摘 要: 介绍了水泥混凝土桥梁用聚氨酯防水涂料的原料、组成、制备方法和性能及用途; 讨论了填料用量及甲组分ö乙组分的比例对聚氨酯防水涂料各种性能的影响。
关键词: 聚氨酯; 防水涂料; 水泥混凝土桥梁
随着经济建设的发展, 高速公路桥梁工程建设日益增多, 质量要求不断提高, 使用功能也在拓宽。为提高工程的质量和使用年限, 就必须对水泥混凝土桥梁的路面进行防水处理, 目前防水处理的方法主要有2 种: 一种是热沥青防水层。它使用的材料为石油沥青及用沥青浸制后的麻布或玻璃丝布油毡。
其施工程序为: 购置沥青——熬制沥青——涂抹沥青——铺设卷材。另一种是冷作防水层, 其中的一种是一布三涂。其使用的材料为再生橡胶防水涂料和中碱纤维玻璃丝布。施工程序为: 从定点厂购料——涂抹涂料——铺设玻璃丝布。
第1 种的缺点主要是: 整体防水的粘结性不够理想, 抗裂性能差; 防水材料的使用年限不长, 防水层的开裂、破损直接影响路面与桥梁结构质量, 桥梁渗漏时有发生; 热作业施工, 特别是熬制沥青易发生烫伤和造成环境污染。
第2 种方法的主要缺点表现在: 涂料与基层粘结不好, 造成空鼓、裂起, 最致命的是桥面四周, 即挡碴墙、内边墙和端边墙处, 涂料很难将卷材与四周的混凝土粘结牢固, 总是留有不可补救的施工缝, 留下了渗水隐患, 最后导致防水层大面积空鼓而失效, 封端混凝土脱落, 严重影响了桥梁的使用寿命。造成以上问题的原因, 主要是由于涂料的粘结性能差引起的, 所以, 只要把涂料的粘结性能提高, 上述问题也就能够相应的解决。
聚氨酯防水涂料具有操作方便、整体防水效果优异、力学性能稳定、易维护保养、强度高、耐化学药品侵蚀、耐冲击、耐磨、耐低温、使用寿命长等特点,是一类性能优良的新型防水涂料, 近年来在建筑、交通、市政工程中的应用范围日益扩大, 使用量逐年上升。其突出的优点就是与基材具有优良的粘接性能,这就解决了水泥混凝土路桥防水中涂料与基材粘接力不够的缺点, 而且聚氨酯防水涂料具有良好的粘弹性, 能充分保证水泥混凝土桥梁路面的热胀冷缩而不使防水层出现裂纹, 使水泥混凝土桥梁的整体防水功能大幅度的提高, 其使用寿命也得以提高。
1 实 验
1. 1 原材料
聚醚多元醇N 220、N 330, 山东东大化学工业集团; 甲苯二异氰酸酯(TD I280 ) , 德国巴斯夫公司;3, 3′2 二氯4, 4′2 二氨基二苯甲烷(MOCA ) : 工业品,北京化工三厂; 滑石粉: 工业品, 市售; 氯化石蜡: 工业品, 市售; 轻钙: 工业品, 市售; 气相二氧化硅: 工业品, 市售; 氧化钙: 工业品, 市售; 有机锡类催化剂: 工业品, 北京化工三厂; 二甲苯: 工业品, 齐鲁石化。
1. 2 PU 防水涂料的制备
(1) 甲组分制备: 含活性NCO 的预聚体(自制)
(2) 乙组分的制备: 按配方称取填料及聚醚多元醇N 330, 混合均匀后, 在三辊机上充分研磨后, 加入交联剂MOCA、抗氧剂1010、紫外线327 吸收剂等,搅拌均匀, 在120 ℃及真空下脱水3 h, 冷却, 放料至密闭塑料或铁桶容器中, 密封储存。
(3) 防水涂料的制备: 取一定量的甲组分和乙组分, 按1∶2 的比例混合均匀, 涂抹与模具中, 室温固化成型制得非焦油型聚氨酯防水涂料。
2 结果与讨论
2. 1 滑石粉对性能的影响
滑石粉作为聚氨酯防水涂料的填料, 不仅能减少涂料固化时的体积收缩, 提高涂层的耐磨性、粘结性, 降低成本, 还能使涂料具有良好的贮存稳定性和耐热性。图1、图2 是滑石粉的用量对聚氨酯防水涂料性能的影响曲线。
从曲线的变化趋势可以看出, 作为填料的滑石粉对防水涂料的弹性伸长率和抗拉力的影响都呈现相似的趋势: 即随着填料的增加, 防水涂料的弹性伸长率和抗拉强度都先增加, 出现一最大值, 然后再不
断减小, 中间出现一最佳值。从分子的角度加以考虑, 当滑石粉的用量极小时, 没有滑石粉的颗粒分散到大分子链段中间去, 因而也就不能减小大分子链段之间的吸引力, 大分子链段很难运动, 致使防水涂料的弹性伸长率较小; 随着滑石粉的用量的加大, 其小颗粒便不断地填充到大分子的链段之间, 链段的运动得以加强, 弹性伸长率就会增大, 当滑石粉的无机小颗粒恰好填充满大分子链之间的空隙时, 此时防水涂料固化体系内缺陷最少, 此时防水涂料的拉伸强度和伸长率达到一最佳值; 但是过多的填料就会削弱大分子之间的作用力, 使防水涂料的内聚能降低, 以致使拉伸强度减小。
2. 2 防水涂料耐高低温性能结果分析
我国幅员辽阔, 南北地区的温差较大, 而作为水泥混凝土路面夏季的温度可高到80 ℃, 冬季又下降至- 30 ℃, 因而要求用在其上的防水涂料必须具有较好的耐高低温性, 以便适应不同地区的温差要求。
经测试, 在(120±2) ℃×168 h 的耐高温试验后, 防水涂料表面没有出现发粘流淌现象; 在(- 40±2) ℃×168 h 耐低温试验后, 防水涂料表面不出现裂纹, 试验结果表明其具有良好的耐高低温性。
2. 3 防水涂料粘结性能结果分析
聚氨酯防水涂料必须与接触面有良好的粘附强度才能保证其防水的效果。它主要是靠- NCO 与含- OH 的醇以及极少量的水等发生反应产生强烈的极性键, 靠键的极性来与水泥基材进行粘接。图3 是甲乙组分的配比对防水涂料粘结性能的影响。
图3甲乙组分的配比对防水涂料粘结性能的关系由图3 可知, 防水涂料粘结性能随甲乙组分配比的增大而相应地增大。这是因为聚氨酯防水涂料与接触面的粘接力主要是靠- NCO 与含- OH 的水、醇等发生反应, 产生强烈的极性键, 靠键的极性来进行粘接。而随着甲组分与乙组分的配比的增大,单位体积防水涂料中所含的甲组分就会逐渐增大,- NCO 与- OH 交联的密度也就会增大, 也增大了防水涂料单位体积内的极性键数目, 致使防水涂料的极性增大, 因此会出现上面的趋势。
2. 4 结论
实验制备的聚氨酯防水涂料无溶剂、无刺激性气味, 具有很好的施工性能和良好的机械物理性能,其抗渗性能良好, 整体防水功能优异, 有利于保护桥梁结构, 钢筋不受渗水浸蚀, 能提高工程质量, 延长使用寿命; 该涂料具有耐高、低温的性能; 粘结力强,固化成膜快, 是适应桥梁工程特有的较理想的防水材料; 施工工艺简便, 冷作业施工。它还可用于混凝土、砖木、钢铁等各种材料的防水、隔潮, 无污染、美观实用, 具有很好的应用前景。
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