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(duì)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(duì)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?yàn)? 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?yàn)? 從定點(diǎn)廠購料——涂抹涂料——鋪設(shè)玻璃絲布。
第1 種的缺點(diǎn)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(shí)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(diǎn)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(bǔ)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(qiáng)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(diǎn),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(diǎn)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(diǎn), 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(shí) 驗(yàn)
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(jī)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(jī)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(chǔ)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(duì)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(shí)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(duì)聚氨酯防水涂料性能的影響曲線。
從曲線的變化趨勢(shì)可以看出, 作為填料的滑石粉對(duì)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(shì): 即隨著填料的增加, 防水涂料的彈性伸長率和抗拉強(qiáng)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(shí), 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(yùn)動(dòng), 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(yùn)動(dòng)得以加強(qiáng), 彈性伸長率就會(huì)增大, 當(dāng)滑石粉的無機(jī)小顆粒恰好填充滿大分子鏈之間的空隙時(shí), 此時(shí)防水涂料固化體系內(nèi)缺陷最少, 此時(shí)防水涂料的拉伸強(qiáng)度和伸長率達(dá)到一最佳值; 但是過多的填料就會(huì)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(qiáng)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(cè)試, 在(120±2) ℃×168 h 的耐高溫試驗(yàn)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(yàn)后, 防水涂料表面不出現(xiàn)裂紋, 試驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(duì)防水涂料粘結(jié)性能的影響。
圖3甲乙組分的配比對(duì)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?yàn)榫郯滨シ浪苛吓c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(qiáng)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(huì)逐漸增大,- NCO 與- OH 交聯(lián)的密度也就會(huì)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(huì)出現(xiàn)上面的趨勢(shì)。
2. 4 結(jié)論
實(shí)驗(yàn)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(jī)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(qiáng),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(jiǎn)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(shí)用, 具有很好的應(yīng)用前景。
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