高速鐵路橋梁聚脲工程基材處理劑的研究

朱 立，黃微波，呂 平

(1.青島理工大學 功能材料研究所，山東 青島 266033;2.青島理工大學 土木工程學院，山東 青島 266033;3.寧波交通工程建設集團有限公司，浙江 寧波 315000)

噴涂聚脲彈性體技術作為21世紀一種新型綠色環保的涂料，它的拉伸強度、延伸率高，且是一種無接縫的防水涂料［1］。然而它對于基材的要求非常嚴格，如果混凝土表面具有針眼、微裂紋，氣泡等缺陷未處理，直接噴涂，不會覆蓋住缺陷，反而會把缺陷明顯化;如果混凝土表面的針眼比較深，就會留下死角。這是由于針眼、微裂紋，氣泡中有空氣，一旦遇熱，會頂破噴涂的聚脲，形成孔洞，造成防水層失效［2］。當前在建以及竣工的高速鐵路項目，大量采用聚脲彈性體技術［3］。由于高速鐵路橋面采用拋丸方式進行基層處理后，缺陷較多，需采用滿刮涂基材處理方式。

環氧類基材處理劑與聚氨酯類基材處理劑作為目前高鐵上使用的二大類基材處理劑，由于前者具有優異的物理性能與多年的施工應用，在其它行業上應用經驗廣泛，而占據主導地位，然而，由于環氧體系在低溫下存在巨大的熱應力［4-8］，本文提出一種新型的聚氨酯類基材處理劑QTECH-112體系，平行對比分析環氧類基材處理劑，結合施工效果，表明QTECH-112體系具備優異的物理性能和施工效果。

1 試驗方法

1.1 基材處理劑的表干及實干時間表征

主要實驗設備:秒表，混凝土試塊規格100 mm ×100 mm ×100 mm，脫脂棉球直徑約為25 mm，電熱鼓風箱調節范圍0～300℃，控制精度±2℃，低溫冰箱調節范圍0～－40℃，控制精度±2℃。

表干時間測定:在標準條件下將試樣均勻攪拌后，用刷子均勻涂刷于混凝土試塊上，制備涂膜，試塊表面上不允許有空白或刷涂不均的現象，以涂刷結束時間點，開始計時。每隔若干時間后在漆膜表面上輕輕放上一個脫脂棉球，距棉球10～15 cm，用嘴沿水平方向輕吹棉球，如能吹走，膜面不留有棉絲，即可認為表面干燥。

實干時間測定:采用保險刀片在樣板上切刮漆膜或膩子膜，并觀察其底層及膜內均無黏著現象(如用膩子膜，還需用水淋濕樣板，用產品標準規定的水砂紙打磨，若能形成均勻平滑表面，不黏砂紙)即認為漆膜或膩子膜實際干燥。

1.2 附著力測試

附著力試驗參照GB/T 5210—2006《色漆和清漆拉開法附著力試驗》(或《ASTM-D-4541附著力測定法》)，采用拉脫法分別測定應用 QTECH-112體系及環氧體系的附著力，進行平行對比分析，儀器選用拉脫法附著力測試儀。

具體操作如下:①選取平整、無缺陷物體表面，用砂紙打磨被測物體表面;②用丙酮清洗被測物體表面及錠子表面，洗去油污、灰塵等雜質;③選用改性丙烯酸酯膠或環氧膠進行黏結;④養護24 h后進行附著力測試，測試前用切割器切割被測單元四周涂層。采用拉脫法附著力測試儀，均勻用力，記錄數據。

2 試驗結果分析

2.1 表干時間和實干時間

基材處理劑中底漆的表干時間和膩子的實干時間是工程實踐中重要的數據，依照 GB/T—1728漆膜膩子膜干燥時間測定法進行測定。

2.1.1 底漆的表干時間

表1是常溫、低溫和高溫以及干燥基材和潮濕基材等不同環境因素下，環氧類底漆和QTECH-112類底漆的表干時間。由表1可以看出，在常溫干基和高溫干基下，環氧類底漆表干時間比QTECH-112體系底漆略有縮短，而在低溫干基條件下，環氧類底漆表干時間＞240 min，QTECH-112體系底漆表干時間只有 65 min;環氧類底漆常溫濕基材表干時間比 QTECH-112體系底漆多35 min，環氧類底漆在低溫干基上表干時間延長較多，而且，QTECH-112體系底漆在常溫潮濕基材上的表干時間比常溫干基表干時間縮短了8 min。

表1 不同環境因素下底漆的表干時間 min

依照GB/T—1728漆膜膩子膜干燥時間測定法規定，底漆表干時間要 ＜4 h，環氧底漆在低溫條件下不能滿足要求，這是由于底漆在低溫條件下，環氧體系中的樹脂與固化劑之間不能夠充分的反應，固化反應緩慢造成的。而QTECH-112體系由于其為潮氣固化型聚氨酯類體系，故低溫對其表干時間的影響不大，從干基材和濕基材角度可以看出，QTECH-112體系在濕基材上表干時間比干基材上短，而環氧底漆對于濕基材敏感，表干時間變長。

2.1.2 膩子的實干時間

表2是常溫、高溫和低溫等不同環境因素下，膩子的實干時間，表2說明，QTECH-112膩子具有相對于環氧類膩子更短的實干時間，在低溫下同樣具有較短的實干時間(3.5 h)，而環氧類在低溫 －10℃下24 h內不實干，環氧類基材處理劑不適宜在冬季低溫下施工。

2.2 附著力

附著力性能是基材處理劑一項重要的指標，根據文獻［8］采用拉脫法測試涂層單點的附著力，探討驗證在不同環境因素下，QTECH-112體系同樣具有相對優異的附著力性能，完全符合技術規范中附著力≥2.5 MPa要求，環氧類基材處理劑單點附著力要略高于QTECH-112體系。然而單點的附著力高低不能決定大面積附著力優劣，雖然環氧樹脂的單點附著力數據均高于聚氨酯系統，但是熱應力總是表現在線或面上。由于環氧樹脂的熱應力遠遠高于聚氨酯系統，造成了冬季聚脲涂層的大面積脫落。

表2 不同環境因素下膩子的實干時間 h

表3是取自高速鐵路常州段施工現場不同基材處理方式下 QTECH-112體系附著力試驗結果，時間為2009年9月30日—2009年10月1日;現場溫度26℃～32℃，濕度10% ～15%，從表中看出，除濕基材(表面有明水)和重度拋丸外，其余都達到技術規范≥2.5 MPa要求。

表3 不同基材處理方式下QTECH-112體系附著力 MPa

2.3 高速鐵路某段現場冬季施工狀況

圖1是高速鐵路某段東橋段冬季施工狀況，時間為2009年11月11日—2009年11月13日;溫度5℃～12℃，濕度70% ～90%。聚脲施工中標的施工企業采用環氧類基材處理劑(亦是本論文采用)，在冬季施工中出現以下問題:①修補缺陷效果差，如圖2。②環氧類基材處理劑不固化。③黏度大，不易施工。④固化后發脆。低溫潮濕的工地，由于環氧體系施工上的缺點，導致施工企業施工進度緩慢。

圖3為QTECH-112體系高速鐵路冬季施工現場，施工時間為2009年12月1日—2009年12月3日，溫度0～6℃，濕度75% ～87%;低溫并未影響到刮涂效果，如圖4;同時底漆表干時間低于2 h及膩子實干時間低于3 h，與表1和表2一致，完全滿足施工要求。

圖1 某段東橋段冬季施工現場

圖2 環氧類基材處理劑修補狀況

圖3 QTECH-112體系高速鐵路冬季施工狀況

圖4 QTECH-112體系冬季修補缺陷效果

3 結論

QTECH-112體系基材處理劑具有相對于環氧體系基材處理劑表干及實干時間更短，滿足GB/T-1728規定中表干及實干時間不大于4 h的要求;環氧體系在低于10℃的低溫條件下，環氧底漆表干時間＞4 h，膩子實干時間＞24 h，不適宜在低溫狀況下使用。從測試的單點附著力數據看，不同環境因素下，QTECH-112基材處理劑附著力和聚脲附著力完全滿足技術規范≥2.5 MPa的要求，采用環氧類基材處理劑附著力和聚脲附著力略高于QTECH-112類基材處理劑;在含有明水的基材表面，QTECH-112基材處理劑附著力達不到技術規范≥2.5 MPa的要求。

冬季施工中環氧類基材處理劑黏度大，固化反應慢，修補缺陷效果差，造成了施工進度的嚴重滯后，增加施工企業的成本;QTECH-112體系固化時間短，具有優異的刮涂效果及良好的修補缺陷效果，節省了施工時間，適合冬季施工使用。

［1］ 黃微波．噴涂聚脲彈性體技術［M］．北京:化學工業出版社，2005．

［2］ 黃微波．一分聚脲 九分施工［J］．上海涂料，2008，46(6):50-52.

［3］ 黃微波．噴涂聚脲技術在高速鐵路的應用與展望［J］．上海涂料，2009，47(5):1-3.

［4］ 尹應躍，魏曉紅，游敏．粘涂層中的溫度應力測試與分析［J］．粘接，2003，24(4):3-5.

［5］ 楊春梅，鄭小玲．環氧膠粘涂層中溫度應力的有限元分析［J］．三峽大學學報(自然科學版)，2004，26(2):161-162.

［6］ MULLE M，ZITOUNE R，COLLOMBET F，et al．Measuring Strains through the Thickness of a Composite Structural Specimen Subjected to Bending［J］．Experimental Mechanics，2009(49):877-880.

［7］ SHI X，CROLL S G．Thermal-inducedrecoveryofsmall deformations and degradation defects on epoxy coating surface［J］．J．Coat．Technol．Res，2010，7(1):73-84 ．

［8］ 呂平，朱立，丁國雷，等．基材處理體系對高速鐵路聚脲涂層附著力影響的研究［J］．新型建筑材料，2010(6):77-80.