由中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料所承擔(dān)的水利部“948”項(xiàng)目《高精度無損檢測設(shè)備和修補(bǔ)專業(yè)施工設(shè)備》近日通過驗(yàn)收。該項(xiàng)技術(shù)的推廣應(yīng)用將提高我國水利工程中的無損檢測和噴涂施工技術(shù)水平。應(yīng)讀者要求，本報分兩期介紹這一先進(jìn)實(shí)用的技術(shù)。本期介紹的是一種可靠、快速解決水工混凝土建筑物防腐、防滲、抗沖磨修補(bǔ)問題的技術(shù)——噴涂聚脲彈性體技術(shù)。
概況
為解決泄水建筑物表面抗高速含砂水流沖磨和空蝕的破壞問題，目前國內(nèi)外主要從事兩方面的工作：一是繼續(xù)研究高性能高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用技術(shù)；二是利用特種高分子材料的高強(qiáng)度、高韌性特點(diǎn)來解決高速含砂水流的沖擊磨損問題。
20世紀(jì)90年代，美國研究開發(fā)出噴涂聚脲彈性體技術(shù)，這種新型材料具有優(yōu)異的抗磨蝕性能、耐老化性能、抗腐蝕及獨(dú)特的施工性能。該技術(shù)已在工民建、機(jī)械工業(yè)和民航機(jī)場跑道等方面得到了廣泛應(yīng)用，國外稱噴涂聚脲彈性體技術(shù)將是噴涂工業(yè)技術(shù)的一次革新。因此，研究應(yīng)用聚脲彈性體技術(shù)和引進(jìn)專用的聚脲噴涂設(shè)備及其配套設(shè)備，對有效解決我國水工混凝土建筑物的抗磨蝕及防滲、防腐問題具有重大意義。
技術(shù)
噴涂聚脲彈性體技術(shù)是國外近10年來，為適應(yīng)環(huán)保需求而研制開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術(shù)。聚脲材料改變了傳統(tǒng)噴涂工藝中普遍存在的溶劑污染、厚度薄、流掛、固化時間長等缺點(diǎn)。它將瞬間固化、高速反應(yīng)的特點(diǎn)擴(kuò)展到一個全新的領(lǐng)域，極大地豐富了聚氨酯的應(yīng)用范圍，拓寬了噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
聚脲彈性體材料的特性。
1.無毒性：符合環(huán)保要求，適合在密閉、狹小的空間施工。
2.優(yōu)異的綜合力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度可達(dá)27.5MPa，伸長率可達(dá)1000％，撕裂強(qiáng)度為43.9～105.4kN／m，硬度調(diào)節(jié)范圍很寬。
3.良好的不透水性：2.0MPa水壓力作用下24h不透水，材料無任何變化。
4.抗?jié)窕院茫撼睗駹顟B(tài)下的摩擦系數(shù)不降低。
5.低溫柔性好：在零下30℃下對折不產(chǎn)生裂紋，其拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度在低溫下均有一定程度的提高，而伸長率則稍有下降。
6.快速固化：反應(yīng)速度極快，5s凝膠，1min即可達(dá)到步行強(qiáng)度，并可進(jìn)行后續(xù)施工，使工效大大提高。而且由于快速固化，解決了以往噴涂工藝中易產(chǎn)生的流掛現(xiàn)象，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，涂層表面平整、光滑，對基材形成良好的保護(hù)和裝飾作用。
7.施工效率高：采用成套噴涂、澆注設(shè)備，可連續(xù)操作，噴涂100m2僅需30min.一次噴涂施工厚度可達(dá)2mm左右，克服了以往多層施工的弊病。
8.對環(huán)境條件要求較低：對水分、濕氣不敏感，施工不受環(huán)境溫度、濕度的影響。
9.耐腐蝕性：由于不含催化劑，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以聚脲表現(xiàn)出優(yōu)異的耐水、耐化學(xué)腐蝕及耐老化等性能，在水、酸、堿、油等介質(zhì)中長期浸泡，性能不降低。
10.聚脲材料與多種底材，如混凝土、瀝青、鋁及木材等，都有很好的附著力。
11.聚脲材料可以連續(xù)噴涂而不會因反應(yīng)熱過于集中而導(dǎo)致鼓泡、焦化等現(xiàn)象，可在150℃下長期使用，并可承受350℃短時熱沖擊。
12.可加入各種顏料、填料，制成不同顏色和形狀的制品，并可引入短切玻璃纖維對材料進(jìn)行增強(qiáng)。
13.具有較高的防沖耐磨能力，其抗沖磨能力可達(dá)C40混凝土的10倍。
14.具有較高的抗鹽霧腐蝕、抗凍性好等優(yōu)點(diǎn)。
聚脲彈性體材料與潮濕混凝土間的界面劑。許多水工混凝土建筑物是在潮濕環(huán)境里工作的，聚脲彈性體與潮濕面混凝土之間的黏接強(qiáng)度較小。為使聚脲彈性體技術(shù)能廣泛應(yīng)用于水工建筑物，科研人員開發(fā)研制出了與聚脲彈性體噴涂材料相配套的混凝土潮濕面界面劑。
聚脲彈性體材料反應(yīng)噴射成型設(shè)備。聚脲彈性體材料反應(yīng)噴射成型設(shè)備由專用主機(jī)和噴槍組成。輸出量9.2kg／min，工作壓力240巴，可雙組分噴涂。反應(yīng)噴射成型設(shè)備主要用于噴涂聚脲、聚氨酯和聚氨酯／聚脲彈性體及其他多組分涂層材料，可噴涂低輸出、高黏度、難愈合、固化快的材料。施工時將主機(jī)配置的2支抽料泵分別插入裝有A、R原料桶內(nèi)，借助主機(jī)產(chǎn)生的高壓（24MPa），將原料推入噴槍混合室，進(jìn)行混合、霧化后噴出。在到達(dá)基層的同時，涂料幾乎已近凝膠，5～10s后，涂層完全固化。一次噴涂厚度為2mm左右，達(dá)到規(guī)定厚度只需反復(fù)噴涂（間隔5s以上），涂層總成膜厚度不限。該技術(shù)對所需專用設(shè)備的基本要求為：平穩(wěn)的物料輸送系統(tǒng)，精確的物料計(jì)量系統(tǒng)，均勻的物料混合系統(tǒng)，良好的物料霧化系統(tǒng)，方便的物料清洗系統(tǒng)。
試驗(yàn)
2003年9月1～8日，科研人員對引灤隧洞進(jìn)行了聚脲彈性體噴涂現(xiàn)場試驗(yàn)，隧洞兩側(cè)立面總噴涂面積為64m2.該試驗(yàn)洞段混凝土裂縫及滲水點(diǎn)較多。根據(jù)現(xiàn)場情況，科研人員選定對稱的兩個側(cè)面應(yīng)用兩種不同的潮濕面界面劑進(jìn)行試驗(yàn)。施工工藝流程如下：高壓水槍清除洞壁表面黑色淤泥→角磨機(jī)打磨基面→高壓水槍清洗基面浮塵→集中滲漏點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)管導(dǎo)水處理→專用膩?zhàn)舆M(jìn)行基面找平→涂刷界面劑→進(jìn)行聚脲彈性體噴涂。
從試驗(yàn)結(jié)果來看，采用潮濕面界面劑后，聚脲彈性體與混凝土之間的黏接強(qiáng)度較高，通水運(yùn)行半年以后再次檢查，發(fā)現(xiàn)聚脲彈性體周邊處理后的效果很好，如果在噴涂前能完全封堵住混凝土滲漏點(diǎn)或?qū)B漏點(diǎn)的水導(dǎo)出，黏接強(qiáng)度可保證大于2.0MPa.
試驗(yàn)證明，采用聚脲彈性體噴涂技術(shù)處理大面積滲漏是可行的，尤其是解決迎水面滲漏問題效果更佳。聚脲彈性體材料可以起到隔水層的作用，這對于延長混凝土的耐久性是非常有利的。
概況
為解決泄水建筑物表面抗高速含砂水流沖磨和空蝕的破壞問題，目前國內(nèi)外主要從事兩方面的工作：一是繼續(xù)研究高性能高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用技術(shù)；二是利用特種高分子材料的高強(qiáng)度、高韌性特點(diǎn)來解決高速含砂水流的沖擊磨損問題。
20世紀(jì)90年代，美國研究開發(fā)出噴涂聚脲彈性體技術(shù)，這種新型材料具有優(yōu)異的抗磨蝕性能、耐老化性能、抗腐蝕及獨(dú)特的施工性能。該技術(shù)已在工民建、機(jī)械工業(yè)和民航機(jī)場跑道等方面得到了廣泛應(yīng)用，國外稱噴涂聚脲彈性體技術(shù)將是噴涂工業(yè)技術(shù)的一次革新。因此，研究應(yīng)用聚脲彈性體技術(shù)和引進(jìn)專用的聚脲噴涂設(shè)備及其配套設(shè)備，對有效解決我國水工混凝土建筑物的抗磨蝕及防滲、防腐問題具有重大意義。
技術(shù)
噴涂聚脲彈性體技術(shù)是國外近10年來，為適應(yīng)環(huán)保需求而研制開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色施工技術(shù)。聚脲材料改變了傳統(tǒng)噴涂工藝中普遍存在的溶劑污染、厚度薄、流掛、固化時間長等缺點(diǎn)。它將瞬間固化、高速反應(yīng)的特點(diǎn)擴(kuò)展到一個全新的領(lǐng)域，極大地豐富了聚氨酯的應(yīng)用范圍，拓寬了噴涂技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。
聚脲彈性體材料的特性。
1.無毒性：符合環(huán)保要求，適合在密閉、狹小的空間施工。
2.優(yōu)異的綜合力學(xué)性能：拉伸強(qiáng)度可達(dá)27.5MPa，伸長率可達(dá)1000％，撕裂強(qiáng)度為43.9～105.4kN／m，硬度調(diào)節(jié)范圍很寬。
3.良好的不透水性：2.0MPa水壓力作用下24h不透水，材料無任何變化。
4.抗?jié)窕院茫撼睗駹顟B(tài)下的摩擦系數(shù)不降低。
5.低溫柔性好：在零下30℃下對折不產(chǎn)生裂紋，其拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度在低溫下均有一定程度的提高，而伸長率則稍有下降。
6.快速固化：反應(yīng)速度極快，5s凝膠，1min即可達(dá)到步行強(qiáng)度，并可進(jìn)行后續(xù)施工，使工效大大提高。而且由于快速固化，解決了以往噴涂工藝中易產(chǎn)生的流掛現(xiàn)象，可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型，涂層表面平整、光滑，對基材形成良好的保護(hù)和裝飾作用。
7.施工效率高：采用成套噴涂、澆注設(shè)備，可連續(xù)操作，噴涂100m2僅需30min.一次噴涂施工厚度可達(dá)2mm左右，克服了以往多層施工的弊病。
8.對環(huán)境條件要求較低：對水分、濕氣不敏感，施工不受環(huán)境溫度、濕度的影響。
9.耐腐蝕性：由于不含催化劑，分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，所以聚脲表現(xiàn)出優(yōu)異的耐水、耐化學(xué)腐蝕及耐老化等性能，在水、酸、堿、油等介質(zhì)中長期浸泡，性能不降低。
10.聚脲材料與多種底材，如混凝土、瀝青、鋁及木材等，都有很好的附著力。
11.聚脲材料可以連續(xù)噴涂而不會因反應(yīng)熱過于集中而導(dǎo)致鼓泡、焦化等現(xiàn)象，可在150℃下長期使用，并可承受350℃短時熱沖擊。
12.可加入各種顏料、填料，制成不同顏色和形狀的制品，并可引入短切玻璃纖維對材料進(jìn)行增強(qiáng)。
13.具有較高的防沖耐磨能力，其抗沖磨能力可達(dá)C40混凝土的10倍。
14.具有較高的抗鹽霧腐蝕、抗凍性好等優(yōu)點(diǎn)。
聚脲彈性體材料與潮濕混凝土間的界面劑。許多水工混凝土建筑物是在潮濕環(huán)境里工作的，聚脲彈性體與潮濕面混凝土之間的黏接強(qiáng)度較小。為使聚脲彈性體技術(shù)能廣泛應(yīng)用于水工建筑物，科研人員開發(fā)研制出了與聚脲彈性體噴涂材料相配套的混凝土潮濕面界面劑。
聚脲彈性體材料反應(yīng)噴射成型設(shè)備。聚脲彈性體材料反應(yīng)噴射成型設(shè)備由專用主機(jī)和噴槍組成。輸出量9.2kg／min，工作壓力240巴，可雙組分噴涂。反應(yīng)噴射成型設(shè)備主要用于噴涂聚脲、聚氨酯和聚氨酯／聚脲彈性體及其他多組分涂層材料，可噴涂低輸出、高黏度、難愈合、固化快的材料。施工時將主機(jī)配置的2支抽料泵分別插入裝有A、R原料桶內(nèi)，借助主機(jī)產(chǎn)生的高壓（24MPa），將原料推入噴槍混合室，進(jìn)行混合、霧化后噴出。在到達(dá)基層的同時，涂料幾乎已近凝膠，5～10s后，涂層完全固化。一次噴涂厚度為2mm左右，達(dá)到規(guī)定厚度只需反復(fù)噴涂（間隔5s以上），涂層總成膜厚度不限。該技術(shù)對所需專用設(shè)備的基本要求為：平穩(wěn)的物料輸送系統(tǒng)，精確的物料計(jì)量系統(tǒng)，均勻的物料混合系統(tǒng)，良好的物料霧化系統(tǒng)，方便的物料清洗系統(tǒng)。
試驗(yàn)
2003年9月1～8日，科研人員對引灤隧洞進(jìn)行了聚脲彈性體噴涂現(xiàn)場試驗(yàn)，隧洞兩側(cè)立面總噴涂面積為64m2.該試驗(yàn)洞段混凝土裂縫及滲水點(diǎn)較多。根據(jù)現(xiàn)場情況，科研人員選定對稱的兩個側(cè)面應(yīng)用兩種不同的潮濕面界面劑進(jìn)行試驗(yàn)。施工工藝流程如下：高壓水槍清除洞壁表面黑色淤泥→角磨機(jī)打磨基面→高壓水槍清洗基面浮塵→集中滲漏點(diǎn)進(jìn)行導(dǎo)管導(dǎo)水處理→專用膩?zhàn)舆M(jìn)行基面找平→涂刷界面劑→進(jìn)行聚脲彈性體噴涂。
從試驗(yàn)結(jié)果來看，采用潮濕面界面劑后，聚脲彈性體與混凝土之間的黏接強(qiáng)度較高，通水運(yùn)行半年以后再次檢查，發(fā)現(xiàn)聚脲彈性體周邊處理后的效果很好，如果在噴涂前能完全封堵住混凝土滲漏點(diǎn)或?qū)B漏點(diǎn)的水導(dǎo)出，黏接強(qiáng)度可保證大于2.0MPa.
試驗(yàn)證明，采用聚脲彈性體噴涂技術(shù)處理大面積滲漏是可行的，尤其是解決迎水面滲漏問題效果更佳。聚脲彈性體材料可以起到隔水層的作用，這對于延長混凝土的耐久性是非常有利的。