聚脲涂層在水工混凝土表面處理中的施工技術

陳 渝, 虎元強

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司， 四川 成都 611130)

1 概 述

聚脲是一種無溶劑、涂刷型彈性材料，具有良好的力學性能、耐老化、防滲漏、抗凍融、抗沖耐磨、抗疲勞破壞、施工便捷、技術先進等特點，可用于水工混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉處理，也可用于大面積防滲及小流速過流面的抗沖磨防護與表面耐久性防護。其可分為以下幾種材料構成。

1.1 單組分涂刷聚脲涂層

由異氰酸酯預聚體和封閉的胺類化合物、助劑等構成的液態混合物，采用涂刷、輥涂或涂刷方法施工。在空氣中水分作用下，封閉的胺類化合物產生端氨基，并與預聚體產生交聯而形成的彈性膜。

1.2 雙組分涂刷聚脲涂層

由異氰酸酯組分(A 料)與氨基化合物組分(B 料)混合后，采用涂刷、輥涂或涂刷方法施工形成的彈性膜。

1.3 界面劑

在噴涂或涂刷聚脲作業前預先涂覆在經處理的混凝土基層表面，用于增強聚脲涂層與基層之間的黏結力和封閉基層表面缺陷、阻隔水汽的材料。

1.4 層間處理劑

涂覆在已固化聚脲涂層表面，用于提高兩層聚脲涂層之間黏結強度的材料。

2 單組分聚脲涂層、雙組分聚脲涂層的特點及適用范圍

2.1 雙組分聚脲涂層、單組聚脲涂層的特點

2.1.1 雙組分聚脲涂層的特點

(1)材料本體抗沖磨性能好、耐老化；

(2)與基礎混凝土黏接強度大于2.5 MPa；

(3)材料反應速度極快，適用于斜面及垂直面；

(4)溫柔性較好，在30℃下對折不產生裂紋；

(5)防滲、防凍效果好，耐化學腐蝕；

(6)無毒，可用于飲用水輸水工程。

2.1.2 單組分聚脲涂層的特點

(1)耐化學腐蝕，耐老化，防滲效果及抗沖磨性能好；

(2)與基礎混凝土黏接強度大于3.0 MPa；

(3)單組分材料就一種材料，避免了施工中配合比不當造成質量缺陷，不需要專門的設備，分層施工，涂層厚度的均勻性及寬度可控，施工質量有保證；

(4)低溫柔性好，在-45℃下仍保持50%以上的延伸率，能適應高寒地區低溫環境的運行要求；

(5)固化時間長，混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉時需要增設胎基布；

(6)施工工藝簡單，利于人工刮涂，只要施工場地容許，多個工作面可以同時施工；

(7)無毒，可用于飲用水輸水工程。

2.2 單組分聚脲涂層、雙組分聚脲涂層的適用范圍

由于這兩種柔性材料本體抗沖磨性能及防滲性能均很優越，對于迎水面大面積防滲的水工建筑物，選用這兩種材料均可。但總體上來講：單組分聚脲涂層宜用于水工混凝土建筑物的迎水面防滲、裂縫和伸縮縫表層防滲，以及流速小于30 m/s的過流面的抗沖磨防護與表面耐久性防護；雙組分聚脲涂層宜用于水工混凝土建筑物的迎水面防滲、流速小于5 m/s的過水面保護及表面耐久性防護。以上數據指標在陜西安康水電站、丹江口水利樞紐工程、寧夏某水源工程等工程中已得到了充分的論證，其使用效果良好，可推廣使用。

3 聚脲涂層在水工混凝土表面處理中主要施工工藝

聚脲涂層作為一種新型的混凝土表面處理材料，它的出現打破了傳統的混凝土表面處理和防護觀念，為混凝土表面處理樹立了一個更高的標準。因此，在聚脲涂層施工前必須通過圖紙和施工方案的會審，根據使用的材料、作業環境、作業條件進行必要的現場試驗，確定合理的、適用于現場施工的施工工藝和參數。對此，筆者根據《水電水利工程聚脲涂層施工技術規程》(DL/T 5317-2014)，同時結合實際施工經驗，對聚脲涂層施工工藝和注意事項進行了總結，供廣大聚脲涂層施工作業者參考。

聚脲涂層的主要施工工藝為：混凝土基層處理→界面劑涂刷→聚脲涂層施工，下面將分別對各個施工工藝進行簡述。

3.1 混凝土基層處理

(1)聚脲涂層施工前，必須對需要進行混凝土表面處理的范圍，按照混凝土缺陷處理要求處理完成。隨后對混凝土表面進行打磨處理，清除混凝土表面的棱角。若混凝土表面本身粗糙度過大，即使進行了打磨處理，也很難達到聚脲涂層所需的基層粗糙度。因此在聚脲涂層施工之前，混凝土表面的粗糙度不能大于1.0 mm，才能保證聚脲涂層與混凝土具有良好的附著性能。

(2)烘干處理。混凝土表面含水率過高，則聚脲涂料和反應放熱將會使水分汽化，由于聚脲涂料凝膠時間非常短，水氣來不及逸出，致使涂層出現針孔等缺陷，且基層中大量的水分受熱汽化、體積膨脹，也會促使涂層出現鼓泡、脫落等病害。

(3)混凝土表層強度需要達到一定的要求。混凝土表層強度達不到要求，強行施工將來極可能出現涂層從基層一側大面積脫落的問題，一般要求進行聚脲涂層處理的混凝土基層拉拔強度宜大于3.5 MPa。

(4)為確保處理后的混凝土表觀平順、效果美觀，因此混凝土基層表面處理應平順。實踐證明，混凝土基層的拉拔強度、水分和表面清潔度、缺陷等基層質量是決定聚脲涂料工程質量的關鍵因素。

3.2 界面劑涂刷

(1)混凝土基層處理完成后，需要在混凝土基層表面涂刷BE14界面劑，涂刷厚度要求薄而均勻，無漏涂現象。

(2)界面劑應按要求的配比配制，配量適中，混合均勻；界面劑可采用涂刷、輥涂或涂刷的方法施工，涂覆的界面劑應薄而均勻，無漏涂、無堆積。

(3)界面劑涂刷范圍應大于聚脲涂層范圍。

(4)界面劑涂刷完成后，應采取措施防止灰塵、溶劑、雜物等污染表面。

(5)界面劑涂刷完成后，應在界面劑規定的間隔時間內進行聚脲的涂覆作業。超出規定間隔時間的，應重新涂刷界面劑。

3.3 聚脲涂層施工

(1)聚脲涂層施工從基層到面層依次序進行，現場施工必須按工序和層次進行檢查驗收，不能等全部完工后才進行一次性的檢查驗收。如發現上道工序質量不合格，必須返工或修補，直至合格方可進行下道工序的施工。

(2)必須控制聚脲涂層施工環境溫度和濕度。溫度過低和空氣相對濕度過大，則空氣中的水很容易凝結在混凝土或聚脲基層表面，容易導致聚脲在涂膜過程中形成針孔和孔洞等缺陷，降低聚脲涂層與基層之間的黏結強度。風速過大可能導致物料四處飛揚，會導致涂膜厚度不均勻或涂膜表面出現“桔皮”現象。因此，在四級風及以上的露天環境條件下，不宜實施涂刷作業；嚴禁在雨天、雪天實施露天噴涂或涂刷作業。

(3)聚脲涂層施工溫度越高，流動性和可施工性越好，固化相對較快，養護時間相對較短；如果溫度較低，固化就慢，養護時間就長。一般要求施工期間的溫度要大于5℃，相對濕度小于85%。因為當施工溫度小于5℃時，特別是養護溫度低于0℃，聚脲涂層將停止固化，完全固化后的性能指標會降低，影響聚脲涂層使用壽命。如果有特殊需要低溫施工，則要增加保溫措施。

(4)大面積涂刷聚脲應單向均勻施工，一般情況下涂刷遍數為三遍，第一遍涂刷0.5 mm厚，第二遍0.8 mm厚，第三遍0.7 mm厚，三遍總厚度不小于2 mm，每層涂刷施工完成后2 h內不宜與水接觸， 72 h內防止外力沖擊。兩次涂刷作業間隔時間超出工藝試驗確定的允許值時，涂層表面會失去反應活性，易出現分層現象，因此在涂層間涂刷界面劑有利于保證整體黏結強度。

(5)大面積涂刷聚脲需分幾次施工時，后涂刷聚脲作業的部位需要與已施工部位進行有效搭接，搭接寬度應不小于 50 mm，搭接部位第一次涂刷厚度按斜坡收邊。為保證聚脲涂層周邊有一定的厚度，防止周邊涂層在高速水流作用下因太薄而掀起，需要在涂層周邊處將混凝土打磨成倒三角。

(6)當同一作業面的涂刷不能一次完成時，底部涂層表面無污染，則可在24 h內直接涂刷；當底部涂層表面被污染或間隔時間超過24 h時，應將底部涂層表面清潔干燥后涂刷層間處理劑，再進行上層涂刷作業。

(7)已開封的聚脲材料必須在規定時間內用完，避免產生材料浪費。施工期間因低溫儲存導致聚脲凝結時，可在使用前采用 60℃的水浴加熱至流動狀態。

4 聚脲涂層施工過程中產生的缺陷分析及處理措施

4.1 聚脲涂層施工過程中存在的主要缺陷

受施工條件及作業人員工藝水平的影響，各類聚脲涂層施工過程中基本上都會產生針孔、氣泡、脫落或脫層、鼓包等質量缺陷，這些質量缺陷將直接影響了聚脲涂層的使用壽命。

(1)針孔。針孔是透到基面上的孔，腐蝕介質能透過針孔到達基面，并對基面形成腐蝕。更為嚴重的是腐蝕介質會迅速游離到涂層與混凝土之間，早期會出現鼓包，繼而出現聚脲涂層大面脫落或脫層。

(2)氣泡。氣泡產生的主要原因是混凝土表面處理存在缺陷和施工過程中涂刷不均勻造成，當受外力作用時氣泡破裂，最終導致聚脲涂層大面脫落或脫層。

(3)脫落或脫層。因混凝土表面處理不合格或施工過程基層表面被污染等因素，聚脲在固化或使用過程中發生脫落或脫層現象。

(4)鼓包。產生鼓包主要原因是材料配比不精準、基面處理不干凈及基面存在水氣等因素，使聚脲在固化過程中起泡，最終使聚脲材料破壞脫落。

4.2 聚脲涂層產生質量缺陷的原因

(1)對不同基層或不同表面沒有進行有效區分；沒有根據不同的基層或表面情況采用相適應的施工工藝。

(2)沒有對不同氣候條件采取具有針對性的技術措施。如：在比較潮濕的混凝土表面沒有進行有效的隔離防潮處理。

(3)沒有完全按照聚脲涂層基本操作程序和要求進行嚴格施工，如：發生不合理省料、個別部位聚脲涂層厚度不夠、針孔沒有全部封閉。

(4)聚脲涂層的干燥成膜速度極快，如操作不當、層次不清則易產生涂層厚度不均勻、表觀不平整、色差大等問題。

4.3 聚脲涂層產生質量缺陷處理措施

(1)對聚脲涂層有針孔、氣泡、鼓包、剝落及損傷等任何缺陷時，必須重新認真進行打磨處理，且達到基面處理標準后，采用同級配的聚脲進行修補處理。

(2)處理鼓包、脫落或脫層、損傷、涂層厚度不夠等缺陷時，應向缺陷外擴展5～10 cm進行打磨清理到混凝土表面，最后按聚脲涂層施工工藝重新修補。

5 聚脲施工的安全及環境要求

(1)封閉空間施工聚脲應采取抽排風等措施保持空氣流通。

(2)作業前，應對作業人員進行充分的安全技術交底，使其掌握必要的安全施工技術和安全注意事項。

(3)作業時，作業人員必須穿勞保鞋和工作服，并佩戴護目鏡、防護面具、口罩、乳膠手套等安全防護設施，才能進行聚脲涂層施工。

(4)聚脲涂層施工現場內應備足夠的干粉或液體 CO2滅火器及其他消防設施，且不得使用明火。

(5) 噴涂聚脲作業前，應采取遮擋措施避免飛散物料污染作業面以外的設施。嚴禁隨意丟棄、傾倒、排放廢棄物，清洗液、廢棄原材料和處理劑應按環保要求回收處理。

6 結 語

聚脲涂層施工技術作為一種新型的綠色環保施工技術，具有良好的力學性能、耐老化、防滲漏、抗凍融、抗沖耐磨、抗疲勞破壞、施工便捷、技術先進等特點，在水工混凝土裂縫及伸縮縫表面封閉處理和大面積防滲及有抗沖磨要求的泄洪建筑物的表面防護處理方面，具有明顯的技術優勢和廣泛的應用前景，是混凝土表面處理的理想材料。同時，鑒于聚脲良好的物理和化學性能，也可為化工防護、管道防腐、海洋防腐、隧道防水、橋梁防護、基礎加固、屋面種植、道具制作、護舷制造等大型基礎設施的建設，提供一種先進的防腐、防水、耐磨的裝飾材料，以及更為方便、快捷的施工技術。