京沪高铁桥面喷涂聚脲质量缺陷与应对措施

　　表面处理网：屈高见1，蒋宗全2，田科宏1

　　（1.中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安710016；

　　 2.中国水电建设集团路桥工程有限公司，北京100048）

　　摘要：结合京沪高铁喷涂聚脲防水层的施工实践，从施工角度分析总结了喷涂聚脲施工常见的鼓泡、针孔、分层等质量缺陷产生的原因及其应对措施，指出做好基面处理是减少缺陷发生的关键，探讨了修补砂浆、基面针孔刮涂腻子、底涂三种基面处理材料的选用。同时对聚脲的快速固化等特性进行了客观分析，并介绍了低温施工的应对措施。

　　关键词：京沪高铁；混凝土桥梁；防水层；喷涂聚脲；基面处理；快速固化；低温施工

　　文章编号：1007-497X（2011）-12-0011-04中图分类号：TU56+1.65；U214.3文献标识码：A

　　占京沪高速铁路正线全长约80%以上的混凝土桥梁采用喷涂聚脲弹性体技术（SPUA）进行防水防护，其面积超过了1000万m2。京沪高铁跨越区域多，施工环境条件变化大，加之喷涂聚脲在我国还是一项发展中的新技术，大多数施工单位经验不足，难免在前期施工中遇到诸如针孔、鼓泡、分层等质量缺陷。笔者参与了京沪高铁三标段聚脲防水层先导段的施工，从中总结出一些经验和教训，供同行参考。

　　1京沪高铁桥面防水体系构造及质量要求

如图1所示，京沪高铁桥面防水体系构造自下而上依次为混凝土基层、底涂（基层处理剂）、聚脲防水层、保护面层（裸露部分）。实际施工时，由于混凝土表面存在一些孔洞、缺损、针孔等缺陷，需要用腻子进行刮涂修补，因此，在混凝土基材与底漆之间还隔着一层腻子。该防水体系构造对施工质量的总体要求是：在满足喷涂厚度（2.0mm）且表面无起泡、针孔的同时，保证上述各层材料牢固地粘结在一起（平均粘结强度2.5MPa）。

　　聚脲涂料作为一种现场成型产品，必须经过完善的施工过程，才能确保其优良的性能完全发挥出来，因此业界有三分聚脲、七分施工之说。

　　2喷涂聚脲防水层常见质量缺陷

　　喷涂聚脲防水层容易出现的质量缺陷主要有以下三类：

　　1）鼓泡：这是聚脲喷涂施工*常见的问题。形成的主要原因是：混凝土空隙中的空气、潮气被快速固化的聚脲封闭，而喷涂聚脲A、B组分混合后反应产生的热量导致空气膨胀或潮湿水分被汽化而产生鼓泡；或者潮气与聚脲体系中的A组分反应，生成CO2气体导致鼓泡。

　　2）针孔：针孔也是喷涂聚脲施工中*常见的现象，也是由于封闭在涂层下的气体造成的。在涂层固化之前，气体顶破涂层逸出来，就会在已施工的涂层

　　上形成很多小针孔（图2）。

　　3）分层：聚脲防水层和混凝土基面粘结强度达不到设计要求导致聚脲涂层与基材很容易脱离，或者先后施工的两道聚脲层之间发生分离，二者均属于分层缺陷（图2）。

　　表1总结了产生鼓泡、针孔、分层这三类缺陷的主要原因，其中大部分和基面处理工艺有关，因此，基面处理环节对保证聚脲防水层质量至关重要。

　　3喷涂聚脲施工基面处理是减少缺陷发生的关键喷涂聚脲施工基面处理材料种类包括基面缺损修补砂浆、基面针孔刮涂腻子、底涂三种。在选择时除考虑施工操作简便外，重点要考虑多种基面处理剂相互间的粘结强度。

　　3.1混凝土缺陷修补砂浆可有效解决基面存在的薄弱问题

　　混凝土梁面局部区域如存在混凝土缺损、掉角、坑洞、低洼等缺陷，需要进行修补。有关设计要求规定修补材料采用聚合物砂浆。聚合物砂浆的种类较

　　多，常用水乳型砂浆（如丙乳砂浆）和环氧砂浆。两类聚合物砂浆的力学指标都能满足喷涂聚脲的粘结强度要求，但前者成本较低。我们前期使用丙乳砂浆进行修补，结果是经抛丸后，多处修补材料脱落，或者是修补层出现空鼓现象。其原因主要是：梁面的施工环境难以满足丙乳砂浆修补工艺要求，比如，丙乳砂浆修补后需要至少保湿养护7d，而梁面缺水，再加上工期要求，使得养护这个环节得不到保证。经过对比试验，环氧砂浆（胶泥）是相对较佳的修补材料，其特点是对环境温度要求不高、无需特别养护、强度增长快、能保证和混凝土基面的粘结强度等。通过调节环氧砂浆的基液配比以及填料种类与级配，环氧砂浆可以在耐久性、易操作性（薄层修补和立面修补时）、低温乃至潮湿环境易固化、和混凝土基面的粘结强度等方面获得较理想的性能。综合评估下来，高固含量环氧砂浆、无溶剂环氧砂浆更为理想，其强度与C60混凝土等同，且打磨性非常好。

　　3.2刮涂腻子是减少聚脲涂层针孔、鼓泡缺陷的有效手段

　　梁面混凝土经打磨抛丸后，会暴露出大量的蜂窝状针孔，这是混凝土本身特点造成的，是我们必须面对的客观现实。由于所要施工的是一个加热到65℃

　　的双组分快速固化体系，并且两个组分的混合是一个放热反应过程，其热量会将封闭在针孔中的空气或潮气迅速加热，使其膨胀。膨胀气体会穿过刚施工过的涂层表面，从而产生更大的针孔。混凝土基面上的蜂窝状针孔是造成聚脲防水层出现鼓泡、针孔的直接元凶，必须在喷涂聚脲前彻底予以消除。消除蜂窝状针孔*有效的解决办法就是刮涂腻子，在混凝土表面形成较为均匀且有一定厚度的面层，将孔洞完全覆盖。

　　目前市场上可用于配制刮涂腻子的材料主要有以下几种：

　　1）外墙腻子或JS防水涂料，都属于厚涂型材料，封闭效果好，但附着力较差；

　　2）单组分聚氨酯底涂，属于薄涂型材料，封闭效果较差，附着力要比外墙腻子或JS防水涂料高，但性能不太稳定；

　　3）聚氨酯双组分底涂，封闭效果较好，附着力很高，而且性能较为稳定，但因为多异氰酸酯对水敏感，对潮湿基面并不适用。

　　4）环氧类，又包括薄浆型环氧底涂、厚浆型环氧底涂、薄刮型环氧腻子等。薄浆型环氧底涂黏度低、流动性好，有较好的渗透作用，但由于涂层过薄，粘附力受到较大影响；厚浆型环氧底涂粘附力很好，但封闭时存在破孔现象；环氧腻子封孔不存在问题，但施工时费时费力。可以把薄浆型环氧底涂和厚浆型环氧底涂复合起来进行两道涂覆使用，既解决了封孔和粘结问题，施工也较为简便易行。

　　3.3正确使用底涂材料是增强聚脲层附着力的有效途径

　　从大量聚脲涂层拉拔试验观察得到，整个聚脲防水体系的粘结*薄弱点仍在底涂材料与聚脲的界面，因此，正确使用底涂材料是增强聚脲层附着力的有效途径。底涂的作用是封闭混凝土毛细孔中的空气和水分，提高聚脲涂层与混凝土之间的附着力。由于聚脲涂料快速反应、瞬间固化，所以在对底材的湿润、与底材的附着力等方面存在一定的缺陷，导致对底材的浸润能力很差，难以产生良好的附着力，需要通过施工配套性良好的专用底涂，来大幅度提高其对底材的附着力。

　　常用底涂分环氧类和聚氨酯类两种，但这两种底涂的施工性能都存在一定的缺陷，需要在充分了解其特性的基础上灵活运用。环氧底涂的干燥性能受环境温度的影响较大，温度在10℃以下时则反应缓慢，从而影响工程施工的进度；聚氨酯底涂受空气中的湿度影响较大，在湿度较大时，涂膜容易起泡，从而影响工程质量。

　　4客观认识聚脲材料的特性

　　喷涂聚脲是一种新型的无溶剂、无污染的环保型施工技术，具有高速反应、瞬间固化等其他防水防护材料无法比拟的独到特点。聚脲的快速反应、瞬间固化是它*大的优点，但另一方面，涂层表面会在数小时之内迅速失去活性，令随后施工的聚脲涂层难以同底材产生良好的结合力，在结合面出现剥离现象。因此，不能过分夸大聚脲快速固化的优势，要全面、正确地领会聚脲施工的要领，否则，优势就会转化为施工隐患，出现聚脲与底材的附着力低、涂层表面针孔多、层间结合不良、涂层表面出现麻面等严重施工质量问题。

　　有资料介绍，聚脲是一种高疏水性材料，因此聚脲施工不受潮湿气候或潮湿表面影响。喷涂聚脲的施工实践证明，这种说法是误导；实际上正好相反，聚脲涂层在潮湿环境条件下施工，很难保证涂层与基层的结合力。

　　5低温环境喷涂聚脲失败的教训及应对措施聚脲可以在任何低温条件下施工，同样是一种误导。任何液体涂料与基层的粘结力的获得均以低黏度、高流平性为基本要素，但在低温下液体的黏度将提高、流平性将降低，二者均不利于涂层与基层的结合力。聚脲涂层与基层的结合力也遵循同样的胶粘理论，而聚脲的高黏度、快速反应成膜、几乎无流平性等特点，是影响粘结的天然不利因素，在低温下这些特性将进一步恶化。例如，2009年11月9日开始，我国大部分区域遭遇寒潮，期间，京沪高铁有些区域施工的聚脲防水层出现较大面积分层现象。当时施工的环境温度在8℃左右，基面温度在4℃以下，经对聚脲施工的整个工艺环节进行分析，认为低温是造成分层的主要原因。之后采取了一些措施，分层缺陷得到显著改观。这些措施包括：

　　1）原材料储存：搭建了具有保温功能的聚脲原材料专用库房，库房内通暖气，保证材料储存温度在10℃以上；

　　2）材料运输：聚脲原材料由库房到工地采用封闭箱式货车运输，料桶用棉被包裹，喷涂前再利用喷涂机预热1h。

　　3）提高喷涂环境温度：采取在梁面搭设保温棚、棚内加热、暖风机对准混凝土基面加热等措施。增设保温棚措施后，棚内温度能保证在9℃以上，再通过暖风机对基面加温，基面温度保证在5℃以上。温暖干燥的环境有利于聚脲喷涂质量，采取增温措施后聚脲喷涂的质量有明显改善。

　　6结束语

　　喷涂聚脲是一项技术含量较高的混凝土防水防护技术，但不能忽视针孔、鼓泡、分层等质量缺陷频发的现实。要*大限度地避免施工缺陷，保证聚脲涂层的质量，除了本文总结的施工中需注意的细节因素外，还应掌握必要的喷涂聚脲相关的专业技术知识，如聚脲的基本化学知识、聚脲喷涂工艺及成膜原理、喷涂聚脲设备的工作原理等；施工中还应掌握原料品质的识别，气温等施工环境、基层表面状态等对施工质量的特殊影响，相关不利情况的预案及处理技术等。

　　参考文献：

　　　刘彦东，赵希娟，潘美，等.环氧基聚脲封闭底涂的性能研究　.上海涂料，2009（5）.

　　　黄微波．喷涂聚脲弹性体技术　.北京：化学工业出版社，2005.

　　　陆爱阳.喷涂聚脲工程质量问题浅析　.上海涂料，2009（5）.