鄺亞力，韓 煒，景 鋒，邵曉妹，李 珍，汪在芹

(長(zhǎng)江科學(xué)院a.材料與結(jié)構(gòu)所；b.水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心；c.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心；d.長(zhǎng)江工程技術(shù)公司,武漢 430010)

南水北調(diào)中線浙川段高填方渠段新型聚脲結(jié)構(gòu)縫修補(bǔ)材料研究

鄺亞力a，b，c，韓 煒b，c，d，景 鋒b，c，d，邵曉妹b，c，d，李 珍b，c，d，汪在芹b，c

(長(zhǎng)江科學(xué)院a.材料與結(jié)構(gòu)所；b.水利部水工程安全與病害防治工程技術(shù)研究中心；c.國(guó)家大壩安全工程技術(shù)研究中心；d.長(zhǎng)江工程技術(shù)公司,武漢 430010)

為了加強(qiáng)南水北調(diào)中線一期工程總干渠未實(shí)施防滲墻、土工膜加厚等加強(qiáng)措施的高填方渠段止水功能,需在渠坡和渠底襯砌板混凝土結(jié)構(gòu)縫處涂抹聚脲材料進(jìn)行止水。所用聚脲材料不僅要與混凝土粘接良好,還應(yīng)能夠適應(yīng)結(jié)構(gòu)縫伸縮應(yīng)變。試驗(yàn)選取長(zhǎng)江科學(xué)院長(zhǎng)江工程技術(shù)公司研所發(fā)的CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng),在淅川六標(biāo)段渠坡的結(jié)構(gòu)縫(通縫)處進(jìn)行試驗(yàn),經(jīng)過3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用與試驗(yàn),效果良好,能夠滿足該渠段輸水的安全運(yùn)行。

南水北調(diào)；高填方渠；裂縫；聚脲；修補(bǔ)材料；慢反應(yīng)

2015,32(11):99-101,109

1 研究背景

南水北調(diào)中線一期工程總干渠部分需采取加強(qiáng)安全措施的高填方渠道已按原設(shè)計(jì)完成土工膜鋪設(shè)和混凝土襯砌施工,但無法實(shí)施防滲墻、土工膜加厚等加強(qiáng)措施。為了提高止水防滲效果,需要在洪水綜合影響等級(jí)高的渠段的渠坡和渠底襯砌板結(jié)構(gòu)縫處(通縫和半縫)涂覆聚脲材料進(jìn)行止水。

工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)聚脲材料性能的具體要求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①由于地處北方,晝夜溫差大,渠坡和渠底襯砌板結(jié)構(gòu)縫寬度會(huì)隨氣溫進(jìn)行變化,需要聚脲材料具有裂縫伸縮適應(yīng)功能；②需要聚脲材料能夠與混凝土結(jié)合牢固,才能保證其適應(yīng)裂縫寬度變化時(shí),不會(huì)發(fā)生脫落而失去止水效果；③由于南水北調(diào)工程輸水用于民用,聚脲材料不能夠?qū)λ形廴?因此要求材料具有優(yōu)異的環(huán)保性能。

針對(duì)以上工程要求,長(zhǎng)江科學(xué)院長(zhǎng)江工程技術(shù)公司特別研發(fā)出CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng),并在淅川六標(biāo)段渠坡結(jié)構(gòu)縫處(通縫)進(jìn)行試驗(yàn),經(jīng)過近3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn),效果良好。

2 材料選擇

聚脲彈性體(Polyurea elastomer)技術(shù)是國(guó)外近10年來繼高固體分涂料、水性涂料、輻射固化涂料、粉末涂料等低(無)污染涂裝技術(shù)之后為適應(yīng)環(huán)保需求而研制、開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術(shù)。聚脲彈性體材料集塑料、橡膠、涂料、玻璃鋼多種功能于一身,全面突破了傳統(tǒng)環(huán)保型涂裝技術(shù)的局限,比較適合作為混凝土裂縫修補(bǔ)涂層材料[1-10]。

CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)是長(zhǎng)江科學(xué)院長(zhǎng)江工程技術(shù)公司自主研發(fā)的新型功能性材料,是以脂肪族聚脲原料為基材,通過添加納米材料以及各種助劑制備的納米復(fù)合材料,具有優(yōu)異的強(qiáng)度、韌性、黏結(jié)性、耐久性以及環(huán)保性能。由于其慢反應(yīng)的特性,使樹脂基體能夠?qū)炷吝M(jìn)行充分浸潤(rùn),從而與混凝土結(jié)合牢固。此外材料具有靈活多變的施工方式,不僅可以滾涂也可進(jìn)行涂刮、噴涂施工,以適應(yīng)不同的施工環(huán)境。

CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)性能如表1至表3所示。

由表1和表2分析可知,CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)底層材料具有優(yōu)異的拉伸強(qiáng)度、黏接性能以及較好的拉伸形變性能,因此底層材料可以提供優(yōu)異的黏接性和抗裂性能。而面層材料具有優(yōu)異的拉伸形變能力,對(duì)裂縫特別是伸縮縫具有很好的修補(bǔ)效果。此外,抗?jié)B壓力、滲透壓力對(duì)比數(shù)據(jù)表明材料具有優(yōu)良的抗?jié)B性能；碳化深度、抗凍融性能顯示了材料對(duì)混凝土的耐久性保護(hù)效果顯著。

表2 CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)面層材料主要性能指標(biāo)Table 2 Main properties of material system CW680 used in surface layer

表3 CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)環(huán)保性能指標(biāo)*Table 3 Environmental performance properties of novel slow reacting polyurea

3 工程現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)研究

在南水北調(diào)中線一期工程總干渠淅川段高填方渠段六標(biāo)渠坡某結(jié)構(gòu)縫處(通縫)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工程試驗(yàn),現(xiàn)場(chǎng)照片如圖1所示。施工工藝:①基層混凝土表面處理；②CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)底層材料配制及涂覆；③CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)面層材料配制及涂覆；④CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)自然養(yǎng)護(hù)。裂縫修補(bǔ)后照片如圖2所示。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)所需修補(bǔ)的結(jié)構(gòu)縫Fig.1 Stuctural joint in the project site

圖2 CW680材料系統(tǒng)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)縫后情況Fig.2 Structural joint repaired by CW680 material

由于試驗(yàn)地點(diǎn)在河南淅川段,且正值4月份,早晚溫差大,因溫度變化引起結(jié)構(gòu)裂縫的伸縮,導(dǎo)致中午和晚上的裂縫寬度發(fā)生明顯變化。CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)因具有良好地粘接性和拉伸形變,因此能夠較好地適應(yīng)裂縫的寬度變化,起到了優(yōu)異的修補(bǔ)效果。圖3(a)是中午溫度較高時(shí), CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)隨著裂縫寬度的變化而產(chǎn)生形變的照片；圖3(b)是傍晚溫度較低時(shí),CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)隨裂縫寬度變化而恢復(fù)原樣的照片。可見,CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)具有較強(qiáng)的伸縮縫修補(bǔ)能力,能夠適應(yīng)裂縫寬度的形變,并且與混凝土結(jié)合牢固,從而起到較好的防滲止水效果。

圖3 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)日不同溫度時(shí)CW680材料系統(tǒng)適應(yīng)裂縫形變Fig.3 CW680 material adapting to the deformation of structural joint of in-situ experiments under different temperatures

經(jīng)過近3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)仍能夠保持隨裂縫寬度變化而形變的特性,并且材料本身并沒有受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境(陽光、溫度、濕度)的影響,外觀嶄新美觀沒有任何變化,具體情況如圖4所示。可見材料現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)初具成效。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)3個(gè)月后CW680材料系統(tǒng)適應(yīng)裂縫形變Fig.4 CW680 material adapting to the deformation of structural joint after three months

南水北調(diào)中線工程通水運(yùn)行2個(gè)月后,CW680聚脲材料起到了較好的止水效果,保證了輸水渠道的安全運(yùn)行。如圖5所示。具體效果仍需南水北調(diào)工程正式運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間以后的觀測(cè)評(píng)價(jià)結(jié)果而定。

圖5 工程運(yùn)行中的CW680材料系統(tǒng)Fig.5 CW680 material during project operation

4 結(jié) 論

根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要,長(zhǎng)江科學(xué)院長(zhǎng)江工程技術(shù)公司特別研制出CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng),對(duì)南水北調(diào)中線一期工程總干渠淅川段高填方渠段結(jié)構(gòu)縫進(jìn)行修補(bǔ)試驗(yàn)研究。

(1)CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)具有優(yōu)異的粘接性和裂縫修補(bǔ)能力,以及抗?jié)B性能和耐久性能。

(2)3個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,CW680新型慢反應(yīng)聚脲裂縫修補(bǔ)材料系統(tǒng)對(duì)渠坡結(jié)構(gòu)縫的修補(bǔ)初具成效。南水北調(diào)中線工程正式通水運(yùn)行2月后, CW680聚脲材料起到了較好的止水效果,保證了輸水渠道的安全運(yùn)行。

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(編輯:曾小漢)

Application of Novel Polyurea Crack Repair Material in High Fill Canal in Middle Route of South-to-North Water Diversion Project at Xichuan County

KUANG Ya-li1,2,3,HAN Wei2,3,4,JING Feng2,3,4,SHAO Xiao-mei2,3,4,LI Zhen2,3,4,WANG Zai-qin2,3
(1.Materials and Structure Department,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China；2.Research Center of Water Engineering Safety and Disease Control Engineering Technology under Ministry of Water Resources,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China；3.National Engineering Technology Research Center of Dam Safety,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010, China；4.Changjiang River Engineering Technology Company,Yangtze River Scientific Research Institute,Wuhan 430010,China；)

In middle route and first stage of South-to-North water diversion project,several high fill sections of main channel were not implemented reinforcing measures such as anti-seepage wall and geomembrane thickening.For the purpose of strengthening waterproof function of these segments,a new polyurea material was used on the structural joint surface of canal slope and bottom.The polyurea material should have good adaptability of temperature deformation for structural joint and good bonding properties for concrete,so the crack repair material system CW680 of novel slow reacting polyurea developed by Changjiang River Engineering Technology Company was applied to repair structural joint of the sixth segment of the canal at Xichuan county in Henan province.Through experiment for 3 months,the waterproof ability of the novel material is testified to be good,and safety operation of the canal can be guaranteed by using the repair material.

South-to-North water diversion project；high fill canal；crack；polyurea；rapair material；slow reaction

TV44

A

1001-5485(2015)11-0099-03

10.11988/ckyyb.20141018

2014-12-05；

2015-01-30

長(zhǎng)江科學(xué)院研轉(zhuǎn)基金(CKZS2014015/CF)

鄺亞力(1962-),男,湖南郴州人,高級(jí)工程師,研究方向?yàn)樗そㄖ牧?(電話)027-82829532(電子信箱)512038669@qq.com。

韓 煒(1976-),男,河南新鄉(xiāng)人,教授級(jí)高級(jí)工程師,博士后,研究方向?yàn)樗ば滦筒牧霞凹{米復(fù)合材料,(電話)027-82829532(電子信箱)will_ecust@163.com。