水泥混凝土公路橋梁用聚氨酯防水涂料的研制

摘　要: 　介紹了水泥混凝土橋梁用聚氨酯防水涂料的原料、組成、制備方法和性能及用途; 討論了填料用量及甲組分ö乙組分的比例對聚氨酯防水涂料各種性能的影響。

關(guān)鍵詞: 　聚氨酯; 　防水涂料; 　水泥混凝土橋梁

　　隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展, 高速公路橋梁工程建設(shè)日益增多, 質(zhì)量要求不斷提高, 使用功能也在拓寬。為提高工程的質(zhì)量和使用年限, 就必須對水泥混凝土橋梁的路面進(jìn)行防水處理, 目前防水處理的方法主要有2 種: 一種是熱瀝青防水層。它使用的材料為石油瀝青及用瀝青浸制后的麻布或玻璃絲布油氈。

　　其施工程序為: 購置瀝青——熬制瀝青——涂抹瀝青——鋪設(shè)卷材。另一種是冷作防水層, 其中的一種是一布三涂。其使用的材料為再生橡膠防水涂料和中堿纖維玻璃絲布。施工程序為: 從定點廠購料——涂抹涂料——鋪設(shè)玻璃絲布。

　　第1 種的缺點主要是: 整體防水的粘結(jié)性不夠理想, 抗裂性能差; 防水材料的使用年限不長, 防水層的開裂、破損直接影響路面與橋梁結(jié)構(gòu)質(zhì)量, 橋梁滲漏時有發(fā)生; 熱作業(yè)施工, 特別是熬制瀝青易發(fā)生燙傷和造成環(huán)境污染。

　　第2 種方法的主要缺點表現(xiàn)在: 涂料與基層粘結(jié)不好, 造成空鼓、裂起, 最致命的是橋面四周, 即擋碴墻、內(nèi)邊墻和端邊墻處, 涂料很難將卷材與四周的混凝土粘結(jié)牢固, 總是留有不可補救的施工縫, 留下了滲水隱患, 最后導(dǎo)致防水層大面積空鼓而失效, 封端混凝土脫落, 嚴(yán)重影響了橋梁的使用壽命。造成以上問題的原因, 主要是由于涂料的粘結(jié)性能差引起的, 所以, 只要把涂料的粘結(jié)性能提高, 上述問題也就能夠相應(yīng)的解決。

　　聚氨酯防水涂料具有操作方便、整體防水效果優(yōu)異、力學(xué)性能穩(wěn)定、易維護(hù)保養(yǎng)、強度高、耐化學(xué)藥品侵蝕、耐沖擊、耐磨、耐低溫、使用壽命長等特點,是一類性能優(yōu)良的新型防水涂料, 近年來在建筑、交通、市政工程中的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大, 使用量逐年上升。其突出的優(yōu)點就是與基材具有優(yōu)良的粘接性能,這就解決了水泥混凝土路橋防水中涂料與基材粘接力不夠的缺點, 而且聚氨酯防水涂料具有良好的粘彈性, 能充分保證水泥混凝土橋梁路面的熱脹冷縮而不使防水層出現(xiàn)裂紋, 使水泥混凝土橋梁的整體防水功能大幅度的提高, 其使用壽命也得以提高。

1　實　驗

1. 1　原材料

　　聚醚多元醇N 220、N 330, 山東東大化學(xué)工業(yè)集團(tuán); 甲苯二異氰酸酯(TD I280 ) , 德國巴斯夫公司;3, 3′2 二氯4, 4′2 二氨基二苯甲烷(MOCA ) : 工業(yè)品,北京化工三廠; 滑石粉: 工業(yè)品, 市售; 氯化石蠟: 工業(yè)品, 市售; 輕鈣: 工業(yè)品, 市售; 氣相二氧化硅: 工業(yè)品, 市售; 氧化鈣: 工業(yè)品, 市售; 有機錫類催化劑: 工業(yè)品, 北京化工三廠; 二甲苯: 工業(yè)品, 齊魯石化。

1. 2　PU 防水涂料的制備

　　(1) 甲組分制備: 含活性NCO 的預(yù)聚體(自制)

　　(2) 乙組分的制備: 按配方稱取填料及聚醚多元醇N 330, 混合均勻后, 在三輥機上充分研磨后, 加入交聯(lián)劑MOCA、抗氧劑1010、紫外線327 吸收劑等,攪拌均勻, 在120 ℃及真空下脫水3 h, 冷卻, 放料至密閉塑料或鐵桶容器中, 密封儲存。

　　(3) 防水涂料的制備: 取一定量的甲組分和乙組分, 按1∶2 的比例混合均勻, 涂抹與模具中, 室溫固化成型制得非焦油型聚氨酯防水涂料。

2　結(jié)果與討論

2. 1　滑石粉對性能的影響

　　滑石粉作為聚氨酯防水涂料的填料, 不僅能減少涂料固化時的體積收縮, 提高涂層的耐磨性、粘結(jié)性, 降低成本, 還能使涂料具有良好的貯存穩(wěn)定性和耐熱性。圖1、圖2 是滑石粉的用量對聚氨酯防水涂料性能的影響曲線。

　　從曲線的變化趨勢可以看出, 作為填料的滑石粉對防水涂料的彈性伸長率和抗拉力的影響都呈現(xiàn)相似的趨勢: 即隨著填料的增加, 防水涂料的彈性伸長率和抗拉強度都先增加, 出現(xiàn)一最大值, 然后再不

斷減小, 中間出現(xiàn)一最佳值。從分子的角度加以考慮, 當(dāng)滑石粉的用量極小時, 沒有滑石粉的顆粒分散到大分子鏈段中間去, 因而也就不能減小大分子鏈段之間的吸引力, 大分子鏈段很難運動, 致使防水涂料的彈性伸長率較小; 隨著滑石粉的用量的加大, 其小顆粒便不斷地填充到大分子的鏈段之間, 鏈段的運動得以加強, 彈性伸長率就會增大, 當(dāng)滑石粉的無機小顆粒恰好填充滿大分子鏈之間的空隙時, 此時防水涂料固化體系內(nèi)缺陷最少, 此時防水涂料的拉伸強度和伸長率達(dá)到一最佳值; 但是過多的填料就會削弱大分子之間的作用力, 使防水涂料的內(nèi)聚能降低, 以致使拉伸強度減小。

2. 2　防水涂料耐高低溫性能結(jié)果分析

　　我國幅員遼闊, 南北地區(qū)的溫差較大, 而作為水泥混凝土路面夏季的溫度可高到80 ℃, 冬季又下降至- 30 ℃, 因而要求用在其上的防水涂料必須具有較好的耐高低溫性, 以便適應(yīng)不同地區(qū)的溫差要求。

　　經(jīng)測試, 在(120±2) ℃×168 h 的耐高溫試驗后, 防水涂料表面沒有出現(xiàn)發(fā)粘流淌現(xiàn)象; 在(- 40±2) ℃×168 h 耐低溫試驗后, 防水涂料表面不出現(xiàn)裂紋, 試驗結(jié)果表明其具有良好的耐高低溫性。

2. 3　防水涂料粘結(jié)性能結(jié)果分析

　　聚氨酯防水涂料必須與接觸面有良好的粘附強度才能保證其防水的效果。它主要是靠- NCO 與含- OH 的醇以及極少量的水等發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生強烈的極性鍵, 靠鍵的極性來與水泥基材進(jìn)行粘接。圖3 是甲乙組分的配比對防水涂料粘結(jié)性能的影響。

　　圖3甲乙組分的配比對防水涂料粘結(jié)性能的關(guān)系由圖3 可知, 防水涂料粘結(jié)性能隨甲乙組分配比的增大而相應(yīng)地增大。這是因為聚氨酯防水涂料與接觸面的粘接力主要是靠- NCO 與含- OH 的水、醇等發(fā)生反應(yīng), 產(chǎn)生強烈的極性鍵, 靠鍵的極性來進(jìn)行粘接。而隨著甲組分與乙組分的配比的增大,單位體積防水涂料中所含的甲組分就會逐漸增大,- NCO 與- OH 交聯(lián)的密度也就會增大, 也增大了防水涂料單位體積內(nèi)的極性鍵數(shù)目, 致使防水涂料的極性增大, 因此會出現(xiàn)上面的趨勢。

2. 4　結(jié)論

　　實驗制備的聚氨酯防水涂料無溶劑、無刺激性氣味, 具有很好的施工性能和良好的機械物理性能,其抗?jié)B性能良好, 整體防水功能優(yōu)異, 有利于保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu), 鋼筋不受滲水浸蝕, 能提高工程質(zhì)量, 延長使用壽命; 該涂料具有耐高、低溫的性能; 粘結(jié)力強,固化成膜快, 是適應(yīng)橋梁工程特有的較理想的防水材料; 施工工藝簡便, 冷作業(yè)施工。它還可用于混凝土、磚木、鋼鐵等各種材料的防水、隔潮, 無污染、美觀實用, 具有很好的應(yīng)用前景。

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