新型慢反应聚脲裂缝修补材料

韩 炜1，2，3，景 锋1，2，3，邵晓妹1，2，3，李 珍1，2，3，汪在芹1，3，4

(1.长江科学院，湖北武汉，430010;2.长江科创科技发展有限公司长江工程技术分公司，湖北武汉，430010;3.国家大坝安全工程技术研究中心，湖北武汉，430010;4.水利部水工程安全与病害防治工程技术研究中心，湖北武汉，430010)

项目资助来源: 长江科学院技术开发和成果转化推广项目(项目编号: CKZS2014015/CF)。

作者简介: 韩炜(1976—)，博士(后)，教授级高工，主要从事水工新型材料及纳米复合材料的研究。

【摘 要】 南水北调中线一期工程总干渠未实施防渗墙、土工膜加厚等加强措施，为了加强高填方渠段止水功能，需在渠坡和渠底衬砌板混凝土结构缝处涂抹聚脲止水。所用聚脲材料不仅要与混凝土粘结良好，还应能适应结构缝伸缩应变。试验选取长江科学院长江工程技术公司所研发的CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统，在淅川六标段渠坡的结构缝(通缝)处进行试验，经过3个月的现场应用试验，效果良好。

【关键词】 南水北调; 高填方渠; 裂缝; 聚脲; 慢反应

1 前言

南水北调中线一期工程总干渠部分需采取加强安全措施的高填方渠道已按原设计完成土工膜铺设和混凝土衬砌施工，无法实施防渗墙、土工膜加厚等加强措施。为了提高止水防渗效果，需要在洪水综合影响等级高渠段的渠坡和渠底衬砌板结构缝处(通缝和半缝)涂覆聚脲止水。

工程现场环境对聚脲材料性能的具体要求体现在以下几个方面: ①由于地处北方，昼夜温差大，渠坡和渠底衬砌板结构缝宽度会随气温变化，要求聚脲材料具有裂缝伸缩适应功能; ②要求材料与混凝土有良好的粘结性，才能保证聚脲材料因裂缝宽度变化时，不会发生脱落，从而保证止水效果; ③由于南水北调工程输水用于民用，聚脲材料一定不能对水造成污染，要求材料具有优异的环保性能。

针对以上工程要求，长江科学院长江工程技术公司特别研发出CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统，并在淅川六标段渠坡结构缝处(通缝)进行试验，经过三个月的现场试验，效果良好。

2 材料选择

聚脲弹性体(Polyurea elastomer)技术是国外近10年来继高固体分涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低(无)污染涂装技术之后为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术。聚脲弹性体涂装技术，它集塑料、橡胶、涂料、玻璃钢多种功能于一身，全面突破了传统环保型涂装技术的局限，很适合作混凝土裂缝修补涂层材料［1～5］。

CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统是长江科学院长江工程技术公司自主开发研制的新材料，以脂肪族聚脲原料为基材，通过添加纳米材料以及各种助剂制备而成的纳米复合材料，具有优异的强度、韧性、粘结性、耐久性以及环保性能。由于其具有慢反应的特性，材料固化时间长，树脂基体能够对混凝土基体进行充分浸润，从而与混凝土结合牢固。此外材料以脂肪族化合物的分子结构为主，具有优异的耐老化性和环保性能，不仅可以涂刮施工，也可以喷涂施工。

CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统性能如表1、表2、表3所示。

表1 CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统底层材料主要性能指标

由表1及表2分析可知，CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统底层材料具有优异的拉伸强度、粘结性能以及较好的拉伸形变性能，因此作为裂缝修补材料系统的底层材料可以提供优异的粘结性和抗裂性能。而面层材料具有优异的拉伸形变能力，对裂缝特别是伸缩缝具有很好的修补效果。此外，抗渗压力、渗透压力数据表明材料具有优良的抗渗性能; 碳化深度、抗冻融性能显示了材料对混凝土的耐久性保护效果显著。

表2 CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统面层材料主要性能指标

表3 CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统环保性能指标

3 工程现场应用试验研究

在南水北调中线一期工程总干渠淅川段高填方渠段六标渠坡某结构缝处(通缝)进行了现场工程试验，现场照片如图1所示。施工工艺为: ①基层混凝土表面处理; ②CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统底层材料配制及涂覆; ③CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统面层材料配制及涂覆; ④CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统自然养护。裂缝修补后照片如图2所示。

图1 现场试验所需修补的结构缝

图2 CW680材料系统修补结构缝后情况

由于试验地点在河南淅川段，且正值4月份左右，早晚温差比较大，因温度变化引起结构裂缝的伸缩，导致中午和晚上的裂缝宽度发生明显变化。CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统因具有良好的粘结性和拉伸形变能力，因此能够较好地适应裂缝的宽度变化而并不脱落，起到了优异的修补效果。图3是中午温度较高时，CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统随着裂缝宽度的变化而产生形变的照片，图4是傍晚温度较低时，CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统随裂缝宽度变化而恢复原样的照片。可见，CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统具有较强的伸缩缝修补能力，能够适应裂缝宽度的形变，并且不脱落，从而起到较好的防渗止水效果。

图3 中午高温时CW680材料系统适应裂缝形变

图4 傍晚低温时CW680材料系统适应裂缝形变

经过约三个月的现场试验，CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统仍能够保持随裂缝宽度变化而形变的特性，并且材料本身并没有受到现场环境(阳光、温度、湿度)的影响，外观崭新美观没有任何变化，具体情况如图5、图6所示。可见材料现场试验初具成效，具体效果仍需南水北调工程正式运行较长时间以后的观测评价而定。

图5 中午高温时CW680材料系统适应裂缝形变

(现场试验3个月后)

图6 傍晚低温时CW680材料系统适应裂缝形变

(现场试验3个月后)

4 结语

(1)根据工程现场实际需要，长江科学院长江工程技术公司特别研制出CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统，对南水北调中线一期工程总干渠淅川段高填方渠段结构缝进行修补试验研究。

(2)CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统具有优异的粘结性和裂缝修补能力，同时具有优异的抗渗性能和耐久性能。

(3)3个月的现场试验表明，CW680新型慢反应聚脲裂缝修补材料系统对渠坡结构缝的修补初具成效。

参考文献

［1］黄微波.喷涂聚脲弹性体技术概况［J］.上海涂料，2006，44(1): 29－31.

［2］Ray Scott.Effects of Secondary Diamine Content in Spray Polyurea Coating Systems［C］.2nd PDA Annual Conference Meeting，Orlando，Florida，2001.

［3］Yllgor E，Yllgor J，Yurtsever E.Hydrogenbonding and polyure thane morphology(I): Quantum mechanical calculations of hydrogenb on denergies and vibrationals pectroscopy of modelcom pounds［J］.Polymer，2002，43 (24): 6551－6559.

［4］Danielmeier K，Britsch CM，Gertzmann R，eta1.Polyaspartate resins with good hard ness and flexi bility［P］.U S，US2004/0063894A1，2004.

［5］Sheth JP，Klinedinst DB，Wilkes GL，et al. Role of chainsym metryandhy drogen bondinginseg mented copolymers with mono disperse hard segments［J］.Polymer，2005，46(18): 7317－7322.