水性單組份聚氨酯涂料的防水性能及工程應用

王廣林

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450000)

1 問題的提出

當前，相關規范對建筑工程用涂料中揮發性有機化合物的含量提出了較為嚴格的限制，所以低揮發性有機化合物含量涂料的開發和應用已經成為普遍趨勢。以水性聚氨酯樹脂為基材、以水為分散介質的水性單組份聚氨酯涂料無毒、不燃，且不會造成環境污染。既符合當前各類法規對環保型建筑施工材料應用的硬性要求，又具有常規防水涂料的溶劑性特征。

水性單組份聚氨酯涂料對環境無毒害作用和影響，屬于環境友好型建筑施工材料，其在施工過程中僅需進行簡單的調配和拌制即可使用，施工過程簡便，成膜質量有保證，節省工期。水性單組份聚氨酯涂料以水為分散介質，能大大降低對揮發性有機溶劑等具有污染性材料的使用，抗老化、防水、耐溶劑性良好。由于水性單組份聚氨酯涂料具有優良的工程性能，所以在建筑施工防水領域的應用日益廣泛。

與傳統防水涂料主要從石油、煤炭中提煉有機溶劑且有機溶劑占比在50%-70%的情況不同，水性單組份聚氨酯涂料主要原料為可再生能源。其所包含和揮發的有機化合物(Volatile organic compounds，VOC)很少，而常規性的油漆涂料中所揮發的有機化合物涂料量是50%-80%[1]，對人體有害且易造成環境污染[1]。當前國內有關法規和建筑施工規范對揮發性有機化合物排放量的要求具體為：揮發性有機化合物總排放量應≤48kg/h，揮發性有機化合物總排放濃度應≤200mg/L，無組織排放限量應≤2.0kg；油性涂料揮發性有機化合物總排放量為100 kg/h，揮發性有機化合物總排放濃度為100 mg/L，逸散強，排放量大，控制難度大；水性涂料揮發性有機化合物總排放量≤20 kg/h，揮發性有機化合物總排放濃度≤180 mg/L，環保，且不含苯系物，控制較容易。所以，在未經處理的情況下，水性涂料揮發性有機化合物總排放量不足20 kg/h，總排放濃度在180 mg/L及以下，且容易控制。

2 工程應用

2.1 工程概況

鄭州航空港經濟綜合實驗區南水北調總干渠以東新港十一路跨越梅河支流，連接雁鳴路(原富航路)與和睦路。橋位處規劃河道藍線寬度59.8m，兩側馬道寬4m。河底高程110.369m，100a一遇水位為112.549m；馬道高程為113.549/113.449。河道與道路中線斜交，斜交角度為117°。道路中線位于半徑1500m的圓曲線上。橋跨布置為(22+28+22)m，橋梁多孔跨徑總長72m，上部結構為變截面普通鋼筋混凝土連續梁。橋梁寬度為61.6m，橫斷面布置為：欄桿0.3m+人行道5m+非機動車道3.5m+綠化帶3m+機動車道18m+防撞護欄0.5m+鏤空1m+防撞護欄0.5m+機動車道18m+綠化帶3m+非機動車道3.5m+人行道5m+欄桿0.3m。

2.2 防水層施工材料

本工程防水層施工所使用的主體材料包括甲組份(預聚體)、乙組份(固化體)和底涂乙料，用量及規格詳見表1。

表1 主體材料用量表

主要輔助材料有磷酸或苯磺酰氯、二月桂酸二丁基錫、二甲苯、乙酸乙酯、107膠、水泥、石渣，規格及用途見表2。

表2 主要輔助材料用量表

2.3 防水層施工

按照設計要求的配置比例進行甲組份(預聚體)和乙組份(固化體)的調配與拌合，并將各種組分材料的稱量誤差嚴格控制在±2%范圍內。配置好后通過人工方式分別進行待處理橋梁結構的底涂和面層涂刷，通過底涂防水材料以有效阻隔基層濕氣，預防橋梁結構的防水膜出現鼓包、剝離和脫落；面層涂刷防水材料的目的在于增強水性單組份聚氨酯涂料層與結構基層的黏結強度，避免涂料層出現厚薄不均及針氣孔等問題。

在進行水性單組份聚氨酯涂料調配時，應依次按照主劑、固化劑的順序將材料按設計用量先后投入容器，并充分拌合均勻，攪拌時間應控制在3-5min，為保證防水涂料的質量性能，拌制過程中不得加水和其他雜質，攪拌應采用機械方式，且將攪拌器的機械轉速設定在200-300轉/min[2]。調配好的防水涂料應在20min內用完，所以，本工程應根據施工進度隨配隨用。將配置好的水性單組份聚氨酯涂料均勻涂抹在待施工部位，并待涂料自然風干后再噴涂第二層。對于難以展開大面積涂刷的部位，應采用人工方式補涂，在完成兩遍涂刷后還應進行管道孔口、接口、端頭等部位的細部檢查，若存在漏涂，必須及時補足。

2.4 防水施工質量控制模型

水性單組份聚氨酯涂料對工程結構的附著力會導致所對應的水性單組份聚氨酯涂料發生一定程度的滲漏，為加強防水施工質量控制，必須在設定水性單組份聚氨酯涂料施工穩定性安全系數的基礎上，深入研究材料的防水性能。水性單組份聚氨酯涂料施工安全系數按以下公式確定：

(1)

式中：F為水性單組份聚氨酯涂料施工安全系數；C為水性單組份聚氨酯涂料撕裂強度；N為水性單組份聚氨酯涂料吸水率；H為水性單組份聚氨酯涂料剝離強度；M1為水性單組份聚氨酯涂料斷裂伸長率；M2為水性單組份聚氨酯涂料遇熱伸縮率。

則水性單組份聚氨酯涂料防水施工質量控制模型為：

(2)

S=C∑A/∑B

(.3)

式中：K為橋梁工程施工安全等級；T為水性單組份聚氨酯涂料膠凝時間；S為水性單組份聚氨酯涂料膠凝速度；∑E為橋梁結構基層荷載應力；∑D為橋梁結構承載力極限值；?為變形程度；∑A為水性單組份聚氨酯涂料對工程結構的附著力；∑B為橋梁工程基層總附著力[3]。

結合新港十一路跨梅河支流橋梁工程實際，水性單組份聚氨酯涂料防水施工安全性較好，施工安全等級較優。

2.5 施工效果分析

根據模擬試驗檢驗新港十一路跨梅河支流橋梁工程防水層的施工效果，具體而言，采用磷酸鹽水泥基灌漿材料、低溫固化環氧樹脂灌漿材料和本工程所使用的水性單組份聚氨酯涂料共同進行試件施工，并比較其防水施工效果，結果見圖1。

圖1 防水施工試驗結果對比

根據試驗結果的比較，水性單組份聚氨酯涂料對建筑工程防水的保護程度在87%及以上，而磷酸鹽水泥基灌漿材料的防水程度在70%以上，低溫固化環氧樹脂灌漿材料的防水率在50%以上，所以，本橋梁工程所采用的水性單組份聚氨酯涂料的防水效果最佳。為全面分析和驗證水性單組份聚氨酯涂料的工程性能，還應分析和比較其單位工程量的施工完成時間，水性單組份聚氨酯涂料因無需調配和攪拌，成膜速度較快，其平均施工完成時間僅需13.50min，磷酸鹽水泥基灌漿材料和低溫固化環氧樹脂灌漿材料的平均施工完成時間分別為42.71min和37.56min，可見，水性單組份聚氨酯涂料工程性能較為優越。

3 結 論

本工程應用結果表明，水性單組份聚氨酯涂料應用于橋梁等工程施工領域，既能提供機械+人工的方式均勻涂刷在結構表面發揮防水性能，又能通過高壓將這種防水涂料注入混凝土結構裂縫，并使其延展和充填全部裂縫，并在遇水后發生交聯反應，釋放大量氣體，對涂料施加二次滲壓，助推涂料彈性體二次充滿全部裂縫，直至有效阻止結構滲漏。水性單組份聚氨酯涂料因所包含和釋放的揮發性有機化合物少而對人體和環境無毒害無污染，且施工過程中只需經過簡單的調制與拌合便可達到工程性能，施工簡便，節省工期，作為新型建筑材料其經濟效益、社會效益和環境效益十分顯著。