水性單組份聚氨酯涂料的防水性能及工程應(yīng)用

王廣林

(中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000)

1 問(wèn)題的提出

當(dāng)前，相關(guān)規(guī)范對(duì)建筑工程用涂料中揮發(fā)性有機(jī)化合物的含量提出了較為嚴(yán)格的限制，所以低揮發(fā)性有機(jī)化合物含量涂料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為普遍趨勢(shì)。以水性聚氨酯樹(shù)脂為基材、以水為分散介質(zhì)的水性單組份聚氨酯涂料無(wú)毒、不燃，且不會(huì)造成環(huán)境污染。既符合當(dāng)前各類法規(guī)對(duì)環(huán)保型建筑施工材料應(yīng)用的硬性要求，又具有常規(guī)防水涂料的溶劑性特征。

水性單組份聚氨酯涂料對(duì)環(huán)境無(wú)毒害作用和影響，屬于環(huán)境友好型建筑施工材料，其在施工過(guò)程中僅需進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)配和拌制即可使用，施工過(guò)程簡(jiǎn)便，成膜質(zhì)量有保證，節(jié)省工期。水性單組份聚氨酯涂料以水為分散介質(zhì)，能大大降低對(duì)揮發(fā)性有機(jī)溶劑等具有污染性材料的使用，抗老化、防水、耐溶劑性良好。由于水性單組份聚氨酯涂料具有優(yōu)良的工程性能，所以在建筑施工防水領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛。

與傳統(tǒng)防水涂料主要從石油、煤炭中提煉有機(jī)溶劑且有機(jī)溶劑占比在50%-70%的情況不同，水性單組份聚氨酯涂料主要原料為可再生能源。其所包含和揮發(fā)的有機(jī)化合物(Volatile organic compounds，VOC)很少，而常規(guī)性的油漆涂料中所揮發(fā)的有機(jī)化合物涂料量是50%-80%[1]，對(duì)人體有害且易造成環(huán)境污染[1]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)有關(guān)法規(guī)和建筑施工規(guī)范對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物排放量的要求具體為：揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放量應(yīng)≤48kg/h，揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放濃度應(yīng)≤200mg/L，無(wú)組織排放限量應(yīng)≤2.0kg；油性涂料揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放量為100 kg/h，揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放濃度為100 mg/L，逸散強(qiáng)，排放量大，控制難度大；水性涂料揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放量≤20 kg/h，揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放濃度≤180 mg/L，環(huán)保，且不含苯系物，控制較容易。所以，在未經(jīng)處理的情況下，水性涂料揮發(fā)性有機(jī)化合物總排放量不足20 kg/h，總排放濃度在180 mg/L及以下，且容易控制。

2 工程應(yīng)用

2.1 工程概況

鄭州航空港經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)南水北調(diào)總干渠以東新港十一路跨越梅河支流，連接雁鳴路(原富航路)與和睦路。橋位處規(guī)劃河道藍(lán)線寬度59.8m，兩側(cè)馬道寬4m。河底高程110.369m，100a一遇水位為112.549m；馬道高程為113.549/113.449。河道與道路中線斜交，斜交角度為117°。道路中線位于半徑1500m的圓曲線上。橋跨布置為(22+28+22)m，橋梁多孔跨徑總長(zhǎng)72m，上部結(jié)構(gòu)為變截面普通鋼筋混凝土連續(xù)梁。橋梁寬度為61.6m，橫斷面布置為：欄桿0.3m+人行道5m+非機(jī)動(dòng)車道3.5m+綠化帶3m+機(jī)動(dòng)車道18m+防撞護(hù)欄0.5m+鏤空1m+防撞護(hù)欄0.5m+機(jī)動(dòng)車道18m+綠化帶3m+非機(jī)動(dòng)車道3.5m+人行道5m+欄桿0.3m。

2.2 防水層施工材料

本工程防水層施工所使用的主體材料包括甲組份(預(yù)聚體)、乙組份(固化體)和底涂乙料，用量及規(guī)格詳見(jiàn)表1。

表1 主體材料用量表

主要輔助材料有磷酸或苯磺酰氯、二月桂酸二丁基錫、二甲苯、乙酸乙酯、107膠、水泥、石渣，規(guī)格及用途見(jiàn)表2。

表2 主要輔助材料用量表

2.3 防水層施工

按照設(shè)計(jì)要求的配置比例進(jìn)行甲組份(預(yù)聚體)和乙組份(固化體)的調(diào)配與拌合，并將各種組分材料的稱量誤差嚴(yán)格控制在±2%范圍內(nèi)。配置好后通過(guò)人工方式分別進(jìn)行待處理橋梁結(jié)構(gòu)的底涂和面層涂刷，通過(guò)底涂防水材料以有效阻隔基層濕氣，預(yù)防橋梁結(jié)構(gòu)的防水膜出現(xiàn)鼓包、剝離和脫落；面層涂刷防水材料的目的在于增強(qiáng)水性單組份聚氨酯涂料層與結(jié)構(gòu)基層的黏結(jié)強(qiáng)度，避免涂料層出現(xiàn)厚薄不均及針氣孔等問(wèn)題。

在進(jìn)行水性單組份聚氨酯涂料調(diào)配時(shí)，應(yīng)依次按照主劑、固化劑的順序?qū)⒉牧习丛O(shè)計(jì)用量先后投入容器，并充分拌合均勻，攪拌時(shí)間應(yīng)控制在3-5min，為保證防水涂料的質(zhì)量性能，拌制過(guò)程中不得加水和其他雜質(zhì)，攪拌應(yīng)采用機(jī)械方式，且將攪拌器的機(jī)械轉(zhuǎn)速設(shè)定在200-300轉(zhuǎn)/min[2]。調(diào)配好的防水涂料應(yīng)在20min內(nèi)用完，所以，本工程應(yīng)根據(jù)施工進(jìn)度隨配隨用。將配置好的水性單組份聚氨酯涂料均勻涂抹在待施工部位，并待涂料自然風(fēng)干后再噴涂第二層。對(duì)于難以展開(kāi)大面積涂刷的部位，應(yīng)采用人工方式補(bǔ)涂，在完成兩遍涂刷后還應(yīng)進(jìn)行管道孔口、接口、端頭等部位的細(xì)部檢查，若存在漏涂，必須及時(shí)補(bǔ)足。

2.4 防水施工質(zhì)量控制模型

水性單組份聚氨酯涂料對(duì)工程結(jié)構(gòu)的附著力會(huì)導(dǎo)致所對(duì)應(yīng)的水性單組份聚氨酯涂料發(fā)生一定程度的滲漏，為加強(qiáng)防水施工質(zhì)量控制，必須在設(shè)定水性單組份聚氨酯涂料施工穩(wěn)定性安全系數(shù)的基礎(chǔ)上，深入研究材料的防水性能。水性單組份聚氨酯涂料施工安全系數(shù)按以下公式確定：

(1)

式中：F為水性單組份聚氨酯涂料施工安全系數(shù)；C為水性單組份聚氨酯涂料撕裂強(qiáng)度；N為水性單組份聚氨酯涂料吸水率；H為水性單組份聚氨酯涂料剝離強(qiáng)度；M1為水性單組份聚氨酯涂料斷裂伸長(zhǎng)率；M2為水性單組份聚氨酯涂料遇熱伸縮率。

則水性單組份聚氨酯涂料防水施工質(zhì)量控制模型為：

(2)

S=C∑A/∑B

(.3)

式中：K為橋梁工程施工安全等級(jí)；T為水性單組份聚氨酯涂料膠凝時(shí)間；S為水性單組份聚氨酯涂料膠凝速度；∑E為橋梁結(jié)構(gòu)基層荷載應(yīng)力；∑D為橋梁結(jié)構(gòu)承載力極限值；?為變形程度；∑A為水性單組份聚氨酯涂料對(duì)工程結(jié)構(gòu)的附著力；∑B為橋梁工程基層總附著力[3]。

結(jié)合新港十一路跨梅河支流橋梁工程實(shí)際，水性單組份聚氨酯涂料防水施工安全性較好，施工安全等級(jí)較優(yōu)。

2.5 施工效果分析

根據(jù)模擬試驗(yàn)檢驗(yàn)新港十一路跨梅河支流橋梁工程防水層的施工效果，具體而言，采用磷酸鹽水泥基灌漿材料、低溫固化環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料和本工程所使用的水性單組份聚氨酯涂料共同進(jìn)行試件施工，并比較其防水施工效果，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 防水施工試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果的比較，水性單組份聚氨酯涂料對(duì)建筑工程防水的保護(hù)程度在87%及以上，而磷酸鹽水泥基灌漿材料的防水程度在70%以上，低溫固化環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料的防水率在50%以上，所以，本橋梁工程所采用的水性單組份聚氨酯涂料的防水效果最佳。為全面分析和驗(yàn)證水性單組份聚氨酯涂料的工程性能，還應(yīng)分析和比較其單位工程量的施工完成時(shí)間，水性單組份聚氨酯涂料因無(wú)需調(diào)配和攪拌，成膜速度較快，其平均施工完成時(shí)間僅需13.50min，磷酸鹽水泥基灌漿材料和低溫固化環(huán)氧樹(shù)脂灌漿材料的平均施工完成時(shí)間分別為42.71min和37.56min，可見(jiàn)，水性單組份聚氨酯涂料工程性能較為優(yōu)越。

3 結(jié) 論

本工程應(yīng)用結(jié)果表明，水性單組份聚氨酯涂料應(yīng)用于橋梁等工程施工領(lǐng)域，既能提供機(jī)械+人工的方式均勻涂刷在結(jié)構(gòu)表面發(fā)揮防水性能，又能通過(guò)高壓將這種防水涂料注入混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，并使其延展和充填全部裂縫，并在遇水后發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，釋放大量氣體，對(duì)涂料施加二次滲壓，助推涂料彈性體二次充滿全部裂縫，直至有效阻止結(jié)構(gòu)滲漏。水性單組份聚氨酯涂料因所包含和釋放的揮發(fā)性有機(jī)化合物少而對(duì)人體和環(huán)境無(wú)毒害無(wú)污染，且施工過(guò)程中只需經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的調(diào)制與拌合便可達(dá)到工程性能，施工簡(jiǎn)便，節(jié)省工期，作為新型建筑材料其經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益十分顯著。