糠醛丙酮体系环氧灌浆材料在聚脲施工中的应用

田科宏，屈高见

(中国水利水电第三工程局有限公司勘测设计研究院，陕西西安，710016)

作者简介: 田科宏(1975—)，男，陕西眉县人，高级工程师，主要从事化灌材料研究和施工工作。

【摘 要】 高渗透的糠醛丙酮体系环氧灌浆材料是化灌最常用的材料之一，有很多补强加固的成功案例。水电三局在进军新科技领域——聚脲喷涂施工中，较好地利用糠醛丙酮体系环氧灌浆材料高渗透和高粘结强度的特点，使其作为喷涂聚脲用底涂，解决了混凝土基面修补，聚脲与混凝土有效粘合的难题，使老材料焕发了新的生命。

【关键词】 糠醛丙酮; 环氧灌浆材料; 聚脲; 混凝土; 粘合

1 糠醛丙酮体系的环氧灌浆材料及其特点

环氧树脂以其独特的分子结构、优异的粘结性能、在常温下可以固化、且固化后收缩性小，机械强度、耐热性与稳定性好等优点而具有“万能胶”的称号。老一辈的化灌科技人员利用环氧树脂开发了糠醛丙酮体系的环氧灌浆材料，糠醛－丙酮作为一种新型的活性稀释剂体系，可显著降低环氧树脂的粘度，具有非活性稀释剂本体粘度低的特点，同时糠醛与丙酮在固化剂作用下固化终结时生成呋喃树脂与固化的环氧树脂形成互穿网络结构，兼具活性稀释剂的特点，使得其在环氧树脂灌浆材料中得到了广泛应用。该活性稀释剂体系与混凝土和岩石粘结牢固，耐酸、碱、盐腐蚀，防渗能力强，在基础处理等地下环境中耐老化性能优异，灌浆材料是一种粘度低、渗透性好、强度高、操作方便的双组分灌浆材料。主要的特点有: ①粘度小，可灌性好，可灌入0.2mm的细缝; ②与混凝土的粘结强度高; ③固结体抗压和抗拉强度高，有较好的补强加固作用; ④浆液具有亲水性，对潮湿基面的亲和力好; ⑤凝固时间可在数小时至数十小时之间调节; ⑥操作方便，不需繁杂配制，只需将A、B组分按比例均匀混合后即可灌浆。

该材料自问世以来已在水电大坝、地下建筑等软弱地基加固，混凝土裂缝的防渗补强中得到广泛应用，在我国的水利工程(如三峡、葛洲坝、龙羊峡、丹江口、陈村、凤滩、万安、龙滩、溪洛渡、锦屏等水利枢纽)得到了广泛的应用，解决了许多工程中的难题，也赢得了一定的美誉。国内大多数的环氧灌浆材料都是以此体系为基础，中水科、中科广化、长江委、华东院、水电三局等单位，对该材料的配制和使用都比较成熟。近些年，随着水电三局在新材料新技术——聚脲防水施工方面的拓展，糠醛丙酮体系的环氧灌浆材料在该领域内大放异彩。

2 新材料新技术——聚脲及其特点

聚脲是一种双组分不含溶剂的快速固化型弹性涂料。A组分由预聚物或半预聚物与异氰酸酯反应制得，B组分由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成。A组分和B组分在专用喷涂设备的喷枪内混合喷出，快速反应固结成灰色的弹性体涂膜。聚脲具有如下特点: ①干燥时间短，施工工期短，可快速投入使用; ②100%固含量体系，无挥发性有机物、无气味，对环境影响小，是真正的绿色产品; ③具有抗多种化学品腐蚀的性能; ④在－25℃～150℃温度范围内具有良好的热稳定性能，可以长期使用; ⑤高强度、高柔韧性和高附着力; ⑥突出的耐候性能和耐磨性能; ⑦不受湿气影响。

聚脲的优点突出，但是将聚脲施工在混凝土表面同样有很多难题需要解决: ①混凝土基材表面的孔隙等影响聚脲成型后的整体外观; ②聚脲与混凝土必须要有良好的粘结。

混凝土在浇筑完成后，表面会产生一些气孔、麻面、蜂窝、沙线裂纹等缺陷，聚脲自身剧烈化学反应产生的放热现象，会将封闭在气孔中的空气或潮气迅速加热，并产生膨胀。膨胀的气体会穿过刚施工过的涂层表面，从而产生更大的针孔、鼓包、表面不平整等质量缺陷。混凝土基面上的气孔、麻面、蜂窝、沙线裂纹等缺陷必须在喷涂聚脲前干净彻底地予以消除。修补这些混凝土缺陷的材料不仅需要对混凝土有补强效果，而且要有效地渗入混凝土气孔、裂纹内部充填。

聚脲与混凝土间粘结界面的作用力与粘结强度直接相关。一般认为界面上的作用力有三类: 第一类为静力，如“抛锚”作用和摩擦作用所产生的力，是由于未固化的树脂流进粘结件凹坑处或者缝隙中，并在那里发生固化，其作用相当于轮船抛锚使树脂固着于粘结体表面，这类静力对界面的粘结强度的贡献理论上达1.4～1.7MPa。第二类为界面分子间作用力，即当粘结物与被粘结体间相互接近为3～5Å时，由色散、偶极与氢健等作用而产生的力，它对界面的粘结强度的贡献为700～7000MPa。第三类为化学键力，即当粘结分子与被粘结分子相互接近为1～3Å时，发生化学反应而形成化学健，它对界面粘结强度的贡献为7000～70000MPa。这三类作用力对于一个粘结体系可能同时存在，但作用大小随情况而异。

一般来说，分子间的作用力对界面粘结强度的贡献比例比较大，但对抗介质和水腐蚀的能力主要决定于化学健力，因此欲使界面既粘结强度高，又能抗介质腐蚀，必须引入化学健。

3 选择糠醛丙酮体系的环氧灌浆材料作为底涂的过程

中国水利水电三局首次开始聚脲施工就是在高标准、严要求的京沪高铁中，为了保证施工质量，进行了大量的材料和工艺试验。市场上的底涂有国产和进口的几十种，这些底涂可以分为以下几类: ①外墙腻子或Js防水涂料，都属于厚涂型材料，封闭效果好，但附着力较差; ②单组分聚氨酯底涂，属于薄涂型材料，封闭效果较差，附着力要比前一种高，但使用起来不稳定; ③聚氨酯双组分底涂，封闭效果较好，附着力很高，而且性能较为稳定，但因为多异氰酸酯对水敏感，对潮湿基面并不适用; ④环氧类。环氧类又包括薄浆环氧底涂、厚浆环氧底涂、薄刮型环氧腻子等。薄浆环氧底涂粘度低、流动性好，有较好的渗透作用，但由于涂层过薄，粘附力受到较大影响; 厚浆环氧底涂粘附力很好，但封闭时存在破孔现象; 环氧腻子封孔不存在问题，但施工时费时费力。可以把薄浆型环氧底涂和厚浆型环氧底涂复合起来进行两道涂覆使用较为合理，既解决了封孔和粘结问题，施工也较为简便易行。

作为新入门者，为了保证底涂和聚脲的适应性，选择了聚脲材料厂家提供聚氨酯底涂。还有一个原因，在严寒的山东工地，环氧树脂的反应诱导期很漫长，即使固化，也是一种假凝，严重影响了后续的施工质量和进度，所以在材料试验时就被淘汰了。

高渗透的糠醛丙酮体系环氧灌浆材料再次进入试验人员视野。在景洪水电站大坝坝面喷涂施工中，由于前期施工的原因，景洪水电站大坝坝面采用了西卡的聚合物砂浆进行了修补，修补后的聚合物砂浆表面有很多细微裂缝，很不美观，所以决定对大坝坝面进行防水聚脲层喷涂。聚合物砂浆修补过的坝面致密，原有的聚氨酯底涂不仅不能在砂浆内生根，而且混凝土与聚脲之间链接桥梁也难以起效。

经过多个厂家多批次的底涂试验，多次失败后，研究集中到身边最熟悉的糠醛丙酮环氧。果然不负众望，它的高渗透性使其不仅很好地在混凝土中生根，而且较好地修补了混凝土表面的气孔、麻面、蜂窝、沙线裂纹等缺陷，它本身含有的化学键和聚脲中的化学键有效结合，并形成了好的粘结强度。

经过对比试验发现使用糠醛丙酮体系的环氧灌浆材料做底涂不仅粘结强度稳定而且均高于使用聚氨酯底涂，试验结果见表1。

表1 各材料粘结强度

表中环氧1是指中化－798，环氧2是指广州秀珀sp－5281环氧底涂，聚氨酯是指东方雨虹PUP－262聚氨酯底涂。

4 结语

从京沪高铁桥面防水喷涂施工中的底涂材料试验开始，到景洪水电站坝面喷涂施工中作为首选底涂全面使用，再到石泉水电站坝面喷涂、潘口水电站大坝面板成功应用后，在黔中水利枢纽、龙背湾水电站等手刮聚脲工程中也有了成功的应用。

在水工混凝土缺陷处理和地基加固等方面有卓越表现的糠醛丙酮体系环氧灌浆材料，经过改进在喷涂聚脲和手工聚脲施工方面又展现了新的魅力。