水工材料论文
1 概述。
混凝土结构因其施工缝处理不到位、振捣不密实、养护不及时及混凝土自身热胀冷缩特质等多因素原因，使得裂缝成为水工混凝土结构最普通、最常见的病害之一，不出现裂缝的混凝土建筑物是极少见的。而且这些裂缝多发生在结构关键部位，严重影响水工结构的安全性、稳定性，而且还会伴随渗漏，冬季渗漏更会造成冻胀，对坝体、水闸、沟渠、泵站等水工结构安全运行构成严重威胁，水工混凝土结构的维护就显得很重要。
2 水工结构裂缝修补材料及修补方法。
2. 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[1]:
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。
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。
2. 2 常用裂缝修补方法。
根据缝隙变化，将裂缝分为死缝（ 长度和宽度不再随时间而变化） 、活缝（ 宽度随外界环境而变化，长度几乎没有变化） 和增长缝（ 随时间而增长） .不同的缝隙有不同的修补方法，目前，国内常见的修补方法可以归为四类[2]:
1） 填料法，适用于宽度较大的缝隙，将缝隙凿成一定的形状，清理干净，将填缝材料注入，主要是水泥砂浆、聚合物砂浆等，涉及钢筋锈蚀的，先除去铁锈，然后进行下步操作。2） 灌浆法，适合用在水工结构较深较细的裂缝上，将灌浆料以压力或真空的方式压入裂缝中，修复裂缝，主要灌浆料有水泥浆、环氧树脂类及聚氨酯类胶粘剂等。3） 表面覆盖法，将修补材料涂在结构物的表面，提高其抗裂性、耐久性。但只能在结构物表面进行，很难深入到内部缝隙中，对裂缝的二次开裂及延伸很难起到追踪作用。4） 锚固修补法，不采用任何胶粘剂，通过拉紧锚杆或者锚索产生预应力来压缩裂缝，控制裂缝的进一步扩展。由于锚固施工比较复杂、工作量较大，工程中一般很少采用，除非工程有特殊要求。
3 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。
邱红雷[3]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。杨杰等[4]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。邹远鹏等[5]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。
董红伟等[6]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。贾建民等[7]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。张丽等[8]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。高艳飞等[9]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。孔宪志等[10]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。
4 总结与展望。
伴随国民经济飞速发展，水利工程、铁路工程、公路工程等交通网络的密集化程度越来越高，聚氨酯胶粘剂应用的范围也在不断扩大，为聚氨酯胶粘剂的发展提供了新的契机。有理由认为，具备良好胶粘力、弹性恢复力、抗老化性等优异性能的聚氨酯胶粘剂将成为水工结构维护方面的重点之一。
参考文献：
[1] 刘杰胜，吴少鹏，陈美祝。 伸缩缝止水材料的性能及应用[J]. 水工材料，2008（ 4） :6-7.
[2] 马建伟，刘志建。 水工混凝土建筑物裂缝处理技术概述[J].北京水务，2007（ 1） :50-51.
[3] 邱红雷。 HBPU 聚氨酯水工混凝土填缝止水材料的应用[J]. 人民黄河，2010（ 7） :118-119.
[4] 杨 杰，刘 宁，邢波涛。 LW/HW 水溶性聚氨酯化学灌浆材料在水工混凝土缺陷处理中的应用[J]. 四川水力发电，2015（ 4） : 54-56.
[5] 邹远鹏，宋崇洲，王端明。 聚氨酯胶在水工建筑物上的应用[J]. 湖北水利发电，2004（ 2） :57-58.
[6] 董红伟，姚洪波，杜克勤，等。 HBPU 沥青聚氨酯水工混凝土填缝止水胶在渡槽工程中的应用[J]. 河南水利与南水北调，2009（ 3） :47.