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基層封底漆對噴涂聚脲防水層的影響

發布時間:

2015-10-21

1 引言

噴涂聚脲防水層技術為防水、防腐領域提供了一種全新的材料和施工技術，在工程應用中顯示出無可比擬的優越性。聚脲彈性體是由異氰酸酯與氨基聚醚及氨基擴鏈劑反應生成的一種具有脲基重復結構單元的聚合物。該材料具有無溶劑、100%固含量、可厚涂、固化速度快、施工周期短、立面不流掛、對施工環境適應性強、防水、防腐、耐磨、綜合力學性能優異等特點，可廣泛應用于運動場館的防護與裝飾、水利工程的抗沖耐磨、污水池的防水防腐、高速鐵路路基的防護以及鋼結構的防腐蝕等領域。

雖然建筑物的鋼筋混凝土結構基面狀態千差萬別，例如表面缺陷、固化強度、表面穩固性、堿一骨料反應及含水率各不相同，但是都存在著共性缺點：剛性強、易龜裂、多孔隙、透氣透水、易泛堿、表面強度低；裂紋和孔隙，易吸附大氣污染物，降低界面黏結強度；泛堿及表面強度低，易產生脆弱的黏合界面；透氣透水，易因水汽熱膨脹而造成涂層起泡、分層、脫落。又由于聚脲涂料黏度高、固化速率快、流平性差、對底材潤濕性極差、幾乎無滲透作用，形成的界面黏附力較低。因此，必須對混凝土基層進行處理，以便提高噴涂聚脲彈性體的黏結強度。據不完全統計，噴涂聚脲工程失敗的原因大約80%與底材表面處理不當有直接關系。混凝土基層常規處理方法有：①拋丸或打磨，清除污染物、增加粗糙度；②修補孔洞和裂縫等缺陷；③清除灰塵，保持清潔；④涂刷封底漆。本文就研制的滲透型環氧封底漆和環氧一聚氨酯底涂漆復合涂層的性能和作用展開討論。

2 試驗部分

2.1 原材料

環氧樹脂E20、聚酰胺650、TDI加成物750、硅烷偶聯劑KH-550、填料、助劑、溶劑。

2.2 試驗配方

滲透型環氧樹脂封底漆配方見表1，環氧一聚氨酯底涂漆配方。

2.3 制備工藝

將環氧樹脂E20破碎，加入適量溶劑中，于70～80℃下攪拌溶解，加入助劑、填料及余量溶劑分散均勻。

2.4 試驗儀器

萬能電子拉力機、拉拔頭、鋼絲刷、刮板。

2.5 試樣制備

以42.5級普硅水泥：砂質量比為1：1制成70mm×70mm×20mm水泥砂漿試板若干塊，養護28d，將表面打磨、清理干凈。將試板分為2組：一組為干燥試板（標為甲），另一組浸水24h后擦干表面水，稱為濕試板（標為乙）。對甲、乙試板采用如下相同的表面處理方法：

（1）刮涂1道滲透型環氧封底漆，分別標為甲－A1、乙－A1；刮涂2道滲透型環氧封底漆，分別標為甲－A2、乙－A2；

（2）刮涂1道環氧一聚氨酯底涂漆，分別標為甲－B1、乙－B1；刮涂2道環氧－聚氨酯底涂漆分別標為甲－B2、乙－B2；

（3）刮涂1道滲透型環氧封底漆復合1道環氧一聚氨酯底涂漆，分別標為甲－C2、乙－C2。

將上述經表面處理過的試板中心留40mm×40mm面積用于噴涂聚脲，其余4邊用膠帶貼封，噴涂聚脲厚度為1.5mm，室溫養護5d，用環氧膠將金屬拉拔頭水平黏結在聚脲彈性體表面，7d后在拉力機上作拉拔試驗。

2.6 檢驗結果

不同底涂處理對聚脲涂層黏結強度的影響見表3。由表3可知，在試板底涂處理方法相同的條件下，封底涂層對聚脲涂層黏結強度的影響是：①環氧—聚氨酯底涂漆大于滲透型環氧封底漆；②同種底漆，復涂層大于單涂層；③2種不同底涂漆復合涂層大于1種底涂漆復合涂層；④干界面大于濕界面。

3 結果與討論

3.1 封底漆的功能和作用

由于聚脲涂料能在10～40s內固化，所以固化物對底材的潤濕性差，對底材的黏附強度低，常造成聚脲涂層與混凝土界面脫離，為了提高聚脲涂層與混凝土基層的附著力，充分發揮聚脲防水涂料的性能優勢，必須在經過常規處理的混凝土表面刷涂封底漆，封底漆應具有以下功能：

（1）滲透封閉功能：封底漆應具有滲透性，能滲透到混凝土的毛細孔、微裂紋、細小孔隙中去，并將其堵塞，封閉混凝土多孔結構中的水汽和空氣，防止泛堿，防止破壞界面黏結層。

（2）強固基層功能：由于封底漆在混凝土中有滲透作用，從而產生根植固結效應和對基層補強作用。

（3）防水抗泛堿功能：環氧樹脂有優異的耐堿性，較好的致密性，優良的防水性，以其配制的封底漆防水抗泛堿性優良。當聚脲層遭到破壞后，封底漆能起到第二道防水屏障作用。

（4）增強附著力功能：封底漆與基層和聚脲防水層材料相容性好，具有增強雙界面黏結力作用。

（5）干、濕界面均可施工：尤其是在潮濕基面施涂后，其黏結強度應該大于2.5MPa。

3.2 2種底漆的主要性能及特點

研制的滲透型環氧封底漆和環氧—聚氨酯底涂漆，雖然都可單獨作混凝土基層的封底漆，并且與聚脲防水涂層的黏結強度都超過了標準要求（≥2.5MPa，），但是從綜合性能比較來看各有長短，2種底漆的主要性能比較見表4。

可知，滲透型環氧封底漆在與混凝土干、濕界面的黏結強度、滲透深度、補強性方面，優于環氧—聚氨酯底涂漆，而后者在與聚脲防水涂層的黏結強度、封閉效果、防水性、變形能力方面優于前者。這是因為滲透型環氧封底漆是無填料的環氧凈漿，環氧樹脂中含有許多羥基和醚鍵，能與混凝土基材相互吸引并進行橋接，增加了底漆的附著力；環氧基團有較低的表面張力和優良黏附力，在極性溶劑和親水性溶劑（丙酮）的配合下，使其在干、濕界面混凝土基層上均有良好的滲透性。由此產生的根植固結效應，提高了封底漆的附著力；由于硅烷偶聯劑的加入，因其具有雙親基團，其親無機基團和混凝土界面的化學基團反應，形成強固的化學鍵合，親有機基團與有機分子反應或物理纏繞，從而使環氧材料與混凝土界面實現化學鍵接，大大增強了其對基層的黏結強度。又由于催化劑的加入，使丙酮活化生成預聚丙酮，并且在環氧體系中參加反應，進一步提高了環氧底漆的力學性能。

滲透型環氧封底漆也有明顯缺點：①環氧樹脂與聚脲材料的相容性不太好，匹配性、親和性較差，影響了二者界面的黏結強度；②滲透型環氧封底漆形成的涂膜光滑平整，缺少適當的粗糙度，影響了聚脲防水涂層的附著力；③環氧樹脂的固化產物交聯密度大、硬度高、呈剛性，對基層的應力變化適應能力差，易產生裂紋，繼而影響聚脲防水層的使用壽命。

為了改善封底漆與聚脲防水層材料的相容性，提高界面黏結強度，本文研制了環氧—聚氨酯底涂漆。該漆按NCO：OH=1：1進行配方設計，按公式（甲/乙=2.47×C/A）計算TDI加成物750和環氧樹脂E20的質量比。式中A為NCO的質量分數（750的NCO為8.5%），C為OH的質量分數（E20的OH為5.44%）。

試驗結果證明：當甲/乙=60/40時，底漆的綜合性能最優。

采用聚氨酯預聚物對環氧樹脂進行改性，充分發揮環氧樹脂對基材的高附著力和聚氨酯對聚脲材料的高黏結強度特性，達到基材—封底漆—聚脲防水涂層的緊密結合和高強度黏結。材料相同、結構相似時才能相容性好，聚脲涂料屬于聚氨酯涂料的一種，二者采用的異氰酸酯預聚物結構相同或相似，因此環氧一聚氨酯底涂漆與聚脲材料相容性、親和性、匹配性好，黏結強度高。

在環氧—聚氨酯固化物中，連接在環氧樹脂剛性鏈上的聚氨酯預聚體，以彈性顆粒狀態分散析出，在體系中形成“海島結構”，即在剛性環氧體型構架中分布著聚氨酯彈性基團，從而提高了固化體系的韌性，增強了對基層應力變形的適應能力。另外，聚氨酯中的氨酯鍵能在高聚物分子間形成非環或環形的氫鍵，除能提高對基材的附著力外，還能提高涂膜的韌性。同時，由于聚氨酯預聚體結構中含有聚酯一聚醚鏈，它與環氧樹脂中的極性脂肪烴基和醚鍵共同作用，從而提高體系的黏結強度。另外，底漆中添加了適量的石英砂，增加了涂層表面的粗糙度，提高了黏結界面的表面積，與聚脲防水涂層產生錨固咬合作用，增強了聚脲涂層的附著力。又由于硅烷偶聯劑的加入，增強了無機填料粒子與有機樹脂之間的橋接點，提高了底漆與聚脲涂層的黏結強度。環氧一聚氨酯底涂漆的缺點是在混凝土基層上的滲透性能較差、對混凝土基層的黏結強度和補強效果較低。

本文將滲透型環氧封底漆作底涂層、將環氧一聚氨酯底涂漆作復涂層，二者復合使用，可以達到優勢互補、取長補短的效果，使混凝土基層—封底漆—聚脲防水涂層強力黏結，最大限度地發揮聚脲防水層的獨特性能優勢，達到超長使用壽命之目的。

4 結語

噴涂聚脲材料以其優異的物化性能、防水、防腐、耐磨性能，良好的施工性能得到了眾多防水工程的認可和應用。由于其固化速度快、對基材潤濕性差、黏結強度低，加之混凝土呈多孔性結構，孔隙中存在著大量水汽、空氣，如不對基層進行有效處理，往往會造成噴涂聚脲防水工程失敗。在對混凝土基層進行常規打磨、修補、清理后，刷涂環氧封底漆是目前通用的方法。

盡管環氧封底漆對基層的附著力好、補強效果顯著，但是其材質與聚脲材料相容性差，致使環氧—聚脲界面黏結強度不理想。因此研制了滲透型環氧封底漆和環氧—聚氨酯底涂漆，采用“混凝土基層+涂刷滲透型環氧封底漆1道+涂刷環氧+聚氨酯底涂漆1道+噴涂聚脲防水涂料”的施工方法，明顯提高了聚脲防水層與基層的黏結強度，保證了噴涂聚脲防水工程質量。

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