高铁专线用混凝土桥梁聚氨酯防水涂料工艺研究

李永鑫

（中路高科交通检测检验认证有限公司，北京100088）

聚氨酯（PU）防水涂料是一种最新的高分子防水涂料，它具有涂膜防水层无接缝、体积收缩小、黏结性好、抗拉强度高、延伸性与弹性较好的优点，并且其组份比例容易调节、维修施工十分方便、对基层裂缝伸缩性的变形有很强的适应性，因此广泛用于各个领域的堵漏防水工程[1]。我国现在的高铁发展较快，其中桥梁在高铁专线中的占比较大。因此把防水层设置在桥梁混凝土桥面，能够较好地阻止水渗入到桥面结构中，减少钢筋出现生锈，混凝土出现老化的情况，提升混凝土结构的耐久性。为了提升高铁的运行寿命与安全，我国对黏接卷材的聚氨酯涂料的断裂伸长率≥450%，拉伸强度≥3.5MPa；使用在防水层中的聚氨酯防水涂料的断裂伸长率≥450%，拉伸强度≥6.0MPa。但是通常的防水层都需要聚氨酯防水涂料的拉伸强度要大于2.45MPa[2]。

1 研究内容

1.1 制备工艺

A 组分：根据配方在三口烧瓶中计量加入聚醚多元醇，开启搅拌，温度升高至110～120℃，-0.1MPa 下真空脱水1.5～2h，降温至60℃以下，分批添加TDI，再次升温至75～80℃反应2～3h。待到反应完全进行后，降低温度并予以30min 真空脱泡，出料，即可获得聚氨酯预聚体，通常称其为A 组分。

B 组分：将粉状填料、氯化石蜡、MOCA 加入三口烧瓶中，开启搅拌，温度升高至110～120℃，-0.1MPa 下真空脱水1h。降温至80℃以下，保持搅拌加入消泡剂与辛酸亚锡，降温出料，就可以获得固化剂B 组分。

1.2 力学性能测试

根据我国的《聚氨酯防水涂料》标准，把A、B 两组分根据比例进行混合，分2～3 次完成涂膜，得到厚度为（2±0.1）mm 的涂膜。涂膜在常规实验环境中养护168h（湿度（50±5）%，温度（23±2）℃）后进行力学性能测试。

2 研究结果

2.1 预聚体内聚醚比例对涂膜性能的作用

方法：在研究内确保B 组分配方与-NCO 的含量保持一致，只变化预聚体内各聚醚间的质量比。通过实验可知，随着合成预聚体的三官能度聚醚质量的提升，也使得涂膜的撕裂强度和拉伸强度提升，但断裂伸长率却为减弱的趋势。同时，在预聚体中二官能度聚醚的相对分子质量的提升也会使得涂膜的断裂伸长率变大。综上，在设计预聚体配方时，三官能团聚醚与两官能团聚醚的比例为1∶2 时，涂膜的性能优异。

2.2 -NCO 对涂膜性能的作用

方法：在研究的过程中，确保B 组分不会出现改变，分析A 组分内-NCO 质量分数对聚氨酯防水涂料总体水平的影响。通过研究显示，由于-NCO 含量的提升，会使得涂料的断裂伸长率慢慢减弱，而撕裂强度与拉伸强度却逐步提升。其原因为，随着-NCO 含量的提升，会出现更多的刚性链段，过多的刚性链段会使得涂料的伸长率减弱，总体性能下降。相反地，如果-NCO 含量减少，那么就会出现更多的柔性链段，过量的柔性链段会使得拉伸强度减弱。所以，能够按照多种设计需求来挑选适宜的-NCO 含量。所以，在研究中使用的-NCO 质量分数最好保持在约7%的设计值。

2.3 B 组分变化对涂膜性能的作用

方法:在研究时确保A、B 中的多个成分质量相同，且只调整B 组分中的聚醚种类。通过研究能够发现，随着B 组分中两官能团聚醚相对分子质量的提升，撕裂强度与拉伸强度没有明显的改变，而断裂伸长率逐步变大。相比之下，三官能团聚醚所得到涂料其断裂伸长率减弱，撕裂强度与拉伸能力更佳。通过研究了解到，自制的高相对分子质量聚醚多种性能十分优越。其原因是由于自制的聚醚羟值约22，相对分子质量较大。且在设计分子的过程中，首选双金属催化剂，通过这种方式获得的聚醚相对分子质量分布较窄，获得的产品总体性能更好[3]。

2.4 填料的添加量和种类对涂膜性能的作用

添加固体填料能够优化涂膜性能、降低产品的成本。大多数情况下固体颗粒的粒径要小，大约为800 目。通常使用的调料有滑石粉、绢云母粉、轻质碳酸钙等。本次研究挑选绢云母粉和轻质碳酸钙作为填料。在研究时，保持配方的统一，只是变化填料的添加量与类型，分析其对涂膜性能的作用。详细资料详见表1。

通过表1 能够发现，随着填料的加入量越来越多，撕裂强度与拉伸强度表现为增加的趋势，其原因是在低含量的范围中，粉状填料的效果是填充，解决涂膜的问题，使得膜片变得更为致密，所以撕裂强度与拉伸强度就慢慢变大。但由于添加量的逐步提升，聚氨酯分子链内加入了大量的填料，破坏了分子链的规整性，因此拉伸强度也表现为了减弱的趋势。相比于云母粉与轻质碳酸钙，如果防水涂料是使用后者作为填料，那么其撕裂强度与拉伸强度都与使用云母粉作为填料的防水涂料相当，但是断裂伸长率要小得多。其原因是由于云母粉拥有明显的层状硫酸盐结构，表现为细小鳞片状，能够使得材料的层间滑动变得更佳。通过研究能够得出，添加的填料保持在约30%是最合理的。

表1 填料添加量与类型对涂膜性能的作用

3 结语

本研究采用MOCA、TDI、聚醚多元醇来制备性能较高的高铁专线专用聚氨酯防水涂料。分析了填料的添加量与填料种类、B 组分中聚醚种类、预聚体中的聚醚占比、-NCO 含量等对涂膜性能的作用。通过研究显示，在设计预聚体配方的过程中，两官能团聚醚与三官能团聚醚的比例为2∶1，且-NCO 的质量分数保持在约7%时的涂膜效果更佳。通过研究还了解到，自制的聚醚因为分布较窄且相对分子质量较高，因此多项性能十分优越，且确保填料的添加量在约30%时是最为合理的。