论文导读：美国PDA协会曾做过一个调查，在60%应用于混凝土保护的聚脲材料中的，5%以上应用于屋面防水工程。因此，刚性的聚脲弹性体使用于金属结构的重防腐，如金属管道内衬、化工贮罐的内衬等存在化学介质的场合。聚脲快速的反应及固化速度这一特性，若基层处理不好，易造成聚脲层起鼓、分层、麻面、针孔等现象，“一分材料，九分施工”，基层表面处理情况对聚脲产品能否在工程中成功应用起着举足轻重的作用。
关键词：聚脲弹性体，防水，施工
1.喷涂聚脲材料应用于防水工程的优点
喷涂聚脲材料是国外近10年来继高固体份涂料、水性涂料、辐射固化涂料、粉末涂料等低（无）污染涂装技术之后为适应环保需求而研制开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色防水材料。与传统的防水材料相比具有以下优点：
（1）100%固含量，无挥发性有机物，符合环保要求；
（2）不含催化剂，快速固化，可在曲面、斜面及垂直面喷涂成型，不产生流挂现象，对于凹凸、拐角、边角具有很强的保持性；
（3）快速却可控的固化速度，保证了工程能够快速的重新投入使用；
（4）对水气、湿气不敏感，施工受环境湿度、温度的影响小；
（5）可进行喷涂或浇注，一次施工厚度可从数百微米到数厘米，施工速度快，克服了以往多次施工的诸多不便，缩短了施工周期；
（6）优异的物理性能，如抗拉强度、撕裂强度、延伸率、耐磨性、耐刺穿、耐磕破、防湿滑等。高伸长率使其具有很强的裂缝弥合能力，对混凝土开裂的防护性非常优异；
（7）优异的防腐性能，可耐酸、碱、盐、海水、氯离子等大部分腐蚀介质的长期浸泡；
（8）整体无缝、组织致密、坚韧，可用于迎水面防水，亦可应用于背水面防水，真正做到整体膜式防水；
（9）对各种底材附着力高且持久，不会因为冷热交替出现脱落现象。
美国PDA协会曾做过一个调查，在60%应用于混凝土保护的聚脲材料中的，5%以上应用于屋面防水工程。而混凝土保护工程中大部分是用作混凝土结构防水，包括高速公路防水、隧道防水、建筑防水、储水池防水等，也包括一些含有腐蚀介质的混凝土底材的防水应用，如废水处理池等。
由于聚脲具有优异的弹性，因此非常适合于作为混凝土底材的防护材料。因为混凝土材料容易脆裂，而聚脲具有非常好的裂缝延伸性。曾经一个实验对其延伸性做了检测，将涂有SPUA材料的混凝土样品从1.8 m高处自由落下，混凝土自身被震裂，但SPUA材料毫无损伤，并将混凝土的碎块牢牢地聚集在一起。由于SPUA材料自身优异的柔韧性和力学强度，即使在混凝土开裂的情况下，聚脲材料不但自身不会断裂，而且还能将混凝土材料紧紧“抓住”，起到防水和保护作用。
2.喷涂聚脲体系的选择
聚脲是由异氰酸酯组分（简称A组分）与氨基化合物组分（简称B组分）反应生成的一种弹性体物质。异氰酸酯既可以是芳香族的也可以是脂肪族的。其中的A组分可以是单体、聚合物、异氰酸酯的衍生物、预聚物和半预聚物，预聚物和半预聚物是由端氨基或者端羟基化合物与异氰酸酯反应制得；B组分必须是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成，在端氨基树脂中，不得含有任何羟基组分和催化剂，但可以含有便于颜料分散的助剂。
选择喷涂聚脲首先要考虑是采用脂肪族聚脲体系还是芳香族聚脲体系，因为这2种体系的耐老化性能有很大的差别。芳香族体系的聚脲具有非常优异的物理机械性能，较高的性价比，但芳香族二异氰酸酯特别是二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）容易受紫外线照射而变色、降解。脂肪族聚脲的成本相对昂贵，但它们的耐紫外线性能和颜色稳定性非常优异。芳香族聚脲颜色泛黄归结于2个原因：一是在波长340 nm左右，刺激芳香发色团生成Photo-Fries反应产物，如初级芳族胺。另一种是在波长为330～400nm时，进一步将初始的Photo-Fries反应产物进行感光氧化作用，生成含有过氧化氢的苯醌二酰亚胺新型物质。因此，芳香族聚脲应用在曝露场合时，随着时间的延长，会出现不同程度的黄变、粉化、力学强度降低等现象。这种现象对于薄的聚脲涂层更为明显，这是由于涂层厚度减薄后，其表面对体积的比例增加，紫外线照射可深入涂层内部，从而使聚脲的老化扩展到整个涂层，因此力学强度降低明显。添加合适的紫外光稳定剂可以适当延长芳香族聚脲涂层的使用寿命。但若应用于曝露场合，一定要喷涂脂肪族聚氨酯或聚脲面漆，并且面漆应该是弹性的，否则会因底、面的膨胀系数不匹配而造成面漆开裂、龟裂等不良后果。
其次要考虑刚性和弹性配方的选择。免费论文网。一般说刚性材料硬度高，内部化学交联密度高，使得材料具有较好的耐化学腐蚀和耐水渗透性，且对基材的粘结力较好。因此，刚性的聚脲弹性体使用于金属结构的重防腐，如金属管道内衬、化工贮罐的内衬等存在化学介质的场合。弹性的聚脲以线性分子结构为主，交联密度低，但产品的弹性和柔韧性较好，具有较高的延伸率和耐冲击性，非常适用于混凝土结构的防护工程中。若在腐蚀强度不是太高的条件下（如海水），也可应用弹性体系作为金属表面防腐。
在防水工程中，聚脲应用于长期浸泡条件、水蒸气透过率及湿态附着力是十分重要的技术指标。在浸润条件下，国外一般按ASTM E96进行测试，要求潮气透过率低于0.02 perms，电化学腐蚀发生的基本条件是水、氧和离子的存在，如果降低了水蒸气透过率，既保证防水要求，也相应降低了底材的腐蚀速度。另外一个重要技术指标是湿态附着力，在水局部渗入底层后若涂层仍保持好的附着力，不发生起泡、脱落等涂层破坏现象，则可良好的保证聚脲涂层防水要求。
3.喷涂聚脲防水工程施工质量控制
3.1底材处理
以混凝土结构物为例，渗漏(防水工程失效)是混凝土建筑物水工病害的一种常见现象，施工质量欠佳、使用条件改变、遭受意外何载及材料老化等都会在混凝土内部形成连通的蜂窝孔洞等深层缺损，造成工程防水失效，影响工程安全。
聚脲快速的反应及固化速度这一特性，若基层处理不好，易造成聚脲层起鼓、分层、麻面、针孔等现象，“一分材料，九分施工”，基层表面处理情况对聚脲产品能否在工程中成功应用起着举足轻重的作用；据不完全统计，聚脲工程的失败案例大约80%与底材表面处理不当有关。
3.1.1金属底材的处理
对于金属底材，喷涂前表面处理的方法很多，如酸洗磷化、机械打磨、喷砂抛丸等。而喷砂是迄今为止仍最佳的选择。免费论文网。一是喷砂后钢材表面清洁度有保证（不小于Sa2.5；二是喷砂后表面粗糙度有保证（Rz40～75μm）。而且涂装前底材具有一定的表面粗糙度不仅可大幅度增加聚脲与底材接触的表面积，还为附着提供了合适的表面几何形状，有利于聚脲与底材之间的粘接和涂层厚度分布的均匀一致；刚喷砂后的钢材，表面能增大，处于活化态，3 h内喷涂配套底漆是涂料分子与金属表面极性基团之间相互吸引与粘接的最佳时期。涂装前表面处理除了喷砂除锈外，还应包括喷砂前除油和除去可溶性盐等污染物。而一般施工者认为喷砂可以把它们清除，但实际上喷砂只是把大部分的污染物深深嵌入钢材的表面，形成更加隐蔽、危险性更大的污染。
3.1.2混凝土底材的处理
混凝土底材的情况十分复杂，是最难施工的底材之一，首先应保证混凝土底材的含水率控制在8%以内；其次个别混凝土底材具有多孔、透气、透水并且表面强度低等特点，这种多孔性会使很多污染物渗透进来，如果这些污染物没有清理掉就会对聚脲工程造成极大的破坏；表面强度低，易出现一个脆弱的粘合界面。这些问题会潜在地造成聚脲体系与底材分层或起泡。所以，混凝土上层的浮浆以及混凝土上的污染物必须要清理掉，混凝土表面的凹陷一定要预先填平。
混凝土基材的处理，首先要抛丸或打磨，增加粗糙度，保证附着力，然后修补表面的孔洞和裂缝。最后清除灰尘、施工1道封闭底漆。混凝土基材要采用表干慢、渗透时间长的底漆，让其充分渗进底材、反应固化后锚固底材。底漆渗得越多工程质量越有保障。对混凝土非常重要需考虑的另一个问题是潮气透过混凝土的散发以及渗透压会潜在地造成涂层的分层和起泡。
有许多标准可以用来检测和评价混凝土表面的处理情况。比较常用的标准是SSPC-SP13《混凝土表面处理》。该标准引用了混凝土表面处理方面的其它标准和检测方法。主要的标准和检测方法有：ASTM D4259《混凝土的磨蚀》、ASTMD4260《混凝土酸蚀规程》、ASTM D4261《混凝土预制件涂覆前的表面清洁处理》、ASTM D4262《化学清洗或侵蚀混凝土表面pH值试验方法》、ASTM D4263《塑料薄板法标示混凝土湿度的试验方法》、ASTM F1869《用脱水氯化钙测量混凝土底层地板的湿气散发率的标准》。
3.2聚脲施工设备要求
聚脲体系是由2个化学活性极高的组分组成，混合后快速反应造成黏度迅速增大，如果没有适当的输送、计量、雾化和清洗设备，这一反应将无法控制，所以喷涂聚脲工艺需要有专业的喷涂设备，与普通涂料施工相比，这一点完全不同于以往的。喷涂设备是喷涂聚脲技术的基础，也是喷涂技术推广应用的难点。对喷涂设备的基本要求是：能够产生高压；能够对原料预热；设备的供料能力要大于喷枪的输出量。实际喷涂的配置对材料的物理性能会产生重要影响。
3.3原料的搅拌及预热
喷涂聚脲体系的R组分（通常加入颜料），主要作用是用来增加聚脲产品的装饰性、耐紫外线和物理性能等。但是由于颜料的密度、界面状态与纯树脂均存在差异，经过一段时间后都有沉积到底部的趋势。即使加工时使用高剪切分散技术，仍难避免这种情况。在喷涂之前，没有搅拌原料，颜料将沉积，而喷涂设备仍然按1∶1的体积比进行计量。这样在输送高颜料部分时将有一部分反应性的树脂被颜料所取代，出现比例失调。这将带来发泡、鼓泡、雾化效果差、涂层颜色不均匀、涂层物理性能差等一系列的问题。
4.防水施工中出现的问题及解决方案探讨
根据现场施工经验，在现场结构物满足聚脲弹性体施工条件下，就聚脲弹性体防水工程在施工时出现的问题进行简单的原因分析与解决方案探讨：
（1）聚脲弹性体涂层与结构基层吸附力差，出现“一揭一大片”等情况，或在局部脆弱处发生破坏引起渗漏。此种情况是由于SPUA材料因快速反应、瞬间固化，导致聚脲材料对结构物基层的浸润与附着能力不足，因此在施工时，可在喷涂聚脲前在基层配备专用的封闭底漆，通过底漆与基层的充分接触来大幅度提高其对底材的附着力。
（2）涂层表面出现气泡，局部产生漏点，可能原因是基层中存在微小针孔，喷涂聚脲时聚脲弹性体反应快速，本身剧烈的化学反应产生热能无法排除，热胀的空气（潮气）在针孔部位穿过刚施工过的聚脲弹性体表面，产生气泡。此种情况可通过对基层进行专用砂浆找平，施工底漆后再进行聚脲弹性体施工解决。免费论文网。
（3）在聚脲弹性体施工过程中，由于喷枪喷涂压力高达2500psi（约合175个大气压）左右，喷嘴附近形成扇形小颗粒雾状体，在重力作用下，分批次落在已经固化的SPUA涂层表面，形成麻面；或者落于结构体临边区域外，严重污损非施工区域，影响美观，事前防护、事中控制、事后处理工作繁重。此种情况应加强施工人员技能培训，研究先进施工工序，进可能的减少额外工作。
（4）涂层厚度不均匀，局部过厚、局部漏涂，由于聚脲弹性体材料特性、喷涂设备重、难于操控等客观原因，精确性及美观上难以尽善尽美，建立专业的施工队伍，加强培训和监督。
5.结论
聚脲弹性体材料以其优异的物理性能、防水性能，良好的施工性能得到了众多防水工程的认可，随着京津高铁、京沪高铁等国家大项目上的应用，必将带动聚脲材料在防水工程中更广泛的运用。
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