应用聚脲技术实现混凝土结构的修复.pdf

1 7 2 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 3 卷第 2期 2 0 1 2 年 2月 Vo 1 ．4 3 No ．2 F e b ．2 0 1 2 应用聚脲技术实现混凝土结构的修复 黄微波 ，向佳瑜 ，盖盼盼，伯忠维 ( 青岛理工大学功能材料研究所 ， 2 6 6 0 3 3 ， 山东青岛) 摘要： 研究喷涂聚脲弹性体技术实现混凝土结构的修复在确保混凝土构筑物长期安全运行上具有重大意 义。经对比研究常见的混凝土结构修复材料和技术，深入分析了聚脲技术应用于混凝土结构修复的技术优势。 研究表明： 聚脲技术实现混凝土结构的修复具有节能环保、 施工方便快捷、 修复效果显著的特点； 针对顶面、 垂直 面及复杂基材表面大面积的中小型裂缝的修复， 聚脲技术修复优势显著， 无流淌和发泡现象； 可长期承受腐蚀介 质的侵蚀， 是混凝土结构的重要保障。 关键词 ： 聚脲技术； 混凝土结构； 耐久性 ； 裂缝； 修复 中图分类号 ： T U 7 4 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 7 2 6 { 2 0 1 2 ) 0 2 — 0 1 7 2 — 0 3 AP P LI CATI ON OF P OL YUR EA T ECHNI QU E F OR CONCR ET E S T RUCT URE R EP AI R HUANG W e i -b o，XI ANG J i a -y u，GAI Pan —p a n，BO Zh on g -we i ( Re 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 ri a l s ， Q i n g d a o T e c h n o l o g i c al U n i v e r s i t y ，2 6 6 0 3 3 ， Q i n g d a o ， S h a n d o n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： Re s e a r c h o n p o l y u r e a e l a s t o me r s p r a y i n g t e c h n i q u e f o r c o n c r e t e s t r u c t u r e r e p a i r i s s i g n i f i c a n t i n e n s u r i n g l o n g— t e r m s a f e o p e r a t i o n o f c o n c r e t e s t ruc t u r e s ． Co mmo n ma t e r i a l s a n d t e c h n i q u e s for r e p a i r i n g c o n c r e t e s t ruc t u r e a r e c o mp a r e d a n d s t u d i e d， a n d t e c h n i c a l a d v a n t a g e s i n a p p l i c a t i o n o f p o l y u r e a t e c h n i q u e for c o n c r e t e s t ruc t u r e r e p a i r i n g a r e a n a l y z e d i n d e p t h．Af t e r r e s e a r c h， i t i s i n d i c a t e d t h a t p o l y u r e a t e c h n i q u e for c o n c r e t e s t ruc t u r e r e p a i r i s e n e r g y s a v i n g a n d e n v i r o n me n t a l l y f rie n d l y ， h a v i n g c o n v e n i e n t c o n s t ru c t i o n a n d o b v i o u s r e p a i r i n g e f f e c t ； t h e t e c h n i q u e h a s a d v a n t a g e s i n r e p a i rin g me d i u m a n d s ma l l c r a c k s o f l arg e a r e a o n t o p， v e r t i c a l s i d e a n d c o mp l e x s u r f a c e ， b e i n g f r e e o f fl o wi n g a n d b u b b l i n g p h e n o me n o n； i t c a n wi t h s t a n d c o r r o s i o n o f c o r r o s i v e me d i u m for a l o n g t e r m a n d p r o v i d e i mp o r t a n t p r o t e c t i o n for c o n c r e t e s t ru c t u r e ． Ke y wo r d s ：p o l y u r e a t e c h n i q u e；c o n c r e t e s t r u c t u r e ； d u r a b i l i t y ； c r a c k；r e p a i r 混凝土因具有取材广泛、 价格低廉、 抗压强度高、 便于成型、 耐火陛好、 不易风化及养护费用低等优点而 大量应用于土木工程中。然而， 大量研究实践表明， 混 凝土结构的耐久性不足是导致钢筋混凝土结构失效的 主要原因， 尤其是沿海和近海地区的混凝土结构。 美国 学者曾用“ 五倍定律” 形象地描述了钢筋混凝土结构耐 久性设计的重要性。我国混凝土结构的耐久性问题十 分突出， 据调查 ， 南方地区使用7 ～ 2 5 年的混凝土港口 设施 中， 有8 9 ％发生了钢筋锈蚀破坏 。 混凝土裂缝是钢 筋混凝土结构失效的罪魁祸首。 根据我国的《 混凝土结 构设计规范》 ( G B 5 0 0 1 0 — 2 0 1 0 ) ， 在对不同环境 、 不同介 厨隋况下的钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度有明 确规定 ： 室内正常环境下的构件为0 ．3 m m； 露天或室内 高湿度环境下为0 ． 2 n l n 2 ， 过大的裂缝会引起钢筋锈蚀， 降低结构的耐久性；同时，过大的裂缝会损坏结构外 观， 引起使用者不安。 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一 O 1 一 l 2 作者简介： 黄微波( 1 9 6 3 一 ) ， 男， 重庆人， 博士 ， 教授 ， 博士生导师， e — m a i l s p u a @ 1 6 3 ． c o in． 对于混凝土的裂缝，目前常见的修复技术主要为 混凝土自修复技术、 聚合物砂浆修复技术、 填充无机水 性水泥密封抗渗剂技术及混凝土表面涂覆柔性防水材 料技术等 21 。其中混凝土自修复技术对大于0 ．4 m m 以 上的裂缝自修复效果不佳 ，而且纤维管或微胶囊的数 量太多又会影响基体宏观性能；聚合物砂浆刮涂效果 不佳， 施工效率较低， 而且顶面、 垂直面流淌现象严重； 无机水性水泥密封抗渗剂附着性能有待进 一步提高 ； 普通的柔性防水材料具有易老化、寿命短及强度低等 缺点， 因此寻求一种施工便捷、 不流淌， 附着力强和力 学『生 能佳的修复技术显得尤为重要。 聚脲弹『生 体技术( 以下简称聚脲技术) 是由美国化 学家D u d l e y J ． P r i m e a u x 在反应注射成型( R e a c t i o n I n — ie c t i o n M o l d i n g英文缩写 R I M ) 技术的基础上发展起 来的新技术 。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 。作为新型无溶剂、 无污染 的绿色施工技术 ， 2 0 1 2 年 2 月 黄微波， 等： 应用聚脲技术实现混凝土结构的修复 加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、 抗冻融等性能在混凝土结构的防护工程 中具有广阔的应用前景 。 本文通过对比研究现有常见的混凝土结构修复技 术，介绍了聚脲技术应用于混凝土结构修复的主要技 术优势，最后探讨了聚脲技术的施工工艺并进行了典 型的工程案例分析。 1 聚脲技术修复的技术优势 对于混凝土结构的修复 ，表面处理法施工简便、 修复效果较好。然而普通的修复材料具有易老化、 寿 命短、 强度低、 防护性能欠可靠等缺点， 因此寻求一种 对混凝土结构可实现长期有效的修复技术显得至关 重要 。 聚脲技术是一种新型无溶剂、无污染的绿色施工 技术，它能够根据施工环境在任意形状表面形成整体 致密、 无接缝、 高强度、 高弹性涂层， 施工方便、 高效而 且具有优异的防水、 防腐蚀和耐老化陛能。 聚脲技术与 常见混凝土结构表面修复技术的比较如表1 所示， 从表 中可看出， 无论是从材料性能还是施工工艺， 聚脲技术 均体现出其特有的优势。 ( 4 )力学性能优异， 拉伸强度可达2 0 M P a 以上、 断 裂伸长率可达5 0 0 ％以上， 硬度可根据需要在A 3 0 - D 6 5 任意变化。对复杂基材的适应性强，附着力高于2 ．5 M P a 。 附着性能优秀， 可抵御昼夜、 四季环境温差造成 的热胀冷缩。 不会产生开裂和脱落现象。 ( 5 )聚脲化学活性极高， 无需添加催化剂， 耐老化 性能强。 寿命在7 5 年以上， 某理工大学功能材料研究所 的大量理论研究与工程应用证实了这一点。同时具备 高效防水、 耐腐蚀、 抗冻融、 抗冲击、 抗疲劳破坏等常规 涂料所不具备的性质， 修复效果突出。 ( 6 )可根据需要选择颜色， 兼具装饰作用。此外， 还可根据施工环境的改变， 灵活进行配方设计 ， 实现要 求的性能。 总之，聚脲技术在材料性能和施工工艺上都显现 出特有的优势．因而美国波士顿地铁、 S a n M a t e o 大桥 等重点工程均使用聚脲涂层作为防护材料。 此外， 山西 恒山水库混凝土坝面防渗工程等都陆续采用聚脲涂层 作为混凝土的防护材料。聚脲在自然环境因子和荷载 的耦合作用下。 对提高混凝土结构的耐久性、 可靠性和 安全l生提供了重要的技术保障，将其应用于混凝土结 构的修复工程中， 具有独特的技术优势。 表1 聚脲技术与现有混凝土结构表面修复技术比较 2 施工工艺及工程案例 性能 聚脲技 聚氨酯类 聚合物砂 水泥砂 指标 术修复 材料修复 浆修复 浆修复 拉伸强度／ M P a > 2 0 5 0 0 > 3 5 0 尢 附着力 强 较强 较强 一般 使用寿命／ 年 2 0 ~ 3 0 5 - 8 3 ~ 5 1 ～ 2 施 工方法 整体喷涂 刷涂 、 喷涂 手刮 手刮 施工周期／ 1 0 0 0 mz 1 个工作 日 7 个工作 目 l O 个工作 日 8 个工作 日 环保型 好 左 一般 好 通过以上的对比可发现 ，将聚脲技术运用于混凝 土结构的修复领域中，将在很大程度上解决现有修复 技术所遇到的技术瓶颈 ， 主要具有以下优势【4 I5 J 。 ( 1 )V O C ( V o l a t i l e O r g a n i c C o m p o u n d s ， 挥发性有 机化合物 的缩写 ) ， 符合环保 、 节能 、 减排 、 低碳的要求。 ( 2 )快速固化 ，聚脲反应 ( R — N C O + R — N H 2 - - - ~ R — N H C O N H — R ) 非常迅速 ， 凝胶时间以秒计算， 不受环境 温湿度影响， 5 m i n 之内可达步行强度。可在任意曲面、 垂直面及顶面连续喷涂成型， 不产生流淌现象。 ( 3 )施工快捷 ， 效率高。喷涂输出量大、 可连续操 作 ， 一次涂装可达2 m m 以上的厚度， 可实现对大裂缝 有效修复， 无发泡现象。 施工工艺在很大程度上影响着聚脲涂层的性能。 聚脲技术修复混凝土结构的施工工艺流程一般包括施 工准备、 基材处理施工、 底漆施工及聚脲涂层施工等。 下面简要介绍相关工艺中的技术要领。 ( 1 )基材处理施工时应保证基材表面清洁 、 干燥 ， 不得有蜂窝麻面、 浮渣、 浮土、 脱模剂和油污等杂质。 表 面的毛刺用角磨机磨平，尖端凸起处尽量做到圆弧过 渡， 消除尖端应力。 ( 2 )底漆是连接混凝土与聚脲涂层的桥梁，可增 强聚脲涂层与基材的配套}生 和相容性。底漆须现配现 用， 严格按专业配方要求称量。 每道工序之间应保持施 工面整洁。底漆施工一般采用滚涂工艺， 边、 角、 沟、 槽 辅以刷涂施工。 ( 3 )聚脲涂层施工时喷涂设备须具备： 喷涂时压 力范围在1 7 0 0 ～ 2 5 0 0 P a 之间，以确保A， B 两组分充分 混合和力学陛能的形成；保证物料输送平稳、计量精 确、 混合均匀、 雾化良好。 图1 反映的是恒山水库大坝混凝土结构病害修复 情况， 从图l ( a ) 中可看出， 混凝土碳化、 剥落导致钢筋 的锈蚀隋况严重， 环境和安全问题突出。 在上游坝面采 用聚脲技术对钢筋混凝土结构修复以后，整个坝面涂