性聚合物乳液改性水泥砂浆，以自改性的聚合物乳液为主材，与改性粉料、特种水泥、精制混合标准砂、高性能减水剂、助剂混合而成。与普通聚合物砂浆相比，其和易性得到了根本改善，施工更为高效便捷，力学等性能更为优异，可在潮湿基面进行人工抹涂或机械喷涂，同时具有优异的耐磨、黏结、抗裂、抗冻、防水、防氯离子、耐老化等性能。

单组分聚脲防水涂料是以功能性聚醚多元醇、脂肪族异氰酸酯及自制的潜固化剂为主要原料，与多种助剂和填料配制而成，接触空气中的湿气室温固化，整个过程不产生CO2，可成膜任意厚度不鼓泡，是目前耐久性最长的柔性涂层之一(阳光下暴露，耐久性≥30年)。其具备的超高力学性能、高抗冲刷性、与多种基材的高黏结性、良好的抗紫外线能力、优异的耐酸碱盐性、耐腐蚀性和低温柔性、可喷涂可手刷、施工方便等特性，逐步被工程领域认可并广泛应用。

东北地区水工建筑物运行多年普遍存在表面混凝土剥蚀、冻融破坏等现象。两种材料的结合应用理论上可以解决混凝土表面剥蚀的坑洼修补还可以大幅增强构筑物表面的抗性及寿命，解决寒冷地区水工建筑物冻融剥蚀的问题。

2 结合材料在水工建筑物修复工程中的应用

2.1 工程概况

沈阳市王家湾橡胶坝始建于2004年11月，2005年工程竣工并投入运行。工程位于沈阳市境内浑河城市段的河段上，橡胶坝工程为50a一遇洪水，工程等别Ⅲ等，建筑物级别为3级。橡胶坝位于流域中游，属温带季风型大陆性气候，冬季严寒、干燥，夏季湿热、多雨，平均最大积雪为28cm；多年平均最大冻土深度为148cm。该橡胶坝运行多年后，现状混凝土表面冻融剥蚀较为严重，将逐步破坏混凝土剥蚀区强度，对橡胶坝结构稳定造成影响，危及拦河坝的整体安全。本次工程主要提出本次橡胶坝坝体加固及冻害处理的工程措施，对冻融剥蚀部分混凝土进行修复，计划总工期60d，4月初施工准备，于5月底工程收尾。

2.2 破坏程度分析及修复方案

2.2.1 冻融剥蚀情况分析

根据《北方寒区闸坝混凝土病害诊断与修补防护基础规程》(辽宁省地方标准)，混凝土冻融剥蚀按其对建筑物危害程度进行分类如表1：

根据检测结果，下游底板及消力池斜坡面平均剥蚀深度2cm，中墩、边墩平均剥蚀深度2.5cm，剥蚀程度为B类，属一般冻融剥蚀。

不同等级混凝土冻融剥蚀处理原则略有不同，根据辽宁省相关工程经验参考执行，处理原则如表2：

表2 冻融剥蚀处理原则分类表

根据检测结果，本次处理遵循该规程建议，对抗抗冲磨区域进行处理，即下游底板、消力池、闸墩部位进行有效的修补措施，以为保证橡胶坝运行要求，并发挥效益。

具体修复遵循的原则如下：

1)剥蚀部分的修补宜遵循“凿旧补新”方式，先清理损伤部位的混凝土，涂刷或浇筑具有抗冲磨、抗冻、防渗及耐老化特性的修补材料。

2)清除损伤部位时，原则上应不破坏周边完好部位的混凝土。

3)应进行方案比选，选用工艺成熟、技术先进、经济合理的修补材料，并按相关规程规范和产品技术要求严格控制施工质量。

2.2.2 修复方案

目前东北地区混凝土表面加固的方式主要有常规凿毛修补和采用新材料进行修复等措施。根据本工程现状，剥蚀区混凝土内部强度仍能满足工程正常需要，但如不进行修补，则会在剥蚀区逐步破坏混凝土内部结构，直至混凝土强度无法满足正常运行要求时，发生事故。故本次修复，主要考虑在混凝土表面进行修补，而不对混凝土内部造成破坏。

在本工程的现有条件下，浇筑混凝土方案的凿毛，只能在最表层进行，使得重新浇筑的混凝土厚度很薄，修补效果差，难以达到正常运行的强度要求，也难以与原建筑紧密相连；而涂刷高性能防水防护材料方案的修补方式可不进行凿毛，只需处理表面后，即可继续涂刷高性能防水防护等材料对剥蚀区进行修复，故本次建议采用涂刷高性能防水防护材料方案更为合理[1]。

2.2.3 施工方法

对受损基面进行处理后，涂刷自改性聚合物净浆，然后采用高性能改性聚合物修补砂浆进行修复加固处理，修复厚度约2cm，涂刷界面剂后，在其表面手刮单组分(脂肪族)聚脲防水涂料，手刮厚度1.2±0.2mm，最终达到修复、补强加固和防水防护的目的。剖面示意图如图1所示。

图1 混凝土修复与防护剖面示意图

3 应用分析

对比传统的混凝土凿毛修补，主要区别是选取的修复材料不同，为使更直观地了解两种方案的优劣势，对比如表3。

表3 两种方案对比表

通过对比可见，改性砂浆结合聚脲修复方案从强度、耐久、适应性等诸多方面更适合东北寒冷气候的冻融剥蚀修复工作，其简便的操作及广泛的适用环境可以更加节约工期和劳动力。

3.1 成本节约

相比较与传统的混凝土修补，改性砂浆结合聚脲修复方案主要为砂浆层及聚脲涂层的涂抹，工序上节约了混凝土浇筑与模板等环节，缩短了工期，适合东北4-5月份非汛期实施。该方案快捷简单、功效显著，大大缩短工期，显著降低施工成本。

3.2 质量控制

改性砂浆结合聚脲修复方案相比混凝土修复方案，质量更便于控制，以其简便的施工操作，不需要过多的后期养护，更适合对工期有要求的水利工程。其良好的抗冻、抗渗、抗紫外线性能，大幅延长工程使用寿命，节约了后期运行管理费用，避免后期的频繁修复工作。

4 工艺注意事项

4.1 工艺流程

1)基面处理。对混凝土基面进行处理，凿除表面松动、剥蚀部分至坚硬层，清除基面上的乳皮、水泥净浆表层或松动颗粒等，使表面外露新鲜骨料。施工前基面用水清洗干净，使其处于饱和状态，但无明水。

2)净浆涂刷。铺设高性能改性聚合物修补砂浆前，在基面上需刷一道自改性聚合物净浆，净浆严格按照配比进行。使用滚筒或排刷将专用净浆涂刷在基面上，要求涂刷部位均匀无漏点。

3)砂浆涂抹。高性能改性聚合物修补砂浆严格按照配比混合，并充分搅拌至均匀。将拌制好的砂浆用抹刀根据实际情况涂抹到基面上，涂抹时尽可能同方向连续摊料，边涂抹边压实找平，并注意衔接处压实排气，使其密实平整。涂层厚度约2cm，分层抹压，以免脱空。

4)养护。待高性能改性聚合物修补砂浆施工完成后进行养护，养护期5-7天。

5)基面处理。使用角磨机对基面进行打磨，将表面的浮尘杂物打磨干净。使用大功率吹风机对打磨过的基面进行吹洗，将表面浮尘杂物清理干净，保证基面干燥、清净。

6)界面剂涂刷。使用滚筒或排刷将专用界面涂刷在基面上，要求涂刷部位均匀无漏点。

7)涂料涂刷。界面剂涂刷至少20min后，将单组份(脂肪族)聚脲防水涂料用塑料刮板均匀刮涂，每次刮涂厚度控制在0.4-0.6mm，分两至三次进行刮涂，上次涂膜表干后进行下次涂膜，时间间隔不超过24h，最终保证聚脲涂层厚度为1.2±0.2mm。

8)检测。实行全过程质量检查，主要检查涂刷厚度和黏结强度，每涂刷200m2进行一次检查并由现场监理监督执行。

4.2 施工注意事项

1)材料进场验收。进场材料必须具有合格证和检验报告，并依据《修补砂浆》(JC/T 2381-2016)和《单组分聚脲防水涂料》(JC/T 2435-2018)进行抽样复检，全部复检合格后方可使用。

2)施工设备检查。开工前要求对施工设备进行检查，保证无误、清洁、精准，具已具备工作条件。

3)细节处理。裂缝>0.2m的混凝土裂缝表面及结构突变处和阴角部位单组分手刮聚脲涂层平均厚度应>3mm，缩缝表面单组分手刮聚脲涂层平均厚度>4mm，且两次手刮聚脲作业面之间的搭接宽度≥50mm，搭接部位第一次手刮厚度按斜坡收边，确保加固后的工程质量[2]。

5 对寒区水工建筑物冻融剥蚀修复的探究

通过《水工钢筋溷凝土结构设计规范》及《北方寒区闸坝混凝土病害诊断与修补防护基础规程》等指导性文件中对水工建筑物病害诊断、剥蚀修补技术的相关要求，结合实际工程本次提出王家湾橡胶坝工程混凝土坝体加固及冻害处理的设计方案，重点论证解决东北寒区水工建筑物冻融剥蚀表面修复对应的整治措施，高性能改性聚合物修补砂浆+单组分(脂肪族)聚脲防水涂料加固法相比传统的凿毛后浇筑混凝土方式，有着明显的优势，且对于反复冻融的东北地区水工建筑物的修复具有更好的保护性能，同时具备的操作简便、经济可行，缩短工期等优势可以降低施工成本，对当地水工建筑物冻害加固方案具有方向性的参考。