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客运专线喷涂聚脲防水层用底漆及腻子的开发与应用
廖有为，周庆军，曹树印，吴志高
（湖南湘江涂料集团有限公司，湖南长沙410003）
2006 年，我国京津城际高速铁路采用喷涂聚脲对混凝土桥梁桥面进行防水保护，开启了聚脲涂料在高速铁路混凝土桥梁桥面防水应用的市场。2009 年，京沪高铁沿用了京津城际铁路的设计方案，全线桥梁桥面均采用喷涂聚脲涂料进行防水保护，同时即将兴建的京石、石武等高速铁路也将采用聚脲涂料进行防水保护。随着我国高速铁路建设进入一个蓬勃发展的时期，聚脲防水涂料的应用也将越来越广。为了保证聚脲防水涂料与混凝土基材之间具有良好的附着力等性能，本研究通过大量试验开发了混凝土基层处理体系，包括混凝土专用腻子和混凝土封闭底漆。
1 试验
1.1 主要原材料
树脂：环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、三羟甲基丙烷；固化剂：多异氰酸酯、胺固化剂；填料：老粉、滑石粉、改性SiO2、沉淀BaSO4、525 水泥；溶剂：二甲苯、醋酸丁酯、200# 溶剂油；助剂：流平剂、防沉剂、消泡剂等。
1.2 混凝土专用修补腻子的配方设计
高铁混凝土桥面通过抛丸处理后，表面会存在大量的空洞，故在进行底漆施工前，必须采用黏度较大的原子灰或腻子对空洞进行修补。市场上已有的原子灰、高级汽车用原子灰虽与混凝土基材的附着力良好，但调配后使用时间极短，仅5～10 min，不利于大面积刮涂。通过分析现有高铁聚脲施工的实际情况，得出修补腻子应具备以下几个特点：1）搅拌均匀后，施工时间宜控制在30~60 min；2） 表干时间应控制在4 h 以内，实干时间应控制在24 h 以内；3）应具备一定的黏度，从而达到修补空洞的目的；4）应具备厚涂条件，即厚涂不影响干燥，不开裂，本体强度应与混凝土类似；5）应与混凝土基材具有良好的附着力，同时与底漆之间也具有良好的附着力。
综合以上要求，确定修补腻子采用无溶剂的环氧体系进行开发。
1.2.1 环氧树脂、胺类固化剂的选择
选用了2 种环氧树脂和6 种胺类固化剂进行试验，其使用时间与干燥性能见表1 和表2。
分析表1、表2 的数据发现，选用不同的环氧树脂对腻子的反应时间影响不大，影响腻子反应时间的主要因素是胺固化剂。通过反应时间以及成本分析，决定选用胺固化剂4、胺固化剂5 作为修补腻子的固化剂组分。通过分析环氧树脂1、环氧树脂2 的黏度和价格，决定采用环氧树脂2∶环氧树脂1=7∶3（质量比，下同）作为修补腻子的基料组分。
1.2.2 修补腻子固化剂配方的确定
分析修补腻子的成本构成，固化剂价格高（一般胺类固化剂价格均在30 元/kg 左右），故固化剂组分所占比例应越小越好。试验设定修补腻子基料组分∶固化剂组分=5∶1，胺固化剂4∶胺固化剂5=（0.6~1）∶1。
1.2.3 修补腻子基料配方的确定
选用老粉、滑石粉、改性SiO2、沉淀BaSO4、525 水泥等5 种填料进行试验，根据上述5 种材料的吸油性以及单材料组分的碾磨试验，排除了滑石粉和525 水泥，决定采用老粉、改性SiO2、沉淀BaSO4 作为修补腻子的填料。修补腻子基料的配方及性能见表3。
注：刮涂性判定方法为腻子基料与固化剂按质量比5∶1 搅拌均匀后，放置5 min 后刮涂0.25 m2，厚度控制在1 mm，从刮平整时间来判定，刮平整时间大于3 min 为“差”；小于3 min 为“一般”。
分析表3 的数据，配方1~5 与基材的附着力均在4 MPa 左右，由此推断，上述3 种填料对附着力的影响不大。从刮涂性来看，配方2~5 均符合要求。故可从与底漆的附着力、原材料价格等方面考虑得出最终的腻子基料配方。
1.3 混凝土封闭底漆的配方设计
根据现有京沪高铁聚脲施工工艺，基层处理底漆应具备以下几个方面的要求：1）底漆按配比搅拌均匀后，应具备一定的施工时间，宜控制在2 h 以上；2）底漆表干时间控制在4 h 以内，实干时间控制在24 h以内；3） 底漆与混凝土基材具有良好的附着力；4）底漆与修补腻子具有良好的附着力；5）底漆与聚脲涂层之间具有良好的附着力。通过分析，要满足第1、第2个条件，采用环氧类或聚氨酯类底漆均可；要满足第3、第4 个条件，采用环氧类底漆要优于聚氨酯类底漆；要满足第5 个条件，则采用聚氨酯类底漆要优于环氧类底漆。综合以上分析，决定采用环氧改性聚氨酯底漆，从而保证底漆与混凝土基材、修补腻子、聚脲涂层之间的附着力。
1.3.1 混凝土封闭底漆固化剂的配方确定
通过对市场上的聚氨酯树脂进行筛选和试验验证，确定广东某厂的聚氨酯树脂符合固化剂要求，可直接使用。
1.3.2 混凝土封闭底漆基料的配方确定
选用环氧树脂和聚氨酯固化剂作为混凝土封闭底漆的基料，配方见表4，其附着力测试结果见表5。
从表5 可以看出，该环氧改性聚氨酯底漆与混凝土基材结合优良。修补腻子填料的变化对腻子与底漆之间的附着力影响不大。综合成本、沉降性能等因素，决定采用腻子配方2 进行生产。
2 基材处理体系的性能指标
丹阳梁场、镇江梁场、昆山梁场以及京沪高速中铁十七局标段进行的修补腻子和封闭底漆施工表明，该混凝土专用修补腻子和混凝土封闭底漆可以满足表6、表7 的技术要求。
3 高铁聚脲防水涂料施工工艺
通过在多个梁场进行试验，总结出一套较为合理的聚脲防水涂料施工工艺：1） 对混凝土桥面进行验收，必须达到平整度、干燥度等要求；2）桥面验收合格后，用抛丸机对桥面进行抛丸，必须达到SP3 等级；3）将抛丸后的混凝土桥面清理干净，如用吸尘器将表面的灰尘、撒落的钢丸等清理干净；4）若混凝土表面存在较大缺陷（0.5 cm 以上），则先用专用修补腻子进行局部修补；5）对整个混凝土表面刮涂1 遍专用修补腻子，腻子必须来回往复刮涂，从而修补混凝土基层存在的空洞等缺陷，腻子用量控制在0.5 kg/m2 以下；6）等腻子干燥后，即可用混凝土封闭底漆进行施工，底漆施工的主要目的是修补腻子没有修补的毛细孔等，底漆施工建议采用滚涂方式，必须采取十字交叉施工，底漆用量控制在0.4 kg/m2 以下；7）底漆干燥后即可进行聚脲施工，建议采用机械喷涂，厚度控制在1.0 mm 左右；8）聚脲表干后，若表面仍存在气孔等缺陷，必须用混凝土专用修补腻子对缺陷进行局部修补，因该腻子是无溶剂体系，故用腻子修补后即可进行第2 遍聚脲施工，使聚脲涂层厚度达到设计要求。
4 应用情况
从2009 年9 月起，该混凝土专用修补腻子和封闭底漆陆续在丹阳梁场、镇江梁场、昆山梁场以及京沪高速中铁十七局标段得到了应用。施工方按照上述聚脲施工工艺施工，7 d 后进行附着力检测，检测结果均在3.0 MPa 以上，满足了京沪高铁防水设计对附着力的要求，得到了施工方、各梁场的认可和好评。
5 结束语
结合京沪高铁的聚脲施工，成功开发了混凝土专用修补腻子和混凝土封闭底漆基层处理体系。其中，混凝土专用修补腻子具有以下特点：与混凝土基材具有很好的粘结性能；对基材表面的缺陷具有优良的填补性；固含量高，属于无溶剂产品，涂膜干燥后无体积收缩；施工性能好，涂膜干燥后有很好的打磨性能。该体系中的混凝土封闭底漆具有以下特点：底漆中的环氧基团和—OH 保证了其对基材优异的封闭性和附着力，底漆中的氨酯键能在高聚物分子之间形成非环及/或环形的氢键，除了能进一步提高与基材的附着力外，最主要是能使涂膜具有很高的韧性和延展性，从而提高了底漆与聚脲涂层的匹配性；该底漆具有良好的渗透性能，能够封闭基材的水分、气孔以及修正基材表面的微小缺陷；该底漆施工流动性好、固化速度快，施工过程中受环境温度和湿度的影响小，可以满足野外施工要求。
