桥面喷涂聚脲防水层常见质量缺陷与应对措施

2010-09-04蒋宗全郭晓安屈高见韩志强

铁道建筑 2010年10期

蒋宗全，郭晓安，屈高见，韩志强

(1.中国水电集团，北京 100048;2.中国水电三局有限公司，西安 710016)

新建铁路混凝土桥梁采用喷涂聚脲弹性体进行防水，其聚脲喷涂防护面积将超过1 000万 m2。新建铁路跨越区域多，施工环境条件变化大，加之聚脲喷涂在我国是新技术，大多数施工单位经验不多，在前期施工中遇到诸如针孔、气泡、分层、黏结强度低等问题。本文对这些质量缺陷进行了分析，并提出了相应的解决办法。

1 桥面防水体系构造及质量要求

如图1所示，新建铁路桥面防水体系构造自下而上依次为混凝土基层、底漆、聚脲涂层、保护面层(裸露部分)。实际施工时，由于混凝土表面存在缺陷，需要用腻子进行刮涂修补，因此，在混凝土基材与底漆之间还隔着一层腻子。该防水体系构造对施工质量的总体要求就是:在满足喷涂厚度(≥2.0 mm)且表面无鼓泡、针孔的同时，保证上述各层材料间牢固地黏结在一起(平均黏结强度≥2.5 MPa)。

图1 无砟轨道防护墙内侧桥面防水层构造示意

2 聚脲防水层常见质量缺陷

喷涂聚脲防水层容易出现的质量缺陷有以下三类:

1)鼓泡或针孔。鼓泡或针孔是聚脲喷涂施工中最常见的问题。形成的主要原因是桥面混凝土空隙中的空气、潮气被快速固化的聚脲封闭，反应热导致气体膨胀产生鼓泡;或者潮气与聚脲体系中的A组分反应，生成CO2气体导致鼓泡，见图2(a);或封闭在涂层下的气体在涂层固化之前，顶破涂层泄漏出来，就会在已施工的涂层上形成很多小针孔，见图2(b)。

图2 聚脲防水层缺陷

2)分层。聚脲防水层和混凝土基面黏接强度达不到设计要求，导致聚脲涂层与基材整体脱离(图3)，或前后两次喷涂聚脲层之间发生分离均称为分层缺陷。

图3 喷涂聚脲涂层与基面脱离

3)黏结强度低。喷涂聚脲层与基面的黏结强度达不到≥2.5 MPa的要求时，很容易被拉起(图4)。而黏结好的喷涂聚脲层被拉起时，会把混凝土带着一起拔起(图5)。

表1总结出产生鼓泡、针孔、分层、黏结强度低等缺陷产生的主要原因，其中大部分原因都和基面处理工艺有关。另外材料、设备、环境温度影响也比较大。

图4 黏结强度达不到标准要求时拔起的情况

图5 黏结强度大时拔起的情况

表1 混凝土基面喷涂聚脲层常见缺陷及应对措施

3 基面处理

喷涂聚脲防水层施工流程如图6所示。基面处理包括桥面处理和底涂施工两个方面。

3.1 抛丸作业

抛丸作业是保证基面具有一定的粗糙度(图7)、暴露出被浮浆遮盖的孔洞(图8)的重要工序。抛丸机在抛丸时，由于丸料在发射的时候会中间多、两边少，所以在抛丸机行走时，必须根据抛丸机的实际情况来确定搭接宽度，一般控制在3～5 cm。对于抛丸不到位的区域，使用角磨机清理，尽量不产生打磨沟痕(若出现痕迹，应采用环氧砂浆进行修补处理)。抛丸后，有效创面＞95%，粗糙度在SP3～SP4之间。

图6 喷涂聚脲施工流程

图7 抛丸后桥面粗糙度

图8 抛丸后暴露出的孔洞

为确保抛丸质量，必须先进行抛丸试验，确定行走速度、丸料粒径、搭接宽度等参数，确保有效创面百分比率和粗糙度。

3.2 混凝土缺陷修补

底涂施工首先是选择好基面处理材料，包括基面缺损修补砂浆、基材针孔刮涂腻子、底漆三种。在选择时除考虑施工操作简便外，重点要考虑相互间的黏接强度。

梁面局部区域存在混凝土缺损、掉角、坑洞、低洼等缺陷需要进行修补。有关设计要求规定，修补材料采用聚合物砂浆。聚合物砂浆的种类较多，常用水乳性砂浆(如丙乳砂浆)和环氧砂浆。两类聚合物砂浆的力学指标都能满足喷涂聚脲黏接强度要求，但前者成本较低。若前期使用丙乳砂浆进行修补，结果是经抛丸后，多处修补材料脱落，或者是修补层出现空鼓现象。分析原因为:梁面的施工环境难以满足丙乳砂浆修补工艺要求，比如，丙乳砂浆修补后需要至少保湿养护7 d，而梁面缺水，再加上工期要求，使得养护这个环节得不到保证。经过对比试验，环氧砂浆(胶泥)是较好的修补材料，突出特点是对环境温度要求不高，无需特别养护，强度增长快，能保证和混凝土基面黏接强度等。对配制环氧砂浆的基液配比以及填料级配种类要通过对比试验选择。配制的环氧砂浆要求易操作(薄层修补和立面修补时)、低温乃至潮湿环境易固化、和混凝土面黏接强度高并且耐久性好。综合评估，高固含环氧砂浆、无溶剂环氧砂浆更为理想，其强度可与C60等同，且打磨性非常好。

为达到底涂黏结并封闭针孔等缺陷的目的，必须在抛丸完成后30 min内进行混凝土缺陷修补。其施工条件为基面温度5℃ ～40℃，桥面含水率＜7%，基面温度高于露点温度5℃，环境湿度＜75%条件下施工。

3.3 刮涂腻子

梁面混凝土经打磨抛丸后，会暴露出大量的蜂窝针孔，这是混凝土本身特点造成的。由于所要施工的是一个加热到65℃的双组分快速固化体系，聚脲涂料自身的剧烈化学反应产生的放热现象，会将封闭在针孔中的空气或潮气迅速加热，并产生膨胀。膨胀的气体会穿过刚施工过的涂层表面，从而产生更大的针孔。混凝土基面上的蜂窝针孔是造成聚脲防水层出现起泡、针孔的直接原因。所以，必须在喷涂聚脲前彻底加以消除，最有效的解决办法就是刮涂腻子，在混凝土表面形成较为均匀且有一定厚度的面层，将孔洞完全覆盖。

目前市场上可用于配制刮涂腻子的材料主要有以下几种:

1)外墙腻子或Js防水涂料，都属于厚涂型材料，封闭效果好，但附着力较差;

2)单组分聚氨酯底涂，属于薄涂型材料，封闭效果较差，附着力要比前一种高，但使用起来不稳定;

3)聚氨酯双组分底涂，封闭效果较好，附着力很高，而且性能较为稳定，但因为多异氰酸酯对水敏感，对潮湿基面并不适用。

4)环氧类:环氧类又包括薄浆环氧底涂、厚浆环氧底涂、薄刮型环氧腻子等。薄浆环氧底涂黏度低、流动性好，有较好的渗透作用，但由于涂层过薄，黏附力受到较大影响;厚浆环氧底涂黏附力很好，但封闭时存在破孔现象;虽然环氧腻子封孔不存在问题，但施工时费时费力，可以把薄浆型环氧底涂和厚浆型环氧底涂复合涂覆两道使用，较为合理，既解决了封孔和黏结问题，施工也较为简便易行。

刮涂腻子必须在混凝土缺陷修补完成后4～6 h内进行腻子层施工。由于环氧材料修补小的孔洞在凝固后始终有凹陷，因此在环氧腻子施工中应加入优质石英砂，既可解决凹陷问题，还可减少腻子层刮涂次数和点补工作量，并且石英砂在打磨过程中，小颗粒也能被磨掉。

3.4 底漆施工

从大量聚脲涂层拉拔试验可以看出，整个防渗体系的黏结最弱点仍在底涂材料与聚脲涂层的界面，因此，正确使用底涂材料是增强聚脲层附着力的有效途径。底涂的作用是封闭混凝土毛细孔中的空气和水分、提高聚脲涂层与混凝土之间的附着力。由于聚脲涂料快速反应、瞬间固化，所以在对底材的湿润以及与基材的附着力等方面有一定的缺陷，导致对底材的浸润能力较差，难以产生良好的附着力，需要通过施工配套性良好的专用底涂来大幅度提高其对底材的附着力。常用底涂分环氧类和聚氨酯类两种，但这两种底漆的施工性能都存在一定的缺陷，需要在充分了解其特性的基础上加以运用。

环氧底漆的干燥性能受环境温度的影响较大，温度在10℃以下时则反应缓慢，从而影响工程施工的进度。

聚氨酯底漆受空气中的湿度影响较大，在湿度较大时，涂膜容易起泡，从而影响工程质量。

底漆在腻子干燥后进行施工，施工过程中难以避免出现踩踏腻子层等现象。在施工底漆之前，先进行一次打磨，清理掉黏结在腻子层面的污物，对腻子层形成一定的创面，以增加黏结力。