工程案例
業(yè)務(wù)范圍
聚脲彈性體噴涂技術(shù)的應(yīng)用
發(fā)布時間：2014-08-09
一、鋼筋混凝土防護的重要性 鋼筋混凝土是世界上用量最大，使用范圍最廣的建筑結(jié)構(gòu)材料之一，它適用范圍廣、價格便宜、易澆注成形，經(jīng)久耐用，是現(xiàn)代建筑的主要結(jié)構(gòu)材料。我國是經(jīng)濟高速發(fā)展的發(fā)展中大國，建筑和基礎(chǔ)設(shè)施快速發(fā)展，不論水泥產(chǎn)量還是混凝土產(chǎn)量均居世界首位。
混凝土抗拉強度低、極限拉應(yīng)變小、脆性大、易于開裂和失強，做好混凝土的防護是保持混凝土結(jié)構(gòu)功能和耐久性的主要措施，對我國經(jīng)濟的健康和持續(xù)發(fā)展有重要意義。
二、混凝土結(jié)構(gòu)的劣化和防護對策
混凝土結(jié)構(gòu)劣化現(xiàn)象表現(xiàn)為開裂和失強。抗開裂和對開裂的防護是混凝土防護的主要問題。
1. 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因
（1）混凝土在水化反應(yīng)和凝固過程中收縮產(chǎn)生的裂紋，它在混凝土結(jié)構(gòu)的早期（60 天之內(nèi)）產(chǎn)生，屬于微裂紋（≤0.1～0.2mm），但占總裂紋的60％以上，多數(shù)是在對鋼筋握力未充分建立時發(fā)生的，發(fā)生在投入使用之前。
（2）混凝土結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下，特別是不均勻負(fù)載、動載、振動、沖擊、超載下產(chǎn)生的裂縫。
（3）混凝土固化后因溫差（日溫差、年溫差）應(yīng)力所導(dǎo)致的裂縫。
（4）混凝土構(gòu)件的疲勞徐變、地基下沉、地層變化等引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)力所導(dǎo)致的裂縫。
第(2)(3)(4)類裂縫發(fā)生在投入使用之后，是（1）類裂縫的擴展和加劇。
2. 混凝土結(jié)構(gòu)的劣化原因
（1）中性化劣化
混凝土是非均質(zhì)，具有多孔和顯微裂縫的結(jié)構(gòu)，其空隙中充滿氫氧化鈣溶液，呈強堿性(PH 值為12～13)，在強堿環(huán)境下，鋼筋表面形成一層致密的氧化鐵鈍化膜，保護鋼筋免受空氣和水的腐蝕，當(dāng)有水滲入，大氣中的H2O、CO2、SO2、NOX、O2、車輛尾氣與水泥固化物中的鋁酸三鈣、氫氧化鈣反應(yīng)生成可溶性鹽類，造成混凝土機體失強；同時還與混凝土中氫氧化鈣作用，變成中性的碳酸鈣，使堿性減低（PH 值＜11），鈍化膜變成活化狀態(tài)，引起鋼筋腐蝕，鐵銹的體積比鐵大2.5倍，由于鐵銹的膨脹，使混凝土受到巨大的壓力(可達(dá)30MPa)，使混凝土沿著鋼筋方向開裂。裂縫的產(chǎn)生使水及腐蝕介質(zhì)易于侵入，裂縫進(jìn)一步擴大，使混凝土加劇劣化。
（2）鹽害劣化
外部環(huán)境中鹽分沉積在混凝土表面，向其內(nèi)部滲透擴散，并在混凝土內(nèi)結(jié)晶。結(jié)晶鹽體膨脹，造成混凝土開裂，使混凝土內(nèi)的鋼筋腐蝕，鋼筋腐蝕引起體積的膨脹，從而導(dǎo)致混凝土加速開裂。鹽害易發(fā)生在沿海以及用鹽作為溶雪劑的大城市混凝土結(jié)構(gòu)上。鹽液中的氯離子半徑小，穿透力強，破壞鋼筋的鈍化膜，加速腐蝕。
（3）堿性骨料反應(yīng)劣化
混凝土內(nèi)部的堿性骨料與反應(yīng)性硅由于水的滲透介入而反應(yīng)生成水玻璃（硅酸鈉）等生成物，它們再度與水接觸，從而使混凝土膨脹，產(chǎn)生裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致惡性循環(huán)。內(nèi)部水分不易干燥，外部雨水易于侵入的混凝土結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生此種劣化。
（4）凍害劣化
滲入混凝土內(nèi)部的水，在0℃以下時就會結(jié)冰，由于冰的體積比水大9％左右產(chǎn)生達(dá)200Mpa 的高脹力，使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生凍害破壞。在寒冷和嚴(yán)寒地區(qū)易產(chǎn)生凍害。
中性化、鹽害、堿性骨料反應(yīng)和凍害劣化使前述四類裂縫進(jìn)一步擴展和加劇。實際上，混凝土的開裂劣化是上述多種因素綜合作用的結(jié)果，比單一因素復(fù)雜得多，也嚴(yán)重得多。
3. 對混凝土劣化的防護對策
混凝土是非均質(zhì)，具有孔洞和裂縫的結(jié)構(gòu)，混凝土孔洞及裂縫是建筑及基礎(chǔ)設(shè)施普遍的通病，水和有害物就是經(jīng)過孔洞和裂縫滲入的。有效阻斷水和有害物質(zhì)的滲透、侵入，是混凝土結(jié)構(gòu)的重要防護手段。混凝土自防水、混凝土表面鋪敷防水卷材，及涂敷防水涂料是混凝土結(jié)構(gòu)的重要防護對策。防水材料的性能是有效防護的關(guān)鍵。
三、對混凝土建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護涂料的性能要求
防護的設(shè)置主要有主防護層和封閉層兩個層次。
1. 對主防護層涂料性能的要求
(1)優(yōu)良的防水滲透性、極低的吸水率，有效屏蔽水的滲透。最好是組織致密、性能強韌、整體無縫、粘結(jié)力強的“皮膚式”防水。
(2)良好的防腐性：防止酸、堿、鹽等介質(zhì)的侵蝕。
(3)與混凝土基材的附著力強，保證與基材結(jié)為一體，并防止漏水和竄水。
(4)良好的耐久性：耐紫外線老化性及凍融性。
(5)較好的強韌性、耐沖擊性及耐磨性，良好的抗穿刺性、抗碾壓性、抗硌破性，以應(yīng)對建筑及基礎(chǔ)設(shè)施的高速、重載、強振動、高沖擊的使用環(huán)境。
(6)優(yōu)異的抗混凝土基材開裂性、對基材開裂的防護性及對混凝土基材的補強性：要求涂層有優(yōu)異的綜合機械性能(高的拉伸強度、撕裂強度、高的斷裂延伸率及粘接強度)及較高的涂層厚度，此是混凝土基材防護涂料的最重要的性能指標(biāo)。
(7)良好的耐高低溫性：高耐熱度及低溫柔度，適應(yīng)不同的環(huán)境溫度和使用要求。
(8)外觀裝飾性好，使建筑和基礎(chǔ)設(shè)施成為優(yōu)美景觀。
(9)工藝性好，施工速度快、周期短、效率高，潮濕基面的施工性，節(jié)點及細(xì)部的施工性對于舊建筑及基礎(chǔ)設(shè)施的維修和補強性。
(10)環(huán)保性好，綠色環(huán)保涂料，保護環(huán)境及人員健康。
(11)使用壽命長，與建筑及基礎(chǔ)設(shè)施的壽命相匹配。
(12)高的性能價格比，高可靠性和可維修性，壽命周期費用最低，低年均防護成本。
2.對封閉層涂料（即底漆）的要求
封閉層的作用是封閉混凝土結(jié)構(gòu)的孔洞及裂縫，并將主防護層和混凝土牢牢的粘在一起。對底漆性能的要求是：
（1）粘度低，固化速度較慢，對混凝土孔洞及裂縫滲透性強，可深入其中，并在孔洞裂縫中結(jié)晶或固化，封閉孔洞、裂縫。
（2）耐水性及對水的親和性好，可在潮濕基面施工。
（3）與混凝土及主防護層的親和性好，將混凝土和主防護層牢牢的粘結(jié)在一起。
四、新型建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護材料—噴涂聚脲彈性體涂料
聚脲彈性體噴涂是國外近20年發(fā)展起來的一種高反應(yīng)性、無污染的噴涂技術(shù)，它一出世就以其優(yōu)異的理化性能，優(yōu)良的工藝性和環(huán)保性，充分顯示出比傳統(tǒng)防護技術(shù)無以倫比的優(yōu)越性，得到迅猛發(fā)展，廣泛應(yīng)用于建筑、能源、交通、水利、化工、機電、環(huán)保等領(lǐng)域，顯示了強大的生命力。
1. 聚脲的性能特點
（1）環(huán)保性
100％固含量、無溶劑、無有機物揮發(fā)、無毒，系無污染的綠色噴涂技術(shù)。
（2）理化性能
優(yōu)良的抗水滲透性，整體無縫、組織致密、堅韌、粘結(jié)力強，真正的“皮膚式”防水。可用于迎水面防水、亦可用于背水面防水。
聚脲彈性體涂層可在-45℃～120℃下長期使用，耐熱性達(dá)160℃（能承受160℃短時間熱沖擊），低溫柔度-45℃。
耐候性、耐老化性好
芳香族聚脲在紫外線侵蝕下雖有泛黃現(xiàn)象，但無粉化和開裂，可以長期使用。耐凍融、耐冷熱沖擊及風(fēng)雨霜雪的交變沖擊。
有優(yōu)異的物理性能
如抗拉強度、撕裂強度、沖擊強度、粘結(jié)力、延伸率、耐磨性、耐刺穿、抗碾壓、耐硌破、防濕滑等。優(yōu)異的抗混凝土開裂性、對混凝土開裂的防護性及對失強混凝土結(jié)構(gòu)的補強性。
優(yōu)異的防腐功能
可耐大部分腐蝕介質(zhì)酸、堿、鹽、海水、氯離子等的長期浸泡，是優(yōu)異的重防腐材料。
（3）工藝性
反應(yīng)活性高、固化速度快、垂直面、頂面及任意曲面可連續(xù)噴涂不流掛。
聚脲彈性體不需催化劑，5～20 秒鐘凝膠，10 分鐘達(dá)到步行強度，可連續(xù)噴涂，一次施工厚度無限制，施工周期短、效率高。節(jié)點細(xì)部施工較方便，不需要專用纖維增強層。
對金屬、非金屬底材均有極強附著力。如鋼、鋁、鋼筋混凝土、木材、玻璃鋼、聚氨酯泡沫等。對混凝土的粘結(jié)強度≥5Mpa（超過混凝土間粘結(jié)強度）。
對溫度、濕度敏感性較小，施工時受環(huán)境溫度、濕度影響較小。配專用底漆可在潮濕基面施工。
使用成套設(shè)備進(jìn)行噴涂，生產(chǎn)效率高。
用Graco-Gusmer 公司的H-35 PRO 設(shè)備，每班最高可噴涂厚1mm 的涂層2000 平方米。涂層表面光滑，連續(xù)無接縫。調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，亦可得到“麻面”狀表面，亦可表面撒砂，增加和瀝青混凝土基面的粘結(jié)力。
可根據(jù)要求加入各種顏料、填料制成不同顏色和功能的涂層，具有優(yōu)異的表面裝飾性。
2. 德國巴斯夫（BASF ）聚脲彈性體主要性能指標(biāo)（見表4-3）
（表 4-3） 德國巴斯夫（BASF）聚脲彈性體主要性能指標(biāo)
五、常用混凝土建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護材料性能對比
1. 常用混凝土建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護材料性能對比表（見表5-1）
2. 常用混凝土建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護材料比較的說明
（1）抗水滲透性：高聚物改性瀝青卷材、三元乙丙防水卷材、自粘性防水卷材、高密度聚乙烯片材和EVA 片材因接縫較多，粘結(jié)力低，易漏水和竄水，防水可靠性低，基本上屬于“雨衣式”防水，只適合迎水面防水。
噴涂聚氨酯彈性體和噴聚脲彈性體涂層致密，整體無縫，粘結(jié)力強，防水可靠性高；特別是聚脲彈性體涂層拉伸強度高、斷裂延伸率大、粘結(jié)力強，是真正的“皮膚式”防水，可用于迎水面防水、亦可用于背水面防水。
（2）耐高低溫：聚氨酯、聚脲彈性體和高密度聚乙烯片材、聚合物改性瀝青卷材等相比有優(yōu)異的耐高低溫性。它既能耐160℃的高溫（可耐瀝青混凝土鋪裝時的高溫），又能在-40℃時保持低溫柔性（適應(yīng)黑龍江及青藏高原嚴(yán)寒條件下的鐵路橋面）。
（3）抗混凝土開裂性：噴涂聚脲彈性體有很高的拉伸強度（≥17Mpa），很高的斷裂延伸率（≥500％），很強的粘結(jié)強度（與混凝土基材的粘結(jié)力≥5Mpa），很高的耐磨耐沖擊性，故有極好的抗混凝土的開裂性、對混凝土開裂的防護性，以及對開裂、剝落混凝土結(jié)構(gòu)的維修和補強性。
防水涂層的抗開裂性（即阻止混凝土開裂的能力）取決于材料的抗拉強度、涂層厚度和粘結(jié)強度的大小。高密度聚乙烯、高聚物改性瀝青卷材等的粘結(jié)強度很低，故抗開裂性差；聚合物改性瀝青防水涂料、聚氨酯防水涂料的抗拉強度不高，粘結(jié)強度較低，故抗開裂性也不好；唯獨聚脲抗拉強度大、粘結(jié)力高，有極好的抗開裂性，而且聚脲固化速度快、施工周期短、效率高，故還適用于舊建筑及基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)和補強。
防水涂層對混凝土基材開裂的防護性（即對混凝土裂縫的遮蓋性，亦稱追隨性）取決于材料的抗拉強度、涂層厚度和斷裂延伸率的大小。高密度聚乙烯片材、高聚物改性瀝青卷材、聚氨酯和聚脲都有很好的對混凝土開裂的防護性，聚脲抗拉強度最高、斷裂延伸率最大，故性能最好。
聚脲對混凝土的粘結(jié)強度達(dá)5Mpa，遠(yuǎn)大于混凝土的剝離強度（約2.5Mpa 左右），故在混凝土基材開裂、涂層受拉伸時只在裂縫附近混凝土局部剝離，從而避免了“原位拉伸”；而其它部位仍牢牢粘結(jié)，是真正的“皮膚式”防水，這是聚脲材料的獨特優(yōu)勢。
這里介紹一個新的術(shù)語，叫做涂層的抗拉能力系數(shù)，它是防護材料的抗拉強度和涂層厚度的乘積（即抗拉強度×涂層厚度）。抗拉能力系數(shù)越大，涂層的抗拉能力（即抗開裂性和對開裂的防護性）越好，是衡量防護材料防護性能的重要指標(biāo)。
材料的斷裂延伸率是衡量材料對開裂防護性的又一重要指標(biāo)，斷裂延伸率越高，則對開裂的防護性越好。抗拉能力系數(shù)大、斷裂延伸率高是聚脲材料的獨特優(yōu)勢。
（4）工藝性：三元乙丙橡膠和高聚物改性瀝青卷材等工藝復(fù)雜、效率低，受人為因素影響較大；聚氨酯涂料固化速度慢、施工周期長；聚脲彈性體1 分鐘表干，10分鐘實干，固化速度快，可連續(xù)厚涂，施工速度快、效率高；可在復(fù)雜型面成型，涂層連續(xù)無接縫。聚脲節(jié)點細(xì)部施工較方便，不需纖維層增強，變形縫和施工縫密封可靠。聚脲配專用底漆可在潮濕基面施工，故聚脲工藝性最好。
（5）成本：在比較成本時，要比較相同防護性能條件下的成本，要比較防護性能的優(yōu)勢、使用年限的長短、壽命周期費用的高低、以及節(jié)能性、環(huán)保性和社會效益，不能僅僅比較材料價格的高低。
就一次性成本而言，自粘性防水卷材和高聚物改性瀝青卷材略低，EVA 防水片材和聚氨酯居中，三元乙丙和聚脲略高。
就使用年限而言，聚脲使用年限較長，其他各種材料較低。若計算年均成本，則聚脲較低，其他材料較高。
建筑及基礎(chǔ)設(shè)施在運營期因防水故障而維修、修復(fù)或翻新，不但維修費用巨大，而且會造成巨大的間接損失。
故選取一次性成本略高，但性能優(yōu)越、可靠性及維修性好，使用年限長，壽命周期費用低，年均防護成本低的聚脲彈性體涂料，比選用一次性成本略低，但使用年限短、壽命周期費用高，年均防護成本高的其他防水材料更經(jīng)濟。僅以一次成本論輸贏的判別準(zhǔn)則是值得商榷的。
（6）結(jié)論：聚脲有優(yōu)異的綜合理化性能，卓越的工藝性和環(huán)保性，它能有效的解決目前建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護中面臨的許多難題：
實現(xiàn)真正的“皮膚式”防水，杜絕涂層的漏水和竄水。
杜絕涂層的“原位拉伸”，極大的提高了對基材開裂的防護性。
優(yōu)異的耐磨、耐沖擊、耐穿刺功能。
可適用于混凝土基材迎水面防水，又可用于背水面防水。
可在干混凝土基材施工，亦可在潮濕基面施工。
獨特的混凝土基材的抗開裂、開裂的有效防護和失強基材補強的三合一功能。
既有良好的耐高溫性，又有優(yōu)異的低溫柔性。
優(yōu)良的防水、防腐和外觀裝飾三合一功能。
優(yōu)異的節(jié)點、細(xì)部（一頭、二縫、三口、四根）施工性和防水高可靠性。
卓越的工藝性：機械化程度高、施工速度快、周期短、效率高，適用于復(fù)雜型面施工，施工質(zhì)量受人為影響和環(huán)境影響小。
確保二十一世紀(jì)人們普遍關(guān)注的防水材料的綠色環(huán)保性。
聚脲是新一代防護涂料，它將對混凝土基材防護帶來革命性變革，是傳統(tǒng)防水材料的更新?lián)Q代的產(chǎn)品。
六、聚脲彈性涂料在建筑及基礎(chǔ)設(shè)施防護工程中的應(yīng)用實例
1.高檔建筑防水及防水保溫一體化
（1）1995 年美國屋頂綠化施工者協(xié)會創(chuàng)導(dǎo)聚氨酯/聚脲防水復(fù)合結(jié)構(gòu)，從而實現(xiàn)了保溫、防水一體化。美國的TWA 公司在工廠屋頂上施工了69677m2 的保溫防水復(fù)合結(jié)構(gòu)。美國阿拉斯加倉庫屋面噴50mmPU泡沫，1mm聚脲，共2800m2。
（2）近年來美國在高檔大型公共建筑外墻結(jié)構(gòu)中采用了EPS 保溫、聚脲防水和表面裝飾一體化復(fù)合體系，使外墻立面造型千變?nèi)f化，絢麗多彩，使建筑成為名副其實的凝固藝術(shù)。
（3）上海德嘉廣場、上海恒隆廣場的屋頂立體綠化工程，近萬平米。
2. 橋梁防護
（1）美國加利福尼亞州舊金山市的圣馬特（San Mateo）混凝土大橋，橫跨舊金山海灣，原建于1929年，1999年進(jìn)行拓寬大修工程，橋長8600米，選用聚脲做防護層，對柱子、梁和橋面板進(jìn)行防護。該大橋總長8600米，防護總面積29.7萬平米，2003年5月完工。
（2）美國華盛頓州PASCO水泥高架橋，建于20世紀(jì)30年代，經(jīng)過幾十年的使用，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)開裂、剝落、腐蝕嚴(yán)重，已屬危橋。經(jīng)過多方面考證，最后決定用聚脲涂層進(jìn)行防護和補強，采用不停用的情況下分段修復(fù)，既大大減低了建橋費用，也減少了停用的損失。
美國肯塔基州在1995年～1997年間和采用聚脲對17座橋梁進(jìn)行了修復(fù)。
美國賓法尼亞州在1998年～2001年間用聚脲共修復(fù)17座橋梁。美國俄亥俄州、馬里蘭州和弗吉尼亞也用聚脲對水泥高架橋進(jìn)行了修復(fù)。
（4）臺灣輕軌鐵路無渣路基用聚脲進(jìn)行防護。
（5）津京城際高速鐵路無渣路基采用2mm聚脲做防護層，現(xiàn)已完工，正在試運行。所用聚脲技術(shù)指標(biāo)如下：拉伸強度≥10Mpa，撕裂強度≥45KN/m，斷裂延伸率≥250％，與混凝土基面粘結(jié)強度≥3.5Mpa。奧運配套工程，防水面積約100萬平米。
3. 隧道及地鐵防護工程
（1）美國波士頓市區(qū)的地鐵隧道防水工程：三節(jié)雙孔鋼筋混凝土沉廂式隧道，全長210米，單節(jié)隧道長70.1 米，寬11.23 米，
相關(guān)施工技術(shù)文章
-
2014-08-09碳纖維布加固橋涵蓋板 - 2014-08-09橡膠瀝青自粘防水卷材特點及應(yīng)用范圍
- 2014-07-15屋面防水材料故障的解決方法
- 2014-08-09淺談二次防水的重要性
- 2014-08-09廣州市番禺市橋大橋檢驗及維修加固設(shè)計
- 2014-08-09泵送混凝土施工裂縫的成因和防治
- 2014-08-09防水涂料用彈性丙烯酸酯共聚乳液的研制
- 2014-08-09混凝土工程中常見裂縫問題的預(yù)防與處理措施
- 2014-08-05露臺種植屋面的防水做法
- 2014-08-05屋面防水保溫層上保護層施工做法