应用喷涂纯聚脲技术实现水工混凝土防护.pdf
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1、2 0 1 1年 第 1 1期 (总 第 2 6 5期 】 Nu mb e r 1 1 i n 2 0 1 1 ( T o t a 1 No 2 6 5) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TE CHNOLOGY d o i : 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 1 1 1 0 4 4 应用喷涂纯聚脲技术实现水工混凝土防护 黄微波,向佳瑜,刘旭东,张静 ( 青 岛理工大学 功能材料研究所 ,山东 青岛 2 6 6 0 3 3 ) 摘要: 研究喷涂纯聚脲( 以下简称纯聚脲) 技术对水工混凝土的防护在确保水
2、利设施长期安全运行上具有重大意义。 首先阐述了水工 混凝土服役过程中的病害机理 , 深入分析了纯聚脲技术应用水lT混凝土防护的技术优势, 详细探讨了纯聚脲技术施工_T艺要领。 研究表明: 自 然环境中冻融循环、 干湿交替 、 化学腐蚀、 脉动压力及高速含泥砂水流的冲蚀磨损等环境因子和随机荷载的耦合作用是导致水 混凝 土失效的主要原因; 纯聚脲优异的野外恶劣施工环境及复杂基材的适应性和杰出的抗冲刷耐老化性能是实现对水工混凝土防护的有力 保障;采用纯聚脲和正确的施工工艺是控制水工混凝土防护lT程质量的关键。 将纯聚脲技术应用于水工混凝土防护1 二 程中技术优势明 显 , 防护效果突出 。 关键词:
3、 喷涂纯聚脲技术; 水工混凝土;耐久性;病害机理;防护 中图分类号 : T U5 2 8 O l 文献标志码 : A 文章编号 : 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 1 ) l 1 0 1 3 8 0 3 Sp r ay pur e p ol yur e a t ec hn ol o gy a ppl i ed t o h ydr a ul i c e ng i ne er i n g c onc r e t e f or pr o t ec t i on H U ANG W e i b o, XI A NG J i a - y u, L I U Xu d o n g, ZHAN
4、G J ing ( R e s e a r c h I n s t i t u t e o f F u n c t i o n a l Ma t e r i a l s , Qi n g d a o T e c h n o l o g i c a l Un i v e r s i t y , Qi n g d a o 2 6 6 0 3 3 , C h i n a ) Abs t r ac t : Re s e a r c h i n g s p r a y p u r e po l y u r e a t e c h no l o g y f o r h y d r a u l i c c
5、o n c r e t e p r o t e c t i o n t o e n s u r e f a c i l i t i e s l o n g t e r m s e c u rit y o p e r a t i o n h a s g r e a t s i g n i fic a n c e s , El a b o r a t e s t h e d i s e a s e me c h a n i s m o f h y d r a ul i c e ng i n e e r i n g c o n c r e t e i n s e r v i c e, a n a l
6、 yz e s t h e t e c h n i c a l a d v a ntag e s o f p u r e p o l y u r e a , d i s c u s s e s t h e p ure p o l y u r e a t e c h n o l o g y S c o n s t r u c t i o n t e c hno l o g y Re s e a r c h e s s h o w tha t : T h e i n t e r a c t i o n o f fr e e z e t h a w c y c l e s , dry - we t
7、a l t e rna t i n g, c h e mi c a l c o r r o s i o n, p u l s e p r e s s u r e , h i g h s pe e d s e d i me n t a b r a s i o n a n d r a n d o m l o a d i n n a t u r a l e n v i r o n m e n t c a u s e t h e ma i n f a i l u r e o f h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g c o n c r e t e T h e
8、P u r e p o l y u r e a t e c hn o l o g y h a s e x c e l l e n t a d a p t a b i l i t y t o t e rri b l e c o n s t r u c t i o n e n v i r o n me n t a n d c o mp l e x s u b s t r a t e , i n a d d i t i o n, t h e a n t i s c o u r i n g a n d a g i n g p e r f o rm a n c e s a r e o u t s t a
9、 n d i n g Ad o p t i n g p u re p o l y u r e a a n d c o rr e c t c o n s t r u c t i o n p r o c e s s i s t h e k e y t o c o n t r ol t h e q u a l i ty o f h y dra u l i c e n g i n e e r i n g c o n c r e t e pr o t e c t i o n I n a wo r d t h e p r o t e c t i v e e f f e c t i s r e ma r k
10、 a b l e K e ywo r d s : s p r a y p ure p o l y u r e a t e c h n o l o g y ; h y d r a u l i c e n g i n e e ri n g c o n c r e t e ; d u r a b i l i ty; d i s e a s e me c h a n i s m; p r o t e c t i o n 0 引言 高速含泥砂水流对水工混凝土的冲刷磨损和空蚀破坏, 是 水工泄流建筑物如溢流坝、 泄洪洞( 槽) 、 泄水闸等常见的病害。 许多水工混凝土存在裂缝 、 溶蚀 、 冻融 、 温度
11、疲劳、 波砂磨蚀等 病患, 严重危及水工建筑物的正常使用和服役安全。 2 0 l 1 年中央 一 号文件国务院关于加快水利改革发展的决定指出: 近年来我 国频繁发生的严重水旱灾害, 造成重大生命财产损失。 加大、 加 强、 加快水利基础设施建设在“ 十二五” 期间社会经济发展 中具 有重大的战略地位。 对拟建以及服役中后期的水工建筑物实施 有效的耐久性防护是确保其安全运行的重要手段。 喷涂聚脲弹性体技术 是在反应注射成型( R e a c t i o n I n j e c t i o n Mo l d i n g英文缩写 R I M) 技术的基础上, 于 2 0世纪 7 0年代中后 期发展起
12、来的。 美国化学家 D u d l e y J P r i me a u x率先研发成功这 项技术。 它是由A、 B双组分 , 严格遵循化学等当量原理, 经高 温、 高压、 撞击混合反应生成具有许多优异的综合性能材料的 技术。 其中 A组分为异氰酸酯, B组分必须是由端氨基聚醚、 端 氨基扩链剂组成, 不得含有催化剂。 通过上述方法制备的聚脲产 品又称为纯聚脲。 作为新型无溶剂、 无污染的绿色施_丁技术 , 加 收稿 日期 :2 0 1 1 o 5 2 5 1 38 上便捷的施工工艺和优异的力学性能及耐老化 、 耐腐蚀、 防渗 漏、 耐磨蚀 、 抗冻融、 抗冲击 、 抗疲劳破坏等性能在大坝坝面
13、 、 溢 洪道、 排沙洞、 导流洞、 输水渠等水工建筑物中具有广泛的应用 前景。 本文通过研究水工混凝土病害机理, 介绍了纯聚脲技术应 用于水工混凝土防护的主要技术优势, 最后探讨 了纯聚脲技术 的施工1 二 艺。 1 水工混凝 土病 害机理 病害机理及防护技术研究 与应用对提高水工建筑物耐久 性和安全性具有重要意义。 吴中如和崔俊芝院士l 2 将现役水T 混凝土结构病害安全防护列入水利工程关键技术问题。 图 1反 映的是水工混凝土服役环境情况 , 从图中可以看出, 水丁混凝 土服役过程中除承受 自然环境中冻融循环、 干湿交替 、 化学腐 蚀、 温度应力、 脉动压力等环境因子耦合作用的影响外,
14、 局部还 要承受高速含泥砂水流的冲蚀磨损, 其承受的局部水流速度场 的冲击动能与强度 , 大小可高达上千大气压, 甚至达到上万个 大气压 , 其中, 高速水流和磨料颗粒的冲蚀对其产生严重的冲 蚀磨损。 高速水流对水工建筑物过流面 昆 凝土的冲蚀磨损和空 蚀破坏 , 是水工泄流建筑物如溢流坝、 泄洪洞( 槽) 、 泄水闸等常 见的病害。 尤其是当流速较高且水流中又夹带着悬移质或推移 质时, 水工建筑物遭受的冲磨、 空蚀就更为严重。 高速含泥砂水 流对水工混凝土建筑物过流面的冲刷磨损、 空蚀作用会导致表 层混凝土大面积剥蚀 , 严重的则引发灾难性事故。 此外 , 水工混 凝土在施工过程中还存在着碾
15、压不密实、 水泥水化热导致的开 裂 , 在水压下进一步变形开裂 , 形成渗漏通道, 危害水工建筑物 的安全性和稳定性。 上述随机载荷与环境因子的协同作用导致 水工混凝土耐久性大大降低, 并最终破坏。 扬压力 由钢筋锈蚀而膨胀 冻融循环 化学腐蚀 气蚀 干湿循环 波砂磨耗 图 1 水工混凝土服役环境 图 2 ( a ) 反映的是恒山水库大坝混凝土病害情况 , 从图2中 可以看出, 混凝土碳化、 剥落导致钢筋的锈蚀情况严重, 环境和 安全问题突出。 在上游坝面采用纯聚脲技术防护以后, 整个坝面 涂层均匀、 连续, 表面光滑美观, 如图 2 ( b ) 所示。 历经 2 0 1 0年冬 季一 2 5
16、的低温考验 , 与基材仍有很好的的附着力, 有力的保证 涂层对混凝土的防护效果。 另外, 在抵抗紫外线老化、 冻融循环 、 温度应力和防渗等功能上, 均体现出显著的优势, 受到业主的 好评。 ( a ) 恒山水库大坝混凝土病害 上游坝面喷涂纯聚脲防护后的全景 图 2 恒 山水库大坝 2 纯聚脲应用于水工混凝土防护的技术优势 2 1 优异的野外恶劣环境的抵抗性 我国西南地区水资源极为丰富, 然而这里气候环境异常复 杂, 加上高难度作业给聚脲的施工提出了严峻的考验。 图 3 是纯 聚脲、 聚氨酯脲( 又称半聚脲 ) 和聚氨酯的环境温度和湿度适应 性图。 如图 3所示, 以湿度作为横轴 , 温度作为
17、纵轴 , 从图中我 们可以很明显地发现: 纯聚脲应用所适应的环境温度、 湿度的 变化远远高于聚氨酯脲和聚氨酯。 图 3 纯聚脲 、 聚氨酯脲和聚氨酯的环 境温度和湿度 适应 性 通过化学反应原理可知: 纯聚脲中胺基组分与 NC O组分的 反应活性远远高于假聚脲中羟基与 NC O组分的反应活性, 避 免了聚氨酯脲在野外环境下遇潮发生 R - NC O + H 2 O- - R N H2 + C O 2 反应 , C O : 导致涂层起泡产生“ 癞蛤蟆皮” 或分层 、 开裂、 脱落等 现象; 此外, 胺基组分与 NC O组分的巨大的反应活性即使在很 低的温度下( 如一 2 0) 也能正常固化, 避
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