SK單組分聚脲在高流速渠道沖蝕磨損處理中的應用

牛曉軍，張世濤

(甘肅省疏勒河流域水資源管理局，甘肅 瓜州 736100)

1 工程現(xiàn)狀及存在問題

甘肅省疏勒河流域雙塔總干渠改建于2002—2008年，承擔著雙塔灌區(qū)46.43萬畝耕地的灌溉需求及下游敦煌地區(qū)生態(tài)輸水的任務，是疏勒河流域的命脈工程之一，更是敦煌盆地生態(tài)恢復的重要保證。渠道總長32.61km，設計流量25.5m3/s，主要結構形式為混凝土現(xiàn)澆座槽渠道和混凝土板襯砌渠道。自改建以來，為灌區(qū)經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了巨大作用，為敦煌生態(tài)持續(xù)好轉(zhuǎn)起到了不可替代的作用。但隨著運行時間的增長，工程存在的種種問題也突顯出來。主要表現(xiàn)在，渠道底部沖刷磨損嚴重、座槽伸縮縫填充材料老化失效嚴重。究其原因，主要由于長期在高流速、大流量、高含沙量的條件下運行，渠底混凝土面沖蝕嚴重，局部出現(xiàn)露筋，影響渠道穩(wěn)定和使用壽命；伸縮縫嵌縫材料老化，滲漏加大，引起凍融破壞，造成渠道報廢。為此，運行管理單位每年都要投入大量人力、物力進行修補，但效果一直不太理想，且影響夏秋兩季用水高峰期寶貴的引水時間。

2 使用材料選擇及主要特性

為增強工程的使用壽命，降低工程維護費用，雙塔灌區(qū)在針對大型高流速渠道的工程維修中，嘗試引進了用于混凝土表面處理的涂刷材料SK單組分聚脲及用于伸縮縫處理的填充材料單組分聚氨酯密封膏，取得了良好效果，大幅度降低了工程維修費用，縮短了工程維修養(yǎng)護時間，為工程的提前引水節(jié)省了寶貴時間。

2.1 SK單組分聚脲(涂刷材料)

SK單組分聚脲從發(fā)明至今，廣泛適用于道路橋梁、混凝土屋面、污水處理池、市政工程、水電大壩等建筑物的防水工程，由于其防腐及耐磨性能優(yōu)良，也廣泛應用于其他的防腐耐磨工程項目中?，F(xiàn)在常見的SK單組分聚脲為外露型涂料，具有環(huán)保、耐黃變、高強度、防水性好、抗沖耐磨性強及優(yōu)良的抗老化性，能與多種基材牢固粘接，而且施工工序簡單，外表顏色可調(diào)，使用壽命長，綜合成本低，是一種新型的環(huán)保型防水防護涂料，其主要技術指標見表1。

表1 SK單組分聚脲技術指標

2.2 單組分聚氨酯密封膠(嵌縫材料)

單組分聚氨酯密封膏適用于混凝土結構縫、伸縮縫等部位，單組分材料避免了施工過程中因攪拌不均勻或者配合比例不當而產(chǎn)生的影響工藝、質(zhì)量的問題?？稍诔叵吕渥鳂I(yè)，操作簡單，施工速度快，與混凝土基材粘接牢固，回彈性能優(yōu)良，且在高溫時不會發(fā)生流淌，低溫不會脆裂，耐老化性能良好，適合西北干旱氣候條件下水工結構的野外運行環(huán)境，其主要技術指標見表2。

表2 單組分聚氨酯密封膠主要技術指標

3 處理內(nèi)容及目標

3.1 伸縮縫處理

西北干旱地區(qū)的渠道伸縮縫，不論混凝土現(xiàn)澆渠道還是混凝土板襯砌渠道，現(xiàn)在常用的處理措施，下部用閉孔泡沫板填充，上部用雙組分聚硫密封膏填充的較多。在維修處理中，先對老化的雙組分密封膏及縫內(nèi)的填充物進行剔除，剔除深度3cm左右，寬度保持原有的寬度，一般在2～3cm。對剔除后的伸縮縫清掃沖洗，重新填充單組分聚氨酯密封膠，填充完成后，以伸縮縫中線為準，左右各拓展10cm，對該區(qū)域內(nèi)混凝土表面進行打磨，打磨完成并對基層結合面處理干凈后，使用胎基布外加高強型SK單組分聚脲涂料進行一布兩涂處理，處理厚度2mm。處理后的伸縮縫如圖1所示。

圖1 渡槽伸縮縫處理示意圖

3.2 混凝土表面沖蝕處理

混凝土表面沖蝕處理試驗段選擇在了雙塔總干渠沖刷相對嚴重的部位，該部位在高流速、大流量、高泥沙量水力的多年沖刷下，初建施工時的原混凝土面已完全揭除，露出了石子及鋼筋，并粘有細膩牢固的水垢層，水垢層已與基材部位的石子鋼筋牢固凝結。在施工中，先電鎬對底板混凝土污染表層進行鑿除，直至露出新鮮的混凝土基面，一般深度在1～3cm之間。鑿除完成并用高壓水槍進行沖洗干凈后，用聚合物砂漿進行修補、找平、養(yǎng)護；待找平層干燥后涂刷專用界面劑，最后采用SK單組分聚脲進行刮涂，厚度一般在2～3mm。處理后的混凝土面如圖2所示。

圖2 渡槽底板混凝土抗沖耐磨處理示意圖

3.3 混凝土面及伸縮縫的處理目標

(1)修補后的渠底具有降低糟率，加快水流速度的效果。

(2)提高渠道整體耐久性及安全性，恢復渠道正常使用功能。

(3)修補材料與渠底面具有良好的粘接性，能適應高流速、高泥沙水流的沖刷。

(4)伸縮縫具有防水抗?jié)B效果，能達到防凍融破壞的效果。

4 處理的施工工藝

4.1 伸縮縫滲漏處理

采用單組分聚氨酯嵌填+SK單組分聚脲封閉涂刷。

(1)鑿除處理：用電錘或人工對伸縮縫原有填充材料及縫內(nèi)原砂漿或其他雜物進行鑿除，深度3～5cm，將鑿除雜物清理干凈并將縫內(nèi)沖洗干凈，保持界面干燥。

(2)采用單組分聚氨酯密封膏處理，現(xiàn)場無需計量調(diào)配，先將膠體直接刮在清洗干凈的伸縮縫的兩側面，然后再將膠填滿縫隙并壓平，縫的嵌填應密實、平整。

(3)以伸縮縫各兩側為基準，在縫兩邊各10cm范圍內(nèi)用角磨機打磨，并將灰塵吹干凈。在清理過的基面上涂刷一層高強型SK單組分聚脲涂層，然后鋪設胎基布，最后在胎基布上二次涂刷SK單組分聚脲涂層，要求封閉涂刷總厚度不小于2mm，寬度2～3cm。

4.2 底板混凝土缺陷處理

改性聚合物砂漿+SK單組分聚脲。

該處施工材料為改性聚合物砂漿和SK單組分聚脲。改性聚合物砂漿屬于高分子聚合物乳液改性水泥砂漿，適用于水利、工業(yè)及民用建筑等鋼筋混凝土結構的修補、防滲、防腐護面。材料為過篩砂，水泥使用42.5普通硅酸鹽水泥。該種砂漿具有優(yōu)異的耐磨、粘結性強、抗裂、防水、防氯離子滲透、耐老化等性能，是一種新型的混凝土建筑物基材修補材料。

該材料與普通水泥砂漿相比主要特點有：①抗折、抗拉強度分別提高50%和35%；②拉伸率提高1～3倍，彈性模量顯著降低、抗裂性大幅提升；③與基材的粘結強度提高4倍以上；④密實度大幅度提高，2d吸水率降低10倍，抗?jié)B性提高1.5倍；⑤抗凍指標>F300；⑥材料無毒、成本低、施工方便，能夠防止原混凝土體碳化，延緩鋼筋銹蝕，見表3。

表3 改性聚合物砂漿主要性能指標

4.3 施工工藝

(1)鑿毛：用電錘或鑿毛機對基材混凝土面鑿除1～2cm。

(2)基層處理：為加強聚合物砂漿與基材的粘接力度，應對鑿除面進行清掃，然后用清水沖洗干凈并濕潤。

(3)聚合物砂漿配置及抹面：用過篩后的砂子和42.5普硅水泥，按配合比進行拌制。在基材上先用拌制好的聚合物凈漿打底，再用灰刀將將配好的聚合物砂漿進行抹壓施工；要求做到砂漿層密實，表面光滑。

(4)養(yǎng)護及涂層：聚合物砂漿施工完成后，進行灑水或薄膜養(yǎng)護。養(yǎng)護到期后，在清理過的基面上涂刷一層專用界面劑，待界面劑初凝后刮涂SK單組分聚脲涂層，要求涂刷總厚度2mm左右。

5 運行效果

以上先進材料及施工方法，2017年上半年由疏勒河流域雙塔灌區(qū)嘗試引進，并在總干渠、北干渠等大型高流速、大流量、高含沙量混凝土現(xiàn)澆座槽渠道維修中進行了應用。經(jīng)一年多的運行，從抗磨、防凍、耐酸、與基材粘接性及防滲效果來看，運行情況良好，施工較傳統(tǒng)維修方法具有施工簡單，方便操作，投資較低，維修速度快的優(yōu)點，適合在大型渠道等水利工程中推廣。

6 結語

西北干旱地區(qū)的灌溉引水渠道對于當?shù)亟?jīng)濟發(fā)展、生態(tài)保護和社會和諧穩(wěn)定發(fā)揮著巨大作用。對運行管理單位來說，當前主要工作是做好方案制定及維修管理，使其能正常平穩(wěn)運行，延長引水時間，發(fā)揮最大工程效益。通過引進SK單組分聚脲來對高流速、高含沙量渠道工程進行沖蝕磨損的處理，在疏勒河管理局尚屬首次，也為后續(xù)類似工程的維修工作積累經(jīng)驗，值得推廣和借鑒。