高铁桥梁防水涂料聚脲所用基层处理体系的配方设计

摘要：本文简介高铁聚脲防水涂料的应用情况及发展前景，探讨高铁聚脲防水涂料所采用的基层处理体系的配方设计和开发，同时通过多处高铁施工现场的实验验证，阐述该基层处理体系在高铁聚脲防水涂料施工过程的优点。

Abstract： It introduced the development prospect of application about polyurea waterproofing coatings used in the high iron bridge， and discussed the formulation of the basic level processing system. Throughing the siting construction experiment at many places in high iron bridge，it expounded the advantages of the basic level processing system on polyurea waterproofing coatings which used in high iron bridge.

关键词： 高铁桥梁；聚脲；基层处理

Key words： High iron bridge；polyurea；basic level processing

中图分类号：U21 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）10-0060-02

0 引言

2006年，我国京津高铁采用聚脲涂料对混凝土桥面进行防水保护，打开聚脲涂料在高速铁路混凝土防水市场的应用；2009年，京沪高铁沿用京津高铁的设计方案，全线采用聚脲涂料进行防水保护。随着我国高速铁路建设进入一个蓬勃发展的时期，聚脲防水涂料的应用也将越来越广泛。

我国现有的铁路防水主要有以下几种：卷材、聚氨酯、聚脲等，卷材具有优良的物理性能，如良好的拉伸强度和断裂伸长率，但与基材的附着力不够理想；聚氨酯涂料具有良好的断裂伸长率，但拉伸强度不如卷材；聚脲涂料作为一个快速固化、易厚涂地涂料产品，具有优良的拉伸强度、卓越的断裂伸长率等性能，同时通过恰当的施工工艺可以保证聚脲涂料与基材具有优良的附着力性能。故聚脲涂料在高铁混凝土防水方面具有很大的应用前景。

我们通过大量实验开发混凝土专用腻子、混凝土封闭底漆，从而形成一个混凝土基层处理体系，以保证聚脲防水涂料与基材具有良好的附着力等性能。

1 实验部分

1.1 主要实验原材料

溶剂：200#溶剂油、二甲苯、醋酸丁酯；助剂：流平剂、消泡剂、防沉剂等；树脂：三羟甲基丙烷、聚氨酯树脂、聚酯树脂、环氧树脂；固化剂：胺固化剂、多异氰酸酯；填料：525水泥、滑石粉、改性二氧化硅、老粉、沉淀硫酸钡。

1.2 混凝土专用腻子的配方设计原理 通过分析现有高铁聚脲施工，认为修补腻子应具备以下几点：①搅拌均匀后，具备合适的施工时间，应控制在30～60分钟为宜；②修补腻子表干应控制在4小时以内；控制修补腻子的表干时间不应当多于4小时；③修补腻子实干时间应控制在24小时以内；控制修补腻子的实干时间不应当大于24小时；④为了达到修补空洞的目的所用的修补妮子应具备一定的粘度；⑤修补腻子首先自身的强度应当与混凝土相类似，其次还应当具备一定的厚涂条件及厚涂不影响干燥、开裂等；⑥修补腻子应当与混凝土基材、底漆之间都具有良好的附着力性能。通过分析，我们认为要达到第5点，则要求该腻子为无溶剂、环氧体系；达到第6点，则要求该腻子为环氧体系，同时底漆应与环氧体系具备良好的相似性，才能拥有良好的附着力性能。综合以上要求，我们采用环氧体系对修补腻子进行开发。

1.2.1 环氧树脂、胺类固化剂的选择 选用两种环氧树脂、六种胺类固化剂进行试验，验证其使用时间与干燥性能。

通过分析表1、表2的数据，对腻子反应时间影响大的不是环氧树脂反而是胺固化剂。在选择材料时候不仅要考虑材料本身的性能还要考虑成本的经济性，通过综合考虑反应时间和成本以后，决定修补腻子的固化剂组成份采用胺固化剂4、5进行配比；通过对环氧树脂1、2的粘度和单价的分析比较，决定修补腻子的集料组份采用环氧树脂1：环氧树脂2=3：7左右进行配比。

1.2.2 修补腻子固化剂配方的确定 本文确定采用环氧树脂2∶环氧树脂1=7∶3左右进行配比。通过成本构成分析：固化剂价格高（一般胺类固化剂价格大约在每公斤30元左右），故固化剂组份占有比例应越小越好。现预设修补腻子基料组份∶固化剂组份=5∶1进行配比，则有修补腻子固化剂组份配方如表3。

1.2.3 修补腻子基料配方的确定 本文选用改性二氧化硅、滑石粉、沉淀硫酸钡、老粉、525水泥等5种进行试验，通过分析上述5种材料的吸油性以及单材料组份碾磨实验，排除滑石粉和525水泥，决定采用老粉、改性二氧化硅、沉淀硫酸钡配比进行下一步试验。

通过分析表4的数据我们看到，配方1～5与基材的附着力均在4MPa左右，因此可以推断这三种填料对于附着力的性能影响并不大，从刮涂性能分析配方2～5都符合要求。因此，要想得出腻子基料的最终配方只有从与底漆的附着力性能、原材料价格等方面进行综合考虑。

1.3 混凝土封闭底漆的配方设计 通过对京沪高铁中聚脲的施工工艺的分析，基层处理底漆应具备以下几个特性：①底漆按配比搅拌均匀后，应具备一定的施工时间，应控制在2小时以上为宜；②底漆表干时间不超过4小时，实干时间不超过24小时；③底漆与混凝土基材具有良好的附着力性能；④底漆与修补腻子具有良好的附着力性能；⑤底漆与聚脲涂层之间具有良好的附着力性能。通过分析得出：采用环氧类或聚氨酯类底漆均能满足第①、②点的要求；采用环氧类比采用聚氨酯类更能达到第③、④点的要求；而采用聚氨酯类比采用环氧类更容易达到第⑤点的要求。综合以上分析，为了保证底漆与混凝土基材、修补腻子、聚脲涂层之间都具有良好的附着力性能，本文决定采用环氧改性聚氨酯底漆进行开发。

1.3.1混凝土封闭底漆固化剂的配方确定 本文通过市场调查，对大量的多异氰酸酯进行比较筛选后同时进行试验验证，最终确定了关东某场的聚氨酯固化剂符合我们的要求，将原材料采购回来后，直接进行分装即可。

1.3.2 混凝土封闭底漆基料的配方确定 我们选用环氧树脂和聚氨酯树脂进行配合，配方如表5。

通过对表6数据进行分析，该环氧改性聚氨酯底漆与混凝土基材结合优良。不同类型填料的修补腻子对修补腻子与底漆之间的附着力影响不大。综合考虑成本、沉降性能等因素，本文决定采用腻子配方2进行生产。

2 基材处理体系的性能、指标

基材处理体系的性能、指标，如表7、表8。

3 小结

通过反复试验，本文成功开发了混凝土专用腻子、混凝土封闭底漆这一基层处理体系。

该体系中的混凝土专用腻子具有以下优点：第一，施工性能好，涂膜干燥后有很好的打磨性能；第二，固含量高，属于无溶剂产品，涂膜干燥后不会引起体积的收缩；第三，能够很好的填补基材表面的缺陷；第四，与混凝土基材的粘接性能良好等。

该体系中的混凝土封闭底漆具有以下特点：首先，良好的渗透性能，能够封闭基材的水分、气孔以及修正基材表面的微小缺陷；其次，环氧基团和-OH保证底漆对基材有优异的封闭性和附着力，底漆中的氨酯键能在高聚物分子之间形成非环及/或环形的氢键，不仅是进一步提高与基材的附着力，最主要的是使涂膜具有很高的韧性和延展性，从而提高底漆与聚脲涂层的匹配性；最后，施工过程中受环境温度和湿度的影响小，可以满足野外施工要求。

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