手刮聚脲在寒區(qū)水工混凝土缺陷修補(bǔ)中的試驗(yàn)及應(yīng)用研究

邵大明，宋立元，曾祥軍，董 雪，劉 波

(1.遼寧省撫順市水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 撫順 113000；2.遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003；3.遼寧省寬甸縣水利局水利工程建設(shè)質(zhì)量與安全監(jiān)督站，遼寧 寬甸 118200；4.遼寧省觀音閣水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 本溪 117100)

單組分聚脲由含多異氰酸酯-NCO的高分子預(yù)聚體與經(jīng)封端的多元胺(包括氨基聚醚)，并加入其它功能性助劑所組成。在無水狀態(tài)下，體系穩(wěn)定，一旦開桶施工，在空氣中水分的作用下，迅速產(chǎn)生多元胺，多元胺與異氰酸酯-NCO反應(yīng)，形成單組分聚脲。SK手刮聚脲是華北某公司生產(chǎn)的一款產(chǎn)品，具有良好的拉伸等物理力學(xué)性能，其基本性能見表1。

表1 SK手刮聚脲基本物理力學(xué)性能指標(biāo)

本文主要開展了SK手刮聚脲材料的拉伸性能試驗(yàn)，同時(shí)開展了在混凝土試塊上涂敷SK手刮聚脲后的凍融循環(huán)試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果將該材料應(yīng)用于實(shí)際工程缺陷處理中，得到了良好的處理效果，為水利工程缺陷修補(bǔ)和防護(hù)設(shè)計(jì)提供了可靠的參考。

1 拉伸性能試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)依據(jù)

依照目前多數(shù)工程涂覆聚脲涂料時(shí)在聚脲夾層中鋪設(shè)胎基布來起到加筋作用的案例為依據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)，來驗(yàn)證鋪設(shè)胎基布對(duì)聚脲拉伸強(qiáng)度的作用。測(cè)試方法依據(jù)為GB/T16777- 2008建筑防水涂料試驗(yàn)方法。

1.2 試件制備

試驗(yàn)?zāi)＞邽樽灾频乃茕摼匦慰蚰＃圆Ａё鞯装?，將?mm的矩形塑鋼框架粘結(jié)于玻璃上。試驗(yàn)前，將玻璃底板擦拭干凈，并涂抹1層薄薄的蠟油，然后將涂料均勻的涂抹于框架內(nèi)，分3次涂抹，涂抹完第1遍，待聚脲略微固化黏稠后，將胎基布平鋪在上面接著涂覆第2遍，再隔6h以上后，涂覆第3遍。

在室溫下養(yǎng)護(hù)14d后，將固化的涂膜從框模中拆下，然后用專門的裁刀切成3種不同規(guī)格的試樣，分別為2型啞鈴狀和10mm×100mm、30mm×100mm、50mm×150mm的3種條形試樣，試樣在室溫下再養(yǎng)護(hù)7d。

1.3 試驗(yàn)過程

(1)將養(yǎng)護(hù)21d的試樣3塊一組進(jìn)行編號(hào)；

(2)用測(cè)厚計(jì)在試驗(yàn)長度的中部和兩端測(cè)量厚度，取3個(gè)測(cè)量值的中位數(shù)計(jì)算橫截面面積，3個(gè)厚度值都不應(yīng)大于厚度中位數(shù)的2%，測(cè)量值精確到0.05mm；

(3)試驗(yàn)時(shí)，要將試樣對(duì)稱地夾在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具上，并配置伸長率測(cè)定裝置，在試驗(yàn)過程中，拉力機(jī)夾具的移動(dòng)速度設(shè)定為300mm/min。

(4)記錄試驗(yàn)結(jié)果，并計(jì)算。

1.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)拉伸強(qiáng)度按照GB/T 16777- 2008建筑防水涂料試驗(yàn)方法中9.3.1節(jié)的公式計(jì)算；扯斷伸長率按照規(guī)范9.3.2節(jié)的公式計(jì)算。

TL=P/(B×D)

(1)

式中，TL—拉伸強(qiáng)度，MPa；P—最大拉力，N；B—試件中間部分寬度，mm；D—試件厚度，mm。

E=(L1-L0)/L0

(2)

式中，E—斷裂伸長率，%；L0—試件起始標(biāo)線間距，25mm；L1—試件斷裂時(shí)標(biāo)線間距，mm。

拉伸強(qiáng)度(計(jì)算結(jié)果精確到0.01MPa)和扯斷伸長率(計(jì)算結(jié)果精確到1%)結(jié)果見表2。

表2 SK手刮聚脲夾層鋪設(shè)胎基布后拉伸強(qiáng)度及扯斷伸長率值

由表2可知，含胎基布的聚脲試樣其寬度的不同會(huì)影響試樣的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。聚脲按照相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程制成2型啞鈴狀試樣測(cè)得的拉伸強(qiáng)度值可以作為材料本身的拉伸強(qiáng)度指標(biāo)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，本次試驗(yàn)聚脲的拉伸強(qiáng)度值為15.82MPa。同樣2型啞鈴狀試樣內(nèi)含胎基布其拉伸強(qiáng)度值反而變小很多，只有8.95MPa。采用長條狀試樣的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著試樣寬度的增加，聚脲的拉伸強(qiáng)度也逐漸增加，達(dá)到一定寬度時(shí)拉伸強(qiáng)度的增長速度會(huì)逐漸減小。由此可以看出在聚脲中鋪設(shè)胎基布確實(shí)可以大幅度提升其拉伸強(qiáng)度。

2 抗凍性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

本試驗(yàn)根據(jù)SL352- 2006水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程第4.23節(jié)混凝土抗凍性試驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行。試驗(yàn)儀器為混凝土快凍試驗(yàn)臺(tái)(HTD-B)。

2.2 試件制備

按照SL352- 2006制作標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件，尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d后，用鋼刷打磨除去表面灰漿、雜物、油漬等，在室溫下晾干，2塊涂抹一個(gè)矩形面，1塊6個(gè)面全部涂抹。每塊試件在涂抹材料前都涂覆一層界面劑，材料涂刮3遍，厚度2～3mm，時(shí)間間隔6h。

2.3 試驗(yàn)過程

(1)將涂敷SK手刮聚脲的試件放在室溫下養(yǎng)護(hù)21d。

(2)達(dá)到齡期后，將1塊單面涂覆試件和1塊全部涂覆試件放入混凝土抗凍試驗(yàn)臺(tái)，進(jìn)行300次凍融試驗(yàn)。

(3)對(duì)另外1塊單面涂覆試件用混凝土鉆芯取樣試驗(yàn)機(jī)鉆透涂層并鉆到混凝土內(nèi)1～15mm。每面鉆取4處，鉆頭尺寸為Φ5cm。

(4)然后將拉拔試驗(yàn)儀的試驗(yàn)鐵塊粘于鉆好的聚脲表面；7d后，用拉拔試驗(yàn)儀檢測(cè)材料與混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度。

(5)進(jìn)行抗凍試驗(yàn)的2塊試件凍融300次以后，采用(3)和(4)步驟的方法，檢測(cè)SK手刮聚脲與混凝土面的粘結(jié)強(qiáng)度。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)過300次凍融試驗(yàn)后，未涂抹SK手刮聚脲的混凝土試件表面出現(xiàn)剝蝕、麻面現(xiàn)象，而SK手刮聚脲涂層沒有出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，只是表面觸摸手感變得輕微粗糙，凍融循環(huán)后的黏結(jié)試驗(yàn)如圖1所示。其中(a)為全涂聚脲試件，(b)圖為一面涂聚脲試件。

圖1 SK手刮聚脲凍融循環(huán)后粘接試驗(yàn)

凍融試驗(yàn)后的粘結(jié)強(qiáng)度值見表3。

由表3可知，聚脲全敷的試件經(jīng)過300次凍融破壞后，材料與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度降低較少，仍然可以滿足一定的工程需要。單面涂覆聚脲的試件，材料與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度卻

表3 SK手刮聚脲凍融前后與混凝土粘結(jié)強(qiáng)度及破壞情況

大幅下降，隨著混凝土的破壞界面也相應(yīng)破壞。

粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)定過程中，未出現(xiàn)聚脲涂層的破壞現(xiàn)象，說明凍融破壞對(duì)聚脲材料本身的影響較小。全面涂覆聚脲的試件，材料與混凝土間的粘結(jié)強(qiáng)度下降很少，說明聚脲涂層未破壞，有效地阻止了水分的滲入，避免了混凝土的凍融破壞。

3 工程應(yīng)用

遼寧某中型水庫自1972年建成以來一直帶病運(yùn)行，其溢洪道堰面存在3條裂縫，并伴有部分滲漏；施工縫處嵌縫木板腐爛，兩側(cè)混凝土沖刷磨蝕嚴(yán)重。

現(xiàn)場(chǎng)處理情況為，對(duì)于溢流堰面裂縫先進(jìn)行化學(xué)灌漿內(nèi)外封堵，然后涂刷SK手刮聚脲進(jìn)行表面封堵；對(duì)于施工縫，先對(duì)兩側(cè)缺陷進(jìn)行鑿毛、打磨、填補(bǔ)砂漿預(yù)處理，待砂漿凝結(jié)后涂刷SK手刮聚脲進(jìn)行表面處理?，F(xiàn)場(chǎng)情況如圖3所示。

圖3 遼寧某水庫溢洪道處理情況

工程修補(bǔ)處理后運(yùn)行5年多來，被處理的部位手刮聚脲與混凝土之間粘接效果良好，聚脲涂層對(duì)內(nèi)部混凝土的封閉防護(hù)作用突出。

4 結(jié)語

通過試驗(yàn)與工程應(yīng)用表明，手刮聚脲是混凝土缺陷處理、表面防護(hù)的良好的涂層材料。雖然該材料的老化性能還有待進(jìn)一步通過試驗(yàn)來驗(yàn)證，其老化破壞機(jī)理及其規(guī)律性有待深入研究，但是，隨著試驗(yàn)和工程應(yīng)用的不斷深入，該材料必將成為水利工程防護(hù)修補(bǔ)處理的重要材料[4- 6]。

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