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摘要：作为水工建筑物，抗渗性十分重要，裂缝造成的侵入等破坏作用更无法避免。因此，对水工结构裂缝修补材料及修补方法进行分析并探讨聚氨酯胶粘剂在水工结构中的应用，对水工建筑物的安全、稳定以及能否正常运行具有重要的意义。
关键词：水工结构，裂缝，修补材料，聚氨酯胶粘剂
水工混凝土裂缝问题一直以来都是混凝土使用过程中值得关注的问题，特别是水工混凝土在使用过程中由于施工环境的特殊性，如果混凝土出现裂缝，不仅会对建筑物的耐久性造成一定的影响，同时随着时间的推移也会造成混凝土内部结构的腐蚀性，从而为建筑物的安全性造成一定的负面影响。因此如何能够确保混凝土施工质量问题，加强建筑物的安全性与耐久性，需要相关技术人员进行不断的研究与探讨，从而更有效的避免裂缝的产生。
1水工结构裂缝修补材料及修补方法
1.1 裂缝修补材料主要种类
根据修补材料的化学组成不同，我们将水工混凝土构筑物的缝隙修补材料分为五类:
第一类是以不锈钢类、镀锌的钢板、铁板等为主的金属类止水材料，与混凝土的咬合能力一般，而且容易损坏，在水坝、沟渠等伸缩缝中应用时，一般采用多层止水方式，金属类止水材料用在紧靠迎水面的底层。
第二类是橡胶类止水材料，无论是天然橡胶、合成橡胶、丁腈橡胶等由于其较好的弹性及延展性广泛的应用在我们的生活中，但由于橡胶易老化，容易造成修补部位的再次损坏，一般用在要求不高的结构中。
第三类是聚氯乙烯塑料止水材料，与混凝土材质粘结能力一般，使用时还需采用别的粘结剂来与混凝土结构完成较好的粘结，操作较复杂，应用受限。
第四类是密封胶类止水材料，低档的以改性沥青为主；中档包含丁基丙烯酸酯、氯硫化聚乙烯等聚合物；高档包含聚硫类、有机硅类及聚氨酯类。改性沥青类抗老化性能较差，不能用于恶劣条件下的环境；化学合成的聚合物柔韧性一般，容易变形；高档次的密封胶耐老化、力学性能都很好。有机硅类具有弹性恢复性好、收缩小、耐老化、耐高、低温性能好的优点，但它本身的强度低，对粘结材料的粘结性不是很理想，价格高；聚硫类具有收缩性小、可以低温硫化、耐水性好、湿气渗透性低的优点，但它本身有较大气味，压缩变形大，价格较高，难以在工程上大范围使用。
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与上述两种相比，聚氨酯类具有强度高、弹性好、耐磨、耐气候变化等特点，对一般的建筑材料也有较高的粘附性，几乎可以满足各个领域的使用要求。特别是对那些膨胀和收缩比较明显和热胀冷缩比较大的材料，聚氨酯密封胶的高伸长率和良好的弹性恢复率，均可以满足材料或构件的密封要求。而且聚氨酯密封胶的价格相对较低，因此聚氨酯密封胶在各行业的应用日益增长，用于水工结构的报道也越来越多。
第五类为复合止水材料，一般通过物理和化学的方法制备出满足各种需求的止水材料。比如金属与橡胶、橡胶与塑料及比较热门的改性聚氨酯材料，为止水材料的发展提供了新的研究方向。
1.2常用裂缝修补方法
混凝土建筑物开裂后修补裂缝的方法有以下几种常用方法：表面修补法、嵌缝法、灌浆法、结构加固法、混凝土置换法等。
(1)表面修补法是一种简单，常用，易操作的修补方法，适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝，深度未达到钢筋表面的发丝裂缝，不漏水的缝，不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。一般缝宽小于 0.1mm 以下的裂缝修补，通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在裂缝表面粘贴玻璃纤维可以防止混凝土继续开裂。
(2)嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，用修补材料直接填充裂缝，一般用来修补较宽的裂缝，作业简单，费用低。宽度小于 0.3mm，深度较浅的裂缝、或是裂缝中有充填物，用灌浆法很难达到效果的裂缝、以及小规模裂缝的简易处理可采取开 V 型槽，在槽中嵌填塑性或刚性材料，然后作填充处理。水工建筑物变形缝的修补，也可以用表面修补法和嵌填止水密封材料联合使用。
(3)灌浆法适用于缝宽大于 0.3mm 的表层裂缝修补利用压力设备将胶结材料压入混凝土裂缝中，胶结材料可选用聚合物水泥砂浆、树脂砂浆、弹性树脂砂浆和弹性嵌缝材料。胶结材料硬化后与混凝土形成整体，从而达到封堵加固的目的。
(4)结构加固法通常是裂缝深度较深，对建筑物有安全有一定影响时采取的补救措施。通常时加大截面面积；在结构的角部外包型钢；采用预应力加固；粘贴钢板加固；增加支点加固以及喷射混凝土补强加固。
(5)混凝土置换法是结构物裂缝已致水工建筑物局部破坏，是处置严重破坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换新的混凝土或其他材料。
2聚氨酯胶粘剂在水工结构中的应用
发达的水利网络、众多的水工建筑物，使得聚氨酯胶粘剂广泛用于大坝、沟渠、水闸、渡槽等水工结构，而且取得不错的效果。作为全球范围内应用广泛的合成材料，关于它的研究一直不间断进行着，并取得了巨大成果。聚氨酯密封灌浆材料可以分为双组分聚氨酯、亲水性聚氨酯、疏水性聚氨酯及研究越来越多的环保型、无溶剂型聚氨酯。相关学者研究表明，HBPU 聚氨酯水工混凝土填缝胶作为一种高性能填缝材料，应用于马湾泄洪闸混凝土缝隙取得了很好的效果，而且经受了多次汛期的洪水考验未发现渗漏情况。相关学者研究显示，LW/HW 水溶性聚氨酯灌浆材料对缺陷混凝土进行维护，发挥了很好的效果，渗漏现象消失，保证了水工建筑物的安全、有序的运行。相关学者研究表明，聚氨酯胶粘剂用在葛洲坝水利枢纽中，韧性好、粘结性强、操作简单，使用效果明显。相关学者研究表明，槐扒黄河提水工程渡槽止水材料原本用的是聚氯乙烯胶泥，但实践证明，长时间供水运行，抗拉、耐老化等方面已经不能满足工程的需要，所以逐步采用 HBPU 沥青聚氨酯水工混凝土填筑止水胶，取得了良好的工程效果。
传统的聚氨酯胶粘剂应用越来越广，新型改性聚氨酯密封材料的研究也在不断的拓展当中，成为研究的重点。相关学者采用插层法、原位聚合法、共混法及溶胶—凝胶法四种方法，制备出了流变性能和机械性能都得到不同程度提高的无极纳米粒子改性的聚氨酯密封胶材料。相关学者利用原位聚合法以甲苯二异氰酸酯、聚醚二醇、正己烷为原料合成了聚氨酯预聚体，在扩链剂中加入蒙脱土，制备蒙脱土改性醇溶型聚氨酯胶粘剂。通过XＲD，SEM，AFM 检测方式，发现蒙脱土改性的聚氨酯胶粘剂在断裂伸长率、断裂拉伸强度及剪切强度等方面都得到明显改善。相关学者在聚氨酯胶粘剂合成过程中加入端羟基聚硅氧烷羟基硅油，红外分析表明，羟基硅油与聚氨酯中的异氰酸酯基发生化学反应，成功嵌入聚氨酯链中。试验显示，随着羟基硅油的加入，增加了预聚体合成时间，但提高了聚氨酯胶粘剂的粘结性能且降低了其吸水率，综合性能得到改善。相关学者研究表明，在二月桂酸二丁基锡和三亚乙基二胺的混合催化剂作用下，木质素改性的聚氨酯胶粘剂室温剪切强度提高了近 75%，高温剪切强度也有改善。
总之，水工建筑物产生裂缝的原因复杂且多种多样，本文仅介绍了几种水工结构裂缝修补材料及修补方法，并对聚氨酯胶粘剂在水工结构中的应用进行分析。在水工建筑物混凝土施工过程中，应尽量采取各种预防措施，避免和预防裂缝的出现，以保证建筑物的美观和安全可靠。
参考文献：
[1]何飞飞，潘云峰，陈建国.水工结构裂缝修补材料研究进展[J].山西建筑，2015(35).
[2]张震海.水工混凝土裂缝修补处理办法探究[J].中国标准化，2017(9).
论文作者:任星宇1,肖翔2,袁双双3
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第24期
论文发表时间:2018/12/11
标签：裂缝论文; 聚氨酯论文; 水工论文; 混凝土论文; 材料论文; 建筑物论文; 胶粘剂论文; 《建筑学研究前沿》2018年第24期论文;