聚脲涂层在水工混凝土表面处理中的施工技术

陈 渝, 虎元强

(四川二滩国际工程咨询有限责任公司， 四川 成都 611130)

1 概 述

聚脲是一种无溶剂、涂刷型弹性材料，具有良好的力学性能、耐老化、防渗漏、抗冻融、抗冲耐磨、抗疲劳破坏、施工便捷、技术先进等特点，可用于水工混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭处理，也可用于大面积防渗及小流速过流面的抗冲磨防护与表面耐久性防护。其可分为以下几种材料构成。

1.1 单组分涂刷聚脲涂层

由异氰酸酯预聚体和封闭的胺类化合物、助剂等构成的液态混合物，采用涂刷、辊涂或涂刷方法施工。在空气中水分作用下，封闭的胺类化合物产生端氨基，并与预聚体产生交联而形成的弹性膜。

1.2 双组分涂刷聚脲涂层

由异氰酸酯组分(A 料)与氨基化合物组分(B 料)混合后，采用涂刷、辊涂或涂刷方法施工形成的弹性膜。

1.3 界面剂

在喷涂或涂刷聚脲作业前预先涂覆在经处理的混凝土基层表面，用于增强聚脲涂层与基层之间的黏结力和封闭基层表面缺陷、阻隔水汽的材料。

1.4 层间处理剂

涂覆在已固化聚脲涂层表面，用于提高两层聚脲涂层之间黏结强度的材料。

2 单组分聚脲涂层、双组分聚脲涂层的特点及适用范围

2.1 双组分聚脲涂层、单组聚脲涂层的特点

2.1.1 双组分聚脲涂层的特点

(1)材料本体抗冲磨性能好、耐老化；

(2)与基础混凝土黏接强度大于2.5 MPa；

(3)材料反应速度极快，适用于斜面及垂直面；

(4)温柔性较好，在30℃下对折不产生裂纹；

(5)防渗、防冻效果好，耐化学腐蚀；

(6)无毒，可用于饮用水输水工程。

2.1.2 单组分聚脲涂层的特点

(1)耐化学腐蚀，耐老化，防渗效果及抗冲磨性能好；

(2)与基础混凝土黏接强度大于3.0 MPa；

(3)单组分材料就一种材料，避免了施工中配合比不当造成质量缺陷，不需要专门的设备，分层施工，涂层厚度的均匀性及宽度可控，施工质量有保证；

(4)低温柔性好，在-45℃下仍保持50%以上的延伸率，能适应高寒地区低温环境的运行要求；

(5)固化时间长，混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭时需要增设胎基布；

(6)施工工艺简单，利于人工刮涂，只要施工场地容许，多个工作面可以同时施工；

(7)无毒，可用于饮用水输水工程。

2.2 单组分聚脲涂层、双组分聚脲涂层的适用范围

由于这两种柔性材料本体抗冲磨性能及防渗性能均很优越，对于迎水面大面积防渗的水工建筑物，选用这两种材料均可。但总体上来讲：单组分聚脲涂层宜用于水工混凝土建筑物的迎水面防渗、裂缝和伸缩缝表层防渗，以及流速小于30 m/s的过流面的抗冲磨防护与表面耐久性防护；双组分聚脲涂层宜用于水工混凝土建筑物的迎水面防渗、流速小于5 m/s的过水面保护及表面耐久性防护。以上数据指标在陕西安康水电站、丹江口水利枢纽工程、宁夏某水源工程等工程中已得到了充分的论证，其使用效果良好，可推广使用。

3 聚脲涂层在水工混凝土表面处理中主要施工工艺

聚脲涂层作为一种新型的混凝土表面处理材料，它的出现打破了传统的混凝土表面处理和防护观念，为混凝土表面处理树立了一个更高的标准。因此，在聚脲涂层施工前必须通过图纸和施工方案的会审，根据使用的材料、作业环境、作业条件进行必要的现场试验，确定合理的、适用于现场施工的施工工艺和参数。对此，笔者根据《水电水利工程聚脲涂层施工技术规程》(DL/T 5317-2014)，同时结合实际施工经验，对聚脲涂层施工工艺和注意事项进行了总结，供广大聚脲涂层施工作业者参考。

聚脲涂层的主要施工工艺为：混凝土基层处理→界面剂涂刷→聚脲涂层施工，下面将分别对各个施工工艺进行简述。

3.1 混凝土基层处理

(1)聚脲涂层施工前，必须对需要进行混凝土表面处理的范围，按照混凝土缺陷处理要求处理完成。随后对混凝土表面进行打磨处理，清除混凝土表面的棱角。若混凝土表面本身粗糙度过大，即使进行了打磨处理，也很难达到聚脲涂层所需的基层粗糙度。因此在聚脲涂层施工之前，混凝土表面的粗糙度不能大于1.0 mm，才能保证聚脲涂层与混凝土具有良好的附着性能。

(2)烘干处理。混凝土表面含水率过高，则聚脲涂料和反应放热将会使水分汽化，由于聚脲涂料凝胶时间非常短，水气来不及逸出，致使涂层出现针孔等缺陷，且基层中大量的水分受热汽化、体积膨胀，也会促使涂层出现鼓泡、脱落等病害。

(3)混凝土表层强度需要达到一定的要求。混凝土表层强度达不到要求，强行施工将来极可能出现涂层从基层一侧大面积脱落的问题，一般要求进行聚脲涂层处理的混凝土基层拉拔强度宜大于3.5 MPa。

(4)为确保处理后的混凝土表观平顺、效果美观，因此混凝土基层表面处理应平顺。实践证明，混凝土基层的拉拔强度、水分和表面清洁度、缺陷等基层质量是决定聚脲涂料工程质量的关键因素。

3.2 界面剂涂刷

(1)混凝土基层处理完成后，需要在混凝土基层表面涂刷BE14界面剂，涂刷厚度要求薄而均匀，无漏涂现象。

(2)界面剂应按要求的配比配制，配量适中，混合均匀；界面剂可采用涂刷、辊涂或涂刷的方法施工，涂覆的界面剂应薄而均匀，无漏涂、无堆积。

(3)界面剂涂刷范围应大于聚脲涂层范围。

(4)界面剂涂刷完成后，应采取措施防止灰尘、溶剂、杂物等污染表面。

(5)界面剂涂刷完成后，应在界面剂规定的间隔时间内进行聚脲的涂覆作业。超出规定间隔时间的，应重新涂刷界面剂。

3.3 聚脲涂层施工

(1)聚脲涂层施工从基层到面层依次序进行，现场施工必须按工序和层次进行检查验收，不能等全部完工后才进行一次性的检查验收。如发现上道工序质量不合格，必须返工或修补，直至合格方可进行下道工序的施工。

(2)必须控制聚脲涂层施工环境温度和湿度。温度过低和空气相对湿度过大，则空气中的水很容易凝结在混凝土或聚脲基层表面，容易导致聚脲在涂膜过程中形成针孔和孔洞等缺陷，降低聚脲涂层与基层之间的黏结强度。风速过大可能导致物料四处飞扬，会导致涂膜厚度不均匀或涂膜表面出现“桔皮”现象。因此，在四级风及以上的露天环境条件下，不宜实施涂刷作业；严禁在雨天、雪天实施露天喷涂或涂刷作业。

(3)聚脲涂层施工温度越高，流动性和可施工性越好，固化相对较快，养护时间相对较短；如果温度较低，固化就慢，养护时间就长。一般要求施工期间的温度要大于5℃，相对湿度小于85%。因为当施工温度小于5℃时，特别是养护温度低于0℃，聚脲涂层将停止固化，完全固化后的性能指标会降低，影响聚脲涂层使用寿命。如果有特殊需要低温施工，则要增加保温措施。

(4)大面积涂刷聚脲应单向均匀施工，一般情况下涂刷遍数为三遍，第一遍涂刷0.5 mm厚，第二遍0.8 mm厚，第三遍0.7 mm厚，三遍总厚度不小于2 mm，每层涂刷施工完成后2 h内不宜与水接触， 72 h内防止外力冲击。两次涂刷作业间隔时间超出工艺试验确定的允许值时，涂层表面会失去反应活性，易出现分层现象，因此在涂层间涂刷界面剂有利于保证整体黏结强度。

(5)大面积涂刷聚脲需分几次施工时，后涂刷聚脲作业的部位需要与已施工部位进行有效搭接，搭接宽度应不小于 50 mm，搭接部位第一次涂刷厚度按斜坡收边。为保证聚脲涂层周边有一定的厚度，防止周边涂层在高速水流作用下因太薄而掀起，需要在涂层周边处将混凝土打磨成倒三角。

(6)当同一作业面的涂刷不能一次完成时，底部涂层表面无污染，则可在24 h内直接涂刷；当底部涂层表面被污染或间隔时间超过24 h时，应将底部涂层表面清洁干燥后涂刷层间处理剂，再进行上层涂刷作业。

(7)已开封的聚脲材料必须在规定时间内用完，避免产生材料浪费。施工期间因低温储存导致聚脲凝结时，可在使用前采用 60℃的水浴加热至流动状态。

4 聚脲涂层施工过程中产生的缺陷分析及处理措施

4.1 聚脲涂层施工过程中存在的主要缺陷

受施工条件及作业人员工艺水平的影响，各类聚脲涂层施工过程中基本上都会产生针孔、气泡、脱落或脱层、鼓包等质量缺陷，这些质量缺陷将直接影响了聚脲涂层的使用寿命。

(1)针孔。针孔是透到基面上的孔，腐蚀介质能透过针孔到达基面，并对基面形成腐蚀。更为严重的是腐蚀介质会迅速游离到涂层与混凝土之间，早期会出现鼓包，继而出现聚脲涂层大面脱落或脱层。

(2)气泡。气泡产生的主要原因是混凝土表面处理存在缺陷和施工过程中涂刷不均匀造成，当受外力作用时气泡破裂，最终导致聚脲涂层大面脱落或脱层。

(3)脱落或脱层。因混凝土表面处理不合格或施工过程基层表面被污染等因素，聚脲在固化或使用过程中发生脱落或脱层现象。

(4)鼓包。产生鼓包主要原因是材料配比不精准、基面处理不干净及基面存在水气等因素，使聚脲在固化过程中起泡，最终使聚脲材料破坏脱落。

4.2 聚脲涂层产生质量缺陷的原因

(1)对不同基层或不同表面没有进行有效区分；没有根据不同的基层或表面情况采用相适应的施工工艺。

(2)没有对不同气候条件采取具有针对性的技术措施。如：在比较潮湿的混凝土表面没有进行有效的隔离防潮处理。

(3)没有完全按照聚脲涂层基本操作程序和要求进行严格施工，如：发生不合理省料、个别部位聚脲涂层厚度不够、针孔没有全部封闭。

(4)聚脲涂层的干燥成膜速度极快，如操作不当、层次不清则易产生涂层厚度不均匀、表观不平整、色差大等问题。

4.3 聚脲涂层产生质量缺陷处理措施

(1)对聚脲涂层有针孔、气泡、鼓包、剥落及损伤等任何缺陷时，必须重新认真进行打磨处理，且达到基面处理标准后，采用同级配的聚脲进行修补处理。

(2)处理鼓包、脱落或脱层、损伤、涂层厚度不够等缺陷时，应向缺陷外扩展5～10 cm进行打磨清理到混凝土表面，最后按聚脲涂层施工工艺重新修补。

5 聚脲施工的安全及环境要求

(1)封闭空间施工聚脲应采取抽排风等措施保持空气流通。

(2)作业前，应对作业人员进行充分的安全技术交底，使其掌握必要的安全施工技术和安全注意事项。

(3)作业时，作业人员必须穿劳保鞋和工作服，并佩戴护目镜、防护面具、口罩、乳胶手套等安全防护设施，才能进行聚脲涂层施工。

(4)聚脲涂层施工现场内应备足够的干粉或液体 CO2灭火器及其他消防设施，且不得使用明火。

(5) 喷涂聚脲作业前，应采取遮挡措施避免飞散物料污染作业面以外的设施。严禁随意丢弃、倾倒、排放废弃物，清洗液、废弃原材料和处理剂应按环保要求回收处理。

6 结 语

聚脲涂层施工技术作为一种新型的绿色环保施工技术，具有良好的力学性能、耐老化、防渗漏、抗冻融、抗冲耐磨、抗疲劳破坏、施工便捷、技术先进等特点，在水工混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭处理和大面积防渗及有抗冲磨要求的泄洪建筑物的表面防护处理方面，具有明显的技术优势和广泛的应用前景，是混凝土表面处理的理想材料。同时，鉴于聚脲良好的物理和化学性能，也可为化工防护、管道防腐、海洋防腐、隧道防水、桥梁防护、基础加固、屋面种植、道具制作、护舷制造等大型基础设施的建设，提供一种先进的防腐、防水、耐磨的装饰材料，以及更为方便、快捷的施工技术。