聚脲弹性体防水涂料的技术原理及在桥梁上的运用
摘要：本文阐述了聚脲弹性体防水涂料在桥梁混凝土梁面防水施工中的运用，着重介绍了其技术原理，施工工艺及质量控制措施。
关键词:聚脲弹性体，防水涂料，技术原理，运用
一、产品简介
喷涂聚脲弹性体（SPUA）技术是近年来为适应环保需求而研制，开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色施工技术，ZLF-602双组分聚脲弹性体防水（防腐）材料的主要原料是端氨基聚氧化丙烯醚（端氨基聚醚）、液态胺扩链剂、颜料以及助剂组成的R组分和异氰酸酯与低聚物二元醇或三元醇反应制成的A组分。该材料快速反应成型、原料体系不含溶剂、固化速度快、工艺简单，立面、曲面施工不流挂。其力学性能优异，附着力强，耐磨性能高，耐介质广泛，可应用于防腐、市改、高铁桥梁防水保温体系、隧道防水等。
二、聚脲弹性体（PUA）的主要性能指标
附表一喷涂聚脲弹性防水涂料性能指标
附表二基层处理底涂性能指标
2.2不透水性0.3Mpa,30min，不透水
2.3附着力
PUA材料对钢、铝和混凝土等底材均有良好的附着力。当然，基材必须经过严格的
工艺处理，否则附着力会受到严重影响。在混凝土上可达到2.5MPa以上的附着力。
2.4耐磨性能
PUA具有优异的耐磨性，其耐磨性能是碳钢的10倍，环氧树脂的3~5倍。
2.5耐交变温度性能经过—35℃冷冻12h后，迅速置入75℃烘箱加热8d，
如此循环试验25次，喷涂有PUA材料的试验板没有开裂、分层、脱落等现象。该试验证明，SPUA材料具有非常优异的弹性和低温柔韧性。
2.6耐交变压力性能
采用SPUA技术，能够对形状复杂的泡沫芯材进行整体包覆，所形成的新型固体浮
力材料，具有厚度均匀、外观光滑、强度高、韧性好、耐疲劳变形、封闭性能突出等特点。
2.7耐介质性能
PUA材料致密、连续、无接缝，其干燥、固化过程中，完全依靠化学反应，而不会
像以往油漆、涂料的干燥过程中，需要向空气中挥发有机溶剂或者水分，因此就不会有针孔、气泡、缩孔等缺陷产生，实际上也就杜绝了外界腐蚀介质入侵的途径，所以防腐性能十分突出。同时，由于其优异的柔韧性，完全能够抵御昼夜、四季环境温度变化带来的热胀冷缩，不会产生开裂和脱落现象，使得SPUA材料表现出十分优异的耐化学介质性能。
三、喷涂聚脲弹性体技术的特点
3.1不含催化剂，快速固化，可在任意曲面、斜面及垂直面上喷涂成型，不产生流挂现象。
3.2对水分、湿气不敏感，施工时不受环境温度、湿气的影响。
3.3100%固含量，不含任何挥发性有机物，对环境友好。
3.4可按1：1体积比进行喷涂或浇注，一次施工的厚度范围可以从数百微米到数厘米，克服了以往多次施工的弊病（推荐厚度为1～2mm）。
3.5优异的理化性能，如拉伸强度、伸长率、柔韧性、耐磨性、耐老化、防腐蚀等。
3.6具有良好的热稳定性，可在120℃下长期使用，承受150℃的短时热冲击。
3.7可以像普通涂料一样，加入各种颜料、染料，制成不同颜色的产品。
3.8配方体系任意可调，手感从软橡皮（邵尔A30）到硬弹性体（邵尔D65）。
3.9原型再现性好，涂层连续、致密、无接缝、无针孔。
3.10使用成套设备，施工方便，效率极高。
3.11喷涂聚脲防水涂料因在树脂组分中引入端氨基化合物，从根本上有效地阻止异氰酸脂
与水分、湿气的反应，无法形成泡沫状弹性体，使材料力学性能得到了很大的改善。
四、产品用途
高铁桥梁防水、市政桥梁188金宝博平台防水、隧道188金宝博平台防水；轨道188金宝博平台防水；屋顶防水；
地下188金宝博平台防水；防腐188金宝博平台、耐磨地坪等。
五、投入的主要施工、检测设备
进口主机抛丸设备、除尘回收装置、本田鼓风机、GYP-11主机、供料泵、供料桶、
保温输料管道组、喷枪、空压机、油水分离器、R料搅拌器、洗枪罐、堵缝密封专用机现场运输工具车100KV现场供产系统（甲方负责）及检测工具（如数字显示温度计、游标卡尺、电火花检测仪、拉拔仪、不透水仪等）。
六、施工中的过程控制
6.1桥面施工步骤
环境及机具进场准备桥面底材抛丸处理涂布底涂剂喷涂第一遍底层聚脲涂层喷涂第二遍面层聚脲涂层
6.2、对施工桥面底材进行处理
6.2.1桥面底材处理的目的：
（1）清除底材表面的各种污垢，使聚脲涂层与桥面底材表面更好地附着，并保证涂层具有优良的性能；
（2）修整桥面底材表面存在的缺陷；
（3）采用抛丸设备对梁面进行抛丸处理，创造涂膜需要的表面粗糙度增加基础的表面积，使喷涂时有良好的附着基础；
（4）增强涂层与底材的配套性和相容性。
6.2.2混凝土基面底材表面处理
混凝土桥面底材情况十分复杂，只有通过合理的设计和施工，在满足《桥梁混凝
土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》的总则要求下，提高强度和耐久性，才能保证SPUA对混凝土桥面底材的保护效果。
（1）混凝土常见的表面杂质：养护液、灰尘、盐析、水泥浮浆、脱模剂、油脂、焦油沥
青和树脂;混凝土常见的缺陷：毛刺、“蛋壳”、拉结孔、浮碴、内部杂质、空鼓现象、化
学腐蚀、龟裂、开裂、剥落。
（2）桥面杂质和缺陷的清理
清除混凝土桥面杂质和缺陷的方法很多，目前大致采用化学清理、化学剥离、抛
丸处理，耙路机处理、酸蚀法和高压风冲洗等。
6.2.3表面修补
在施工前应，根据混凝土188金宝博平台的具体情况，选择最简便、最合适的方法进行处理。
在上述工序的基础上，为保证混凝土表面均匀平整，应对混凝土表面的裂纹、浮浆、松散颗粒、油污、蜂窝孔及其它污染物和局部不平整部位进行修补清理：保持混凝土表面清洁、干燥平整度及表面粗糙度等。
混凝土裂缝修补和加固的方法主要有：
（1）表面封闭法一般用于处理表面的微细裂缝，多采用渗晶防水材料进行表面涂膜处理，达到封闭裂缝和防水的作用，该方法虽然施工简单，但不适合大于0.2mm的裂缝。
（2）开槽填补法沿着裂缝将混凝土上凿成V形槽，然后用水泥类渗晶涂料或树脂填补材料将其填平补牢，达到封闭裂缝的目的。
（3）自流动法让低黏度胶黏剂靠自重流入裂缝从而填平补牢。
混凝土孔洞和不平整部位的修补：
干燥混凝土的孔洞和不平整部位，使用PrimerE复合弹性腻子填补，涂布量为0.4—0.5m2/kg；一般情况下须潮湿养护7d后方可施工底涂剂；
潮湿混凝土的孔洞和不平整表面使用PrimerEW复合弹性腻子填补，涂布量为0.6—0.7m2/kg。
6.2.4抛丸工艺：
由于高铁技术条件高，为提高涂料与基层的附属强度特采用抛丸工艺。抛丸设备采
用自动爬行式抛丸系统，整套系统共分为抛丸机及除尘器。抛丸深度1~3mm，要求抛面均匀，同时除尘器风量应不低于5000立方米/时，除尘效率达99.5%以上低于国家排放标准。
注：抛丸机48KW主风机15KW
6.2..5混凝土表面处理后应达到：
（1）混凝土强度不低于结构设计要求的强度等级；
（2）确保所有的硅酸盐类杂质完全从混凝土表面冲掉，以保证SPUA涂层与基面底材的附着力；
（3）桥面防护墙局部混凝土找平处理时，可使用角磨机；
（4）表面平整、无缺陷。
6.3涂布底涂剂（Primer）
对于混凝土桥面涂布底涂剂，经表面处理平整后，干燥基面（含水率小于9%）用PrimerE处理涂布，用量为0.20～0.25kg/m2，底涂涂料现配现用，严格按照使用方法称重，底涂一般采用辊涂工艺，边角辅以刷涂施工。
6.4ZLF-602双组份聚脲弹性体作业工序
混凝土桥面底材表面应保持干燥、干净和完整，对收头部位进行处理。需要涂布
底涂剂的须在15℃～35℃约12～24小时晾干后，方能喷涂ZLF-602聚脲；使用GYP-11型聚脲弹性体喷涂机，A组份与R组份按1：1比例，喷涂速度为10kg/min～15kg/min；
6.4.1做完施工准备，施工SPUA涂层时，下一道要覆盖上一道的50%，俗称“压枪”，同时下一道和上一道的喷涂方向要垂直，这样才能保证涂层均匀。
6.4.2施工时设备参数的设定
总压力：65Kg/m2（650Pa）；
温度（主加热器和管道加热器）：65℃；
将R料桶用气动搅拌器搅拌半小时以上后再进行喷涂施工。
喷涂前先将管道加热器打开，待管道加热器温度达到所设定的温度后，进行其他主机参数的设定，然后进行喷涂施工。
6.4.3平面施工对于平面施工，除注意压枪和喷涂方向外，还要注意及时清理桥面上未处理干净的渣子以及喷涂过程中落到基面上的杂物。在每一道喷涂完毕后，马上进行检查，找到缺陷并进行处理。对于针孔和大的缺陷，使用快速固化的堵缝料进行修补；对于表面因杂质而造成的凸起，可用裁纸刀割除。一般处理两次后，表面已基本无缺陷。
6.4.4侧面施工除进行以上步骤外，还要注意每道喷涂不要太厚，这既可以通过喷枪、混合室、喷嘴的不同组合来控制，也可以通过控制枪的移动速度来进行。
6.4.5修补PUA材料本身的力学性能十分优良，正常使用时，一般不会损坏。一旦出现意外损坏（如重物砸落、撞击等），因进行局部修补。具体步
骤如下：
（1）打磨待修补的表面，打磨的边缘要比待修补的表面向外扩展150mm。
（2）施工层间黏合剂。
（3）在已打磨的部位施工修补料。要注意使修补料的涂层平滑过渡到周围涂层。
6.5节点的处理方案
实际188金宝博平台中的节点包括：沟、孔、根、边、角、等，这些部位是容易引起结构变形、
温差变形、干缩变形的薄弱部位，充分利用SPUA材料的柔韧性来适应变形，用局部增强或补强与整体施工相结合的方法，来提高其抵御开裂的能力。
6.5.1沟槽的处理，要先在拐角处施工密封胶和增强层，再施工SPUA材料。
6.5.2孔的处理，按直径大小决定，当直径大于200mm，应在孔内从顶部向下100-150mm喷涂SPUA涂料，直径小于200mm时，用硬质材料将孔遮盖起来，施工后如SPUA材料与遮盖物粘接，应用美工刀将SPUA材料割断。
6.5.3根的处理，采用局部增强的方法进行，即在贯穿件（或非贯穿件）与地面连接处施工密封胶和增强层，再施工SPUA涂层。
6.5.4边的处理，即喷涂聚脲防水涂料的收头方式。对混凝土桥面底材，是在桥面底材边缘开一道6mm的V形槽，待施工涂层后，可将收头部位的涂层用角磨机修平。
6.5.6拐角的处理，在拐角处先施工一道密封胶和增强层，再施工SPUA材料。
6.6待第一遍聚脲完全固化后，喷涂第二遍面层聚脲。确保涂层厚度达2㎜。
6.7脂肪族聚氨酯面层施工
6.7.1脂肪族聚氨酯面层宜在聚脲防水层施工完毕后6个小时内完成，保证面层和聚脲防水层之间良好的粘结。
6.7.2脂肪族聚氨酯面层施工前，应对相应区域聚脲防水层表面进行清洁处理，保证聚脲防水层表面干燥、无灰尘、油污和其他污染物；与脂肪族聚氨酯面层施工间隔时超出规定时，应采用专用搭接粘结剂做预处理或现场做粘结拉爸试验后确定。
6.7.3脂肪族聚氨酯面层施工采用辊涂或喷涂工艺，边角沟槽辅以刷涂施工。
6.7.4适用于桥面喷涂脂肪族聚氨酯面层两次施工间隔6小时以上，需要搭接连接成一体的部位；第一次施工应预留出15~20cm的操作面同后续防水层里德可靠的搭接。
6.7.5施工后续防水层前，应对已施工的防水层边缘20cm宽度内的涂层表面进行清洁处理，保证原有防水层表面清洁、干燥、无油污及其他污染物。
6.7.6采用专用粘结处理剂对原有防水层表面15cm范围内做预处理，在4~24小时之内喷涂后续防水层，后续防水层与原有的防水层搭接宽度至少10cm。
七、施工质量控制
7.1施工管理
管理的支持在质量保证中起着很重要的作用。喷涂施工质量的保障需要靠所
有不同工种人员的共同努力来实现，质量保障管理坚持以下原则：
7.1.1制定计划
通过计划合理安排时间，选择有经验的施工人员，室外施工更应注意天气预报，选择好喷涂时机。
7.1.2原料检查
首先应检查产品标识，确保使用符合《客运专线混凝土桥面防水层技术条件》和HG/T3831-2006标准及满足188金宝博平台设计要求的原料；其次检查原料的温度，确保原料可以被顺利地输送到喷涂设备中；检查所有的容器，确保容器密封性能良好而使原料不受潮气的影响。
7.1.3培训
对施工人员在表面处理、原料贮存、施工工艺、施工后的检查等方面作培训。
7.2施工基面处理的质量保证
聚脲涂层出现缺陷，主要是由于表面处理与喷涂施工不正确。为了避免可能出现的表面处理问题，应采取如下的措施：
7.2.1潮气
基面上的潮气（露水或霜）会使100%固含量聚脲涂层与基面的附着力变差，并造成其他一些缺陷，所以只能在高于露点温度3℃以上的温度下施工。
7.2.2污染
处理基面时，严格防止处理使用的材料对基面产生污染；同时在喷涂聚脲前，检查油水分离器，以防油和水混进气流之中。
7.3施工质量保证
7.3.1温度检测
喷涂聚脲施工时要进行温度控制。首先检测原料桶的温度，温度应该保持在19℃以上（尽可能高）。先不连接喷枪，测量加热软管输出末端的温度，这可以通过用泵抽出一些原料放在两个分开的如纸杯之类的容器内用温度计测量，温度应该在60-70℃之间，并且两组分温度应该一致。
7.3.2预先喷涂测试
在正式喷涂前应进行测试，把涂料喷在硬纸板上来确保喷出的扇形是令人满意的，并且是按体积比1：1混合的，确保固化正常。（如果颜色不正常，表示出现了相分离或者供料桶中颜料出现了沉淀。固化时间长说明两个组分混合比例不正常。压力读数不正常说明材料或设备方面存在问题）。
7.3.3压力控制
在整个施工过程中都要进行压力监控。喷涂时压力范围在11.7MPa-17.2MPa之间，这样可以确保A、R两组分充分混合。喷涂时，允许两组分有微小的压力差，这种压力差不会妨碍正常的施工，但压力差如果过大将会产生一些问题，如系统堵塞、加热问题或两组分混合比例不正常。
7.3.4流量检查
流量检查主要用于证实两个组分以相同的体积通过喷涂设备输送到喷枪中。
7.3.5涂层厚度的检查
涂层厚度的检查可采用测厚仪或游标卡尺检查，每一道施工完成后，都要检查涂层厚度，以防止原料的浪费。
7.3.6漏点检查
在涂层施工期间或施工以后，应对涂层使用电火花检测仪进行漏点检查，漏点检查能够发现小划痕，针孔与涂层不连续的地方。
7.3.7现场检测
（1）现场试膜检测
现场每班喷涂前，应利用所使用设备及原材料喷制400*400mm聚脲防水涂料试膜3块，养护7天后选择2块进行拉伸强度、断裂伸长率、撕裂强度、硬度等物理性能检验。
（2）基层处理检测
基层处理的检验项目，标准及检测仪器按下表执行
（3）底涂检测
底涂施工完毕进行目测检查，检查均匀程度、有无漏涂和明显缺陷。
（4）聚脲防水层外观检测
聚脲表面平整、无流挂、元针孔、无起泡、无空鼓、无开裂、无异物混入。
（5）不透水性检测
在防水层上选定测试部位，清除灰尘，按透水仪底座大小涂抹一圈密封材料，将仪器底座安置并按紧，将水注入带有刻度的玻璃管内，至57mm高度为止，每30秒记录一次水位的高度，直至30分钟为止，每孔梁检测1处。
（6）脂肪族聚氨酯面层检测
脂肪族聚氨酯面层施工完毕后，应进行目测外观检测。面层应涂刷均匀，色泽一致，不得漏涂，涂层应无气泡、开裂和剥落。
7.3.8设备维护合理地进行设备维护能够避免很多施工问题，包括泵的清洁、主机滤网的清洁、喷枪的清洗、保存剩余的原料等。
7.3.9质检报告每天都要进行质检报告记录，包括以下几点：
（1）喷涂的日期与时间，记录A、R料的使用数量，A、R料的操作压力与两个组分在加热器与供料桶中的温度。
（2）环境温度、基层底材温度、相对湿度与露点。
（3）记录材料的消耗与喷涂部位、面积大小。
八.施工注意事项
8.1材料应在原装密封容器内储存，存放于环境温度为10度~40度，应储存于避光、通风良好、避高温、干燥，远离火源的环境，严禁雨淋。
8.2开封后距离下次使用间隔超过12小时，或空气温度大于75%时，应向容器内加充氮气保护，防止吸湿变质。
8.3根据需用材料设置合适的温度，等机器参数。
8.4保持压力平衡，压力偏差过大会导致涂层理化性能下降、起泡、不固化。
8.5按照施工环境选择底涂：温度高、潮湿基材选择潮湿界面专用底涂：低温选择低温固化底涂。底涂表干后经验收合喷涂聚脲，若超过24小时未喷涂聚脲需重新滚涂底涂。
8.6施工过程中需穿工作服，佩戴目镜、手套、防毒面具等劳保用品并保证施工环境通风良好。
8.7涂装间隔不宜超过6个小时，或根据产品性能确定。
8.8安全用电，杜绝火源并配备好相应的消防用品。
8.9雨天不得施工；四级以上风力不宜施工。
九.结束语
混凝土桥面漏水会腐蚀钢筋，降低混凝土强度，缩短结构的使用寿命。目前，国内桥梁混凝防水材料种类很多，既有刚性防水也有柔性防水，但综合分析，都各有利弊。聚脲弹性体（SPUA）防水技术具有固化速度快、工艺简单，立面、曲面施工不流挂。其力学性能优异，附着力强，耐磨性能高，耐介质广泛等特点，是今后高标准桥梁混凝结构防水的方向。
