聚脲涂層在水工混凝土表面處理中的施工技術(shù)

陳 渝, 虎元強(qiáng)

(四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司， 四川 成都 611130)

1 概 述

聚脲是一種無(wú)溶劑、涂刷型彈性材料，具有良好的力學(xué)性能、耐老化、防滲漏、抗凍融、抗沖耐磨、抗疲勞破壞、施工便捷、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，可用于水工混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉處理，也可用于大面積防滲及小流速過(guò)流面的抗沖磨防護(hù)與表面耐久性防護(hù)。其可分為以下幾種材料構(gòu)成。

1.1 單組分涂刷聚脲涂層

由異氰酸酯預(yù)聚體和封閉的胺類(lèi)化合物、助劑等構(gòu)成的液態(tài)混合物，采用涂刷、輥涂或涂刷方法施工。在空氣中水分作用下，封閉的胺類(lèi)化合物產(chǎn)生端氨基，并與預(yù)聚體產(chǎn)生交聯(lián)而形成的彈性膜。

1.2 雙組分涂刷聚脲涂層

由異氰酸酯組分(A 料)與氨基化合物組分(B 料)混合后，采用涂刷、輥涂或涂刷方法施工形成的彈性膜。

1.3 界面劑

在噴涂或涂刷聚脲作業(yè)前預(yù)先涂覆在經(jīng)處理的混凝土基層表面，用于增強(qiáng)聚脲涂層與基層之間的黏結(jié)力和封閉基層表面缺陷、阻隔水汽的材料。

1.4 層間處理劑

涂覆在已固化聚脲涂層表面，用于提高兩層聚脲涂層之間黏結(jié)強(qiáng)度的材料。

2 單組分聚脲涂層、雙組分聚脲涂層的特點(diǎn)及適用范圍

2.1 雙組分聚脲涂層、單組聚脲涂層的特點(diǎn)

2.1.1 雙組分聚脲涂層的特點(diǎn)

(1)材料本體抗沖磨性能好、耐老化；

(2)與基礎(chǔ)混凝土黏接強(qiáng)度大于2.5 MPa；

(3)材料反應(yīng)速度極快，適用于斜面及垂直面；

(4)溫柔性較好，在30℃下對(duì)折不產(chǎn)生裂紋；

(5)防滲、防凍效果好，耐化學(xué)腐蝕；

(6)無(wú)毒，可用于飲用水輸水工程。

2.1.2 單組分聚脲涂層的特點(diǎn)

(1)耐化學(xué)腐蝕，耐老化，防滲效果及抗沖磨性能好；

(2)與基礎(chǔ)混凝土黏接強(qiáng)度大于3.0 MPa；

(3)單組分材料就一種材料，避免了施工中配合比不當(dāng)造成質(zhì)量缺陷，不需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，分層施工，涂層厚度的均勻性及寬度可控，施工質(zhì)量有保證；

(4)低溫柔性好，在-45℃下仍保持50%以上的延伸率，能適應(yīng)高寒地區(qū)低溫環(huán)境的運(yùn)行要求；

(5)固化時(shí)間長(zhǎng)，混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉時(shí)需要增設(shè)胎基布；

(6)施工工藝簡(jiǎn)單，利于人工刮涂，只要施工場(chǎng)地容許，多個(gè)工作面可以同時(shí)施工；

(7)無(wú)毒，可用于飲用水輸水工程。

2.2 單組分聚脲涂層、雙組分聚脲涂層的適用范圍

由于這兩種柔性材料本體抗沖磨性能及防滲性能均很優(yōu)越，對(duì)于迎水面大面積防滲的水工建筑物，選用這兩種材料均可。但總體上來(lái)講：?jiǎn)谓M分聚脲涂層宜用于水工混凝土建筑物的迎水面防滲、裂縫和伸縮縫表層防滲，以及流速小于30 m/s的過(guò)流面的抗沖磨防護(hù)與表面耐久性防護(hù)；雙組分聚脲涂層宜用于水工混凝土建筑物的迎水面防滲、流速小于5 m/s的過(guò)水面保護(hù)及表面耐久性防護(hù)。以上數(shù)據(jù)指標(biāo)在陜西安康水電站、丹江口水利樞紐工程、寧夏某水源工程等工程中已得到了充分的論證，其使用效果良好，可推廣使用。

3 聚脲涂層在水工混凝土表面處理中主要施工工藝

聚脲涂層作為一種新型的混凝土表面處理材料，它的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的混凝土表面處理和防護(hù)觀念，為混凝土表面處理樹(shù)立了一個(gè)更高的標(biāo)準(zhǔn)。因此，在聚脲涂層施工前必須通過(guò)圖紙和施工方案的會(huì)審，根據(jù)使用的材料、作業(yè)環(huán)境、作業(yè)條件進(jìn)行必要的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定合理的、適用于現(xiàn)場(chǎng)施工的施工工藝和參數(shù)。對(duì)此，筆者根據(jù)《水電水利工程聚脲涂層施工技術(shù)規(guī)程》(DL/T 5317-2014)，同時(shí)結(jié)合實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)聚脲涂層施工工藝和注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)，供廣大聚脲涂層施工作業(yè)者參考。

聚脲涂層的主要施工工藝為：混凝土基層處理→界面劑涂刷→聚脲涂層施工，下面將分別對(duì)各個(gè)施工工藝進(jìn)行簡(jiǎn)述。

3.1 混凝土基層處理

(1)聚脲涂層施工前，必須對(duì)需要進(jìn)行混凝土表面處理的范圍，按照混凝土缺陷處理要求處理完成。隨后對(duì)混凝土表面進(jìn)行打磨處理，清除混凝土表面的棱角。若混凝土表面本身粗糙度過(guò)大，即使進(jìn)行了打磨處理，也很難達(dá)到聚脲涂層所需的基層粗糙度。因此在聚脲涂層施工之前，混凝土表面的粗糙度不能大于1.0 mm，才能保證聚脲涂層與混凝土具有良好的附著性能。

(2)烘干處理?；炷帘砻婧蔬^(guò)高，則聚脲涂料和反應(yīng)放熱將會(huì)使水分汽化，由于聚脲涂料凝膠時(shí)間非常短，水氣來(lái)不及逸出，致使涂層出現(xiàn)針孔等缺陷，且基層中大量的水分受熱汽化、體積膨脹，也會(huì)促使涂層出現(xiàn)鼓泡、脫落等病害。

(3)混凝土表層強(qiáng)度需要達(dá)到一定的要求。混凝土表層強(qiáng)度達(dá)不到要求，強(qiáng)行施工將來(lái)極可能出現(xiàn)涂層從基層一側(cè)大面積脫落的問(wèn)題，一般要求進(jìn)行聚脲涂層處理的混凝土基層拉拔強(qiáng)度宜大于3.5 MPa。

(4)為確保處理后的混凝土表觀平順、效果美觀，因此混凝土基層表面處理應(yīng)平順。實(shí)踐證明，混凝土基層的拉拔強(qiáng)度、水分和表面清潔度、缺陷等基層質(zhì)量是決定聚脲涂料工程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。

3.2 界面劑涂刷

(1)混凝土基層處理完成后，需要在混凝土基層表面涂刷BE14界面劑，涂刷厚度要求薄而均勻，無(wú)漏涂現(xiàn)象。

(2)界面劑應(yīng)按要求的配比配制，配量適中，混合均勻；界面劑可采用涂刷、輥涂或涂刷的方法施工，涂覆的界面劑應(yīng)薄而均勻，無(wú)漏涂、無(wú)堆積。

(3)界面劑涂刷范圍應(yīng)大于聚脲涂層范圍。

(4)界面劑涂刷完成后，應(yīng)采取措施防止灰塵、溶劑、雜物等污染表面。

(5)界面劑涂刷完成后，應(yīng)在界面劑規(guī)定的間隔時(shí)間內(nèi)進(jìn)行聚脲的涂覆作業(yè)。超出規(guī)定間隔時(shí)間的，應(yīng)重新涂刷界面劑。

3.3 聚脲涂層施工

(1)聚脲涂層施工從基層到面層依次序進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)施工必須按工序和層次進(jìn)行檢查驗(yàn)收，不能等全部完工后才進(jìn)行一次性的檢查驗(yàn)收。如發(fā)現(xiàn)上道工序質(zhì)量不合格，必須返工或修補(bǔ)，直至合格方可進(jìn)行下道工序的施工。

(2)必須控制聚脲涂層施工環(huán)境溫度和濕度。溫度過(guò)低和空氣相對(duì)濕度過(guò)大，則空氣中的水很容易凝結(jié)在混凝土或聚脲基層表面，容易導(dǎo)致聚脲在涂膜過(guò)程中形成針孔和孔洞等缺陷，降低聚脲涂層與基層之間的黏結(jié)強(qiáng)度。風(fēng)速過(guò)大可能導(dǎo)致物料四處飛揚(yáng)，會(huì)導(dǎo)致涂膜厚度不均勻或涂膜表面出現(xiàn)“桔皮”現(xiàn)象。因此，在四級(jí)風(fēng)及以上的露天環(huán)境條件下，不宜實(shí)施涂刷作業(yè)；嚴(yán)禁在雨天、雪天實(shí)施露天噴涂或涂刷作業(yè)。

(3)聚脲涂層施工溫度越高，流動(dòng)性和可施工性越好，固化相對(duì)較快，養(yǎng)護(hù)時(shí)間相對(duì)較短；如果溫度較低，固化就慢，養(yǎng)護(hù)時(shí)間就長(zhǎng)。一般要求施工期間的溫度要大于5℃，相對(duì)濕度小于85%。因?yàn)楫?dāng)施工溫度小于5℃時(shí)，特別是養(yǎng)護(hù)溫度低于0℃，聚脲涂層將停止固化，完全固化后的性能指標(biāo)會(huì)降低，影響聚脲涂層使用壽命。如果有特殊需要低溫施工，則要增加保溫措施。

(4)大面積涂刷聚脲應(yīng)單向均勻施工，一般情況下涂刷遍數(shù)為三遍，第一遍涂刷0.5 mm厚，第二遍0.8 mm厚，第三遍0.7 mm厚，三遍總厚度不小于2 mm，每層涂刷施工完成后2 h內(nèi)不宜與水接觸， 72 h內(nèi)防止外力沖擊。兩次涂刷作業(yè)間隔時(shí)間超出工藝試驗(yàn)確定的允許值時(shí)，涂層表面會(huì)失去反應(yīng)活性，易出現(xiàn)分層現(xiàn)象，因此在涂層間涂刷界面劑有利于保證整體黏結(jié)強(qiáng)度。

(5)大面積涂刷聚脲需分幾次施工時(shí)，后涂刷聚脲作業(yè)的部位需要與已施工部位進(jìn)行有效搭接，搭接寬度應(yīng)不小于 50 mm，搭接部位第一次涂刷厚度按斜坡收邊。為保證聚脲涂層周邊有一定的厚度，防止周邊涂層在高速水流作用下因太薄而掀起，需要在涂層周邊處將混凝土打磨成倒三角。

(6)當(dāng)同一作業(yè)面的涂刷不能一次完成時(shí)，底部涂層表面無(wú)污染，則可在24 h內(nèi)直接涂刷；當(dāng)?shù)撞客繉颖砻姹晃廴净蜷g隔時(shí)間超過(guò)24 h時(shí)，應(yīng)將底部涂層表面清潔干燥后涂刷層間處理劑，再進(jìn)行上層涂刷作業(yè)。

(7)已開(kāi)封的聚脲材料必須在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完，避免產(chǎn)生材料浪費(fèi)。施工期間因低溫儲(chǔ)存導(dǎo)致聚脲凝結(jié)時(shí)，可在使用前采用 60℃的水浴加熱至流動(dòng)狀態(tài)。

4 聚脲涂層施工過(guò)程中產(chǎn)生的缺陷分析及處理措施

4.1 聚脲涂層施工過(guò)程中存在的主要缺陷

受施工條件及作業(yè)人員工藝水平的影響，各類(lèi)聚脲涂層施工過(guò)程中基本上都會(huì)產(chǎn)生針孔、氣泡、脫落或脫層、鼓包等質(zhì)量缺陷，這些質(zhì)量缺陷將直接影響了聚脲涂層的使用壽命。

(1)針孔。針孔是透到基面上的孔，腐蝕介質(zhì)能透過(guò)針孔到達(dá)基面，并對(duì)基面形成腐蝕。更為嚴(yán)重的是腐蝕介質(zhì)會(huì)迅速游離到涂層與混凝土之間，早期會(huì)出現(xiàn)鼓包，繼而出現(xiàn)聚脲涂層大面脫落或脫層。

(2)氣泡。氣泡產(chǎn)生的主要原因是混凝土表面處理存在缺陷和施工過(guò)程中涂刷不均勻造成，當(dāng)受外力作用時(shí)氣泡破裂，最終導(dǎo)致聚脲涂層大面脫落或脫層。

(3)脫落或脫層。因混凝土表面處理不合格或施工過(guò)程基層表面被污染等因素，聚脲在固化或使用過(guò)程中發(fā)生脫落或脫層現(xiàn)象。

(4)鼓包。產(chǎn)生鼓包主要原因是材料配比不精準(zhǔn)、基面處理不干凈及基面存在水氣等因素，使聚脲在固化過(guò)程中起泡，最終使聚脲材料破壞脫落。

4.2 聚脲涂層產(chǎn)生質(zhì)量缺陷的原因

(1)對(duì)不同基層或不同表面沒(méi)有進(jìn)行有效區(qū)分；沒(méi)有根據(jù)不同的基層或表面情況采用相適應(yīng)的施工工藝。

(2)沒(méi)有對(duì)不同氣候條件采取具有針對(duì)性的技術(shù)措施。如：在比較潮濕的混凝土表面沒(méi)有進(jìn)行有效的隔離防潮處理。

(3)沒(méi)有完全按照聚脲涂層基本操作程序和要求進(jìn)行嚴(yán)格施工，如：發(fā)生不合理省料、個(gè)別部位聚脲涂層厚度不夠、針孔沒(méi)有全部封閉。

(4)聚脲涂層的干燥成膜速度極快，如操作不當(dāng)、層次不清則易產(chǎn)生涂層厚度不均勻、表觀不平整、色差大等問(wèn)題。

4.3 聚脲涂層產(chǎn)生質(zhì)量缺陷處理措施

(1)對(duì)聚脲涂層有針孔、氣泡、鼓包、剝落及損傷等任何缺陷時(shí)，必須重新認(rèn)真進(jìn)行打磨處理，且達(dá)到基面處理標(biāo)準(zhǔn)后，采用同級(jí)配的聚脲進(jìn)行修補(bǔ)處理。

(2)處理鼓包、脫落或脫層、損傷、涂層厚度不夠等缺陷時(shí)，應(yīng)向缺陷外擴(kuò)展5～10 cm進(jìn)行打磨清理到混凝土表面，最后按聚脲涂層施工工藝重新修補(bǔ)。

5 聚脲施工的安全及環(huán)境要求

(1)封閉空間施工聚脲應(yīng)采取抽排風(fēng)等措施保持空氣流通。

(2)作業(yè)前，應(yīng)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行充分的安全技術(shù)交底，使其掌握必要的安全施工技術(shù)和安全注意事項(xiàng)。

(3)作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員必須穿勞保鞋和工作服，并佩戴護(hù)目鏡、防護(hù)面具、口罩、乳膠手套等安全防護(hù)設(shè)施，才能進(jìn)行聚脲涂層施工。

(4)聚脲涂層施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)應(yīng)備足夠的干粉或液體 CO2滅火器及其他消防設(shè)施，且不得使用明火。

(5) 噴涂聚脲作業(yè)前，應(yīng)采取遮擋措施避免飛散物料污染作業(yè)面以外的設(shè)施。嚴(yán)禁隨意丟棄、傾倒、排放廢棄物，清洗液、廢棄原材料和處理劑應(yīng)按環(huán)保要求回收處理。

6 結(jié) 語(yǔ)

聚脲涂層施工技術(shù)作為一種新型的綠色環(huán)保施工技術(shù)，具有良好的力學(xué)性能、耐老化、防滲漏、抗凍融、抗沖耐磨、抗疲勞破壞、施工便捷、技術(shù)先進(jìn)等特點(diǎn)，在水工混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉處理和大面積防滲及有抗沖磨要求的泄洪建筑物的表面防護(hù)處理方面，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣泛的應(yīng)用前景，是混凝土表面處理的理想材料。同時(shí)，鑒于聚脲良好的物理和化學(xué)性能，也可為化工防護(hù)、管道防腐、海洋防腐、隧道防水、橋梁防護(hù)、基礎(chǔ)加固、屋面種植、道具制作、護(hù)舷制造等大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提供一種先進(jìn)的防腐、防水、耐磨的裝飾材料，以及更為方便、快捷的施工技術(shù)。