高滲透改性環(huán)氧基層處理劑

1、高滲透改性環(huán)氧基層處理劑及其應用摘要：介紹了國內(nèi)外橋面防水基層處理劑的應用情況，對基層處理劑的作用與重要性、高滲透改性環(huán)氧基層處理劑的性能特點及其應用情況做了詳細闡述。關鍵詞：高鐵橋面防水系統(tǒng)；基層處理劑；高滲透改性環(huán)氧材料1.國內(nèi)外橋面防水系統(tǒng)及基層處理劑應用概況做好混凝土結構的防水與防腐處理是提高混凝土工程耐久性的重要措施。發(fā)達國家對此十分重視，防水投資約占工程總額的6%國內(nèi)的重視程度在逐步提高，防水投資只占工程總額的1防3%下面就國內(nèi)外橋面防水體系及基層處理劑（又稱為底涂）應用情況做簡單介紹。1.1國內(nèi)高鐵專線橋面防水體系簡介我國高速鐵路（客運專線）的建設是前幾年才開始的，比歐洲晚了約

2、30a,也晚于日本、韓 國和臺灣，但我國目前對高速鐵路的投資規(guī)模和建設速度都是空前的。鐵道部對客運專線橋面防水體系也十分重視，于2005年8月以科技基函2005101號文頒布了客運專線橋梁混凝土橋面防水層暫行技術條件；2007年4月，鐵道部又通過科技基函20076號文發(fā)布了客運專線橋梁混凝土橋面防水層暫行技術條件修訂版，主要是增加了新的防水卷材品種，即增加了高聚物改性瀝青防水卷材。修訂版中規(guī)定使用的幾種防水材料及基層處理劑簡介如下1:1.1.1氯化聚乙烯防水卷材分兩類型號規(guī)格：N類無復合層卷材，規(guī)格厚度是 1.2mm與1.5mm,采用聚氨酯涂料與橋面 基層粘貼；L類纖維復合卷材，規(guī)格厚度是 1

3、.5mm與1.8mm,采用聚氨酯涂料或水泥膠與橋 面基層粘貼。修訂版中對用于粘接的聚氨酯涂料有明確規(guī)定。以上兩類卷材下面均未使用橋面基層處理劑。1.1.2高強度聚氨酯防水涂料要求拉伸強度 6MPa遠高于一般聚氨酯防水涂料的3.5MPa,但與橋面潮濕基面的粘結強度指標僅為 0.6MPa。用于有殖橋面道殖槽以外和無殖橋面防撞墻以外。要求涂抹厚度 2mm每平方米用量約為 2.4kg 。在涂層下面未使用基層處理劑。1.1.3高聚物改性瀝青防水卷材按高聚物類別劃分實為SBS改性瀝青熱熔型卷材，厚度規(guī)格為 3.5mm和4.5mm,在卷材下面先使用高聚物改性瀝青基層處理劑，用量不少于0.4kg/m2 ,但與

4、基層的粘結強度只要求A0.8MPa,指標定得太低。修訂版中明確了橋面防水層的結構形式，如圖1、圖2和圖3所示。防水卷和氧化聚匕靖）站貼用聚虹酷防水涂料梆而原提圖1卷材加粘貼涂料型保護宗惘酎招良用BSkih料LQ mm摩,2.4 四由丹 ffWSB圖2直接用于作防水層的高強聚氨酯涂料型ll 1F VA商聚褊姓姆戢S卷材（熱嫌）aaa嫩牲isff陸水卷祈膈）M X處理幽更寓我物改it浙育）圖3高聚物改性瀝青防水層1.1.4噴涂聚脈防水層京津城際軌道交通在國內(nèi)第一次使用了高性能的噴涂聚脈作防水層，其基層處理劑使用的是聚氨酯，每平方米用量僅0.2kg o 2008年投入運行，總體情況是成功的，因經(jīng)驗不

5、足，也存在一些問題，有聚脈防水層 起泡和剝離的現(xiàn)象，筆者認為這主要是對基層處理劑的重要性認識不足，對基層處理劑與混凝土橋面基層的干、濕粘結強度要求指標偏低 31.5MPa），而且用量太少，僅 0.2kg/m2 ,對基層封閉效果不好；聚氨酯雖然與聚脈相容性好，但與潮濕基面的粘結強度自身偏低，起不到提高聚脈與混凝土基面間粘結強度的作用。國外基本上都是使用環(huán)氧材料作基層處理劑，而且用量都在0.5kg/m2以上。所以，京滬高速鐵路橋面聚脈防水層的基層處理劑的選擇就做了較大改進：選用的是環(huán)氧或聚氨酯，要求指標和用量也大幅提高，具體見表1。序號汝目枝術揩標訊騷方注1 9卜4頃v：2 岌干時Hl/ti3陸結

6、強.度湘濕系無噠膠-括塊同溷一GB1/TI6777表1基層處理劑底涂性能指標及試驗方法注：底涂粘結強度包括底涂與混凝土基層以及底涂與后續(xù)施工聚脈涂層兩項同檢測。基層底涂用量：不宜 低于 0.4kg/m2 。另外，由于在聚脈防水層上面不做細石混凝土保護層，考慮聚脈防水層直接暴露于大氣中，日久表面會發(fā)黃，可以在聚脈層表面涂刷0.2mm厚的脂肪族聚氨酯面漆，整個防水結構形式見圖4、圖5圖4軌道板以外防水層構造四叫脂肪探面層嗖潦聚服禪性防木湍料哉31mm而偵面推姓土緒杓噴涂M彈性防水涂料八m咀fl?曲混嵯L".X圖5軌道板下防水層構造1.2國外高鐵橋面防水系統(tǒng)簡介國外高鐵橋面防水系統(tǒng)最具代表

7、性的是德國的橋面防水系統(tǒng)2 , 2003年德國制定了橋梁工程標準ZTVING2006年確定ZTVING試行成為歐洲標準，并已確定于 2009年列為歐洲標準EN14695o其防水系統(tǒng)的結構如圖6所示?；祠ど洗偈范V反鬲脂基層封制整理履匝50* 虹/底）詢fif混SS七米墳圖6防水系統(tǒng)構造圖ZTV標準確定了高鐵專用的 SBS改性瀝青卷材的指標，規(guī)定了卷材和環(huán)氧基層處理劑的粘結強度要大于 1.5MPa,對基層處理劑的使用十分重視：原先用的是溶劑型瀝青冷底子油作基層處理，但隨著德國規(guī)范 ZTV-BEL-B德國橋梁防水技術規(guī)程 的要求越來越嚴格，須使用無溶劑雙組分的環(huán)氧樹脂作為基層處理劑， 它能使混凝土

8、與卷材間有更好的粘結力（A1.5MPa）,同時又是一種很好的隔汽層材料，能使混凝土中殘存的潮氣不會進入卷材及以上構造。為避免氣泡的產(chǎn)生及橋面基層的平整度狀況，環(huán)氧樹脂的涂刷可視情 況涂刷1層（約0.5kg/m2 ）或2層（約0.91kg/m2）,還要根據(jù)具體情況在基層處理劑表面鋪撒適當粒 徑的石英砂。德國和歐洲的公路橋梁也按此標準執(zhí)行3。日本、韓國、新加坡的高速鐵路防水系統(tǒng)大體與此相同。美國舊金山市圣瑪特海灣大橋，全長8.6km,建于1929年，在1999年大修和加寬時，橋面混凝土基層使用聚脈作防水層，也是使用環(huán)氧樹脂作基層處理劑4 , 2003年已完工。1.3國內(nèi)外橋梁防水系統(tǒng)中使用基層處理

9、劑情況的評價從上述情況可知，國內(nèi)高鐵橋梁防水系統(tǒng)中，使用 N型、L型氯化聚乙烯和高強聚氨酯的系統(tǒng)中沒有使用 基層處理劑，筆者認為這是一個不完整的防水系統(tǒng)。使用高聚物改性瀝青卷材系統(tǒng)，使用的是高聚物改性瀝青（冷底子油）作基層處理劑，這是德國淘汰的做法，與基層的粘結強度僅要求A0.8MPa,性能和粘結強度都低，必然耐久性差。使用聚脈的系統(tǒng)中，天津城市軌道使用的是聚氨酯，與基層的粘結強度還不如 聚脈與基層的粘結強度，起不到基層處理劑能提高防水層與基層粘結強度的作用，而且用量過少，因而存 在缺陷。京滬高速鐵路橋面噴涂聚脈防水層暫行技術條件對基層處理劑的要求作了改進，選用環(huán)氧或聚氨酯，要求與橋面基層的干

10、、濕粘結強度都要A2.5MPa （與聚脈與基層的干、濕粘結強度相同），這是基本合理的，最好是高于聚脈與基層的粘結強度為佳。以德國為代表的歐洲橋面防水系統(tǒng)的基層處理劑將過去使用的改性瀝青冷底子油淘汰而改用無溶劑環(huán)氧樹脂，用量達0.50.9kg/m2 ,價格已高于主材（SBS卷材），這說明他們對基層處理劑耐久性的重要作用已做了深入研究，才會改用價格高、性能好的基層處 理劑。2.橋面防水系統(tǒng)中基層處理劑的重要性與作用2.1橋面防水系統(tǒng)中基層處理劑的重要性橋面基層處理是橋面防水系統(tǒng)中的重要一環(huán)，因為橋面基層總是會有水分的，其含水量的多少對防水材料 與橋面基層的粘接效果影響甚大，橋面基層中所含的自由水分

11、子沿著混凝土的毛細管道、微細裂縫沿上可 到達基層面上，形成的氣壓和水分子膜會影響防水材料與基層的粘接效果，進而影響整個防水系統(tǒng)的質量 和耐久性，特別是對橋面基層含水率有嚴格要求即敏感的防水材料影響更大，所以，使用基層處理劑對橋 面基層進行封閉、補強處理是保障橋面防水系統(tǒng)的完整和質量以提高其耐久性的必不可少的措施。這也就 不難理解為什么歐洲的橋面防水系統(tǒng)要淘汰價格低的溶劑型瀝青冷底子油而大量使用價格高的無溶劑環(huán)氧樹脂作基層處理劑了。這套系統(tǒng)中使用高成本的無溶劑環(huán)氧處理基層每平方米的造價已高過每平方米SBS卷材的價格，這也說明他們對橋面基層處理作用與效果的研究及基層處理劑篩選和認定已達到很深的地步

12、。2.2橋面基層處理劑的功能歐洲的經(jīng)驗是值得借鑒的，筆者認為橋面防水系統(tǒng)中基層處理劑的作用不只是起封閉基層和補強的作用，應具備以下六方面的功能：(1) 封閉。封閉橋面混凝土基層的毛細管、微孔隙和細微裂縫，阻止橋面混凝土中的自由水分子(潮氣)上升到橋面混凝土基層表面，防止破壞防水材料與基層的粘接。(2) 防水。在基層面上的防水層一旦失效，有水滲到防水層下面與基層表面之間時能阻止?jié)B水繼續(xù)滲入基層表面內(nèi)引起鋼筋的銹蝕，能起到一道防水屏障作用，等于增加了一道防水設防，與上面的防水層組成了復合防水體系。(3) 抗沖磨。基層處理劑在基層表面的涂層應有較好的抗沖磨功能。在防水層遭破壞、有水滲入到防水層與基層

13、表面時，在行車動載荷下對層間水會產(chǎn)生脈沖水壓，類似“唧筒”效應不僅引發(fā)防水層的“脫落”面迅速擴大，壓力水對混凝土也極具溶蝕破壞作用，這時覆蓋在基層表面的處理劑涂膜隔絕了水與混凝土基層的接觸而自身具有較好的抗沖磨性能，就能抵御動載荷下脈沖水壓對涂層的沖刷，保護基層混凝土不被溶蝕。(4) 補強。能增加橋面混凝土基層表面的強度，對混凝土橋面基層的缺陷如微細裂縫等能起到滲透充填、粘接、補強的作用。(5) 提高防水層粘結強度。與橋面混凝土基層和防水層材料相容性好，并能增加橋面混凝土基層與防水材料的粘結強度。(6) 可潮濕基面施工?？紤]到具體施工是在露天進行，會碰到下雨的時候，而且工期緊，不可能等到雨后橋

14、面干燥及橋面基層混凝土含水量降到符合要求再進行施工，因此要求使用的基層處理劑對橋面混凝土基層含水量不敏感，在潮濕基面也可以施工，并有較高的濕粘結強度，與潮濕基面的粘結強度應A3MPa為宜。由于環(huán)氧樹脂分子結構及具有機械強度高、力學性能好、耐水、耐溶劑和耐老化性能好的特性，已廣泛用作粘結劑、防腐涂料、防水涂料和抗沖磨材料，作為橋面基層處理劑能很好滿足上述前5項功能，部分經(jīng)改進的環(huán)氧樹脂配方還可滿足第 6項在潮濕基面粘結強度高的要求，這也是歐美國家都選用環(huán)氧樹脂作基層處理劑的原因。3.1高滲透改性環(huán)氧材料高滲透改性環(huán)氧材料是指具有優(yōu)異滲透性、可灌性的改性環(huán)氧材料，是指能灌入微米級的巖土孔隙、裂縫，

15、在自然狀態(tài)下能在混凝土表面通過毛細管道、微孔隙和肉眼看不見的微細裂紋滲入混凝土內(nèi)2mm以上，能在壓力下灌入滲透系數(shù)為 10-8 10-6cm/s的低滲透軟弱地層或夾泥層的改性環(huán)氧材料。這是區(qū)別于不能自然滲入混凝土內(nèi)、不能灌入低滲透性地層的一般改性環(huán)氧材料的特稱。高滲透改性環(huán)氧系列產(chǎn)品源自中國科學院廣州化學所的高滲透性“中化-798化學灌漿材料”，20世紀80年代末其用于青海龍羊峽水電站大壩基礎低滲透軟弱地層 G4劈理帶原位加固處理獲得成功，在世界上開創(chuàng)了用水泥-化學灌漿方法原位加固低滲透軟弱地層以替代傳統(tǒng)的開挖回填方法的成功先例。隨后對漿材的滲透機理和反應機理進行了深入研究，相繼推出了 “中化

16、-798 ”第二代產(chǎn)品及第三代產(chǎn)品“中化 -798-山高滲透改性環(huán)氧化灌漿材”，并且結合工程實際，還開發(fā)出了混凝土專用的防腐、防水、補強、粘接的系列涂料產(chǎn)品并將其商品化，統(tǒng)稱為“中化-798-山高滲透改性環(huán)氧系列產(chǎn)品”，主要包括有：高滲透改性環(huán)氧防腐蝕涂料(KH-1)、高滲透改性環(huán)氧防水涂料(KH-2)、高滲透改性環(huán)氧化學灌漿材料 (KH-3)、高滲透改性環(huán)氧防水與粘接雙功能界面粘合劑(KH-5)。以上4種材料已在眾多工程中成功使用，如：20多個水電大壩基礎和壩體裂縫補強；4個城市地鐵的車站頂板、大開挖地段的頂板與側墻、樁頭、盾構管片防腐、高架橋面防水；多個工業(yè)和生活污水處理池防腐防水，隧道滲

17、漏補強，港口潮差帶防腐；重點文物保護單位地庫防水及眾多民用建筑的地下室、屋面、廚衛(wèi)間的防水等。其具有共性的物理力學性能指標見表2。序號指標拉川強阻MPa風小。勺抗敦強度/MPs20403撞兆臉帷MPa10-154與混凝_L牯姑強技/'MFa干面6.5： 濕面3 3耐般的網(wǎng)C1疫泡LI d)5化耐喊性面 g 啊棗泡11 d無變化7繁外線試Si門000 h)也化8透水壓力比300 -37&g汁融系數(shù)用河®10初始塊度呻&，節(jié)2. 63-10.03.2高滲透改性環(huán)氧系列材料的優(yōu)勢3.2.1具有優(yōu)異的滲透性能能滲入不同標號的混凝土或砂漿中210mm（見圖7）,混凝土標

18、號越低，滲透越深，C50混凝土滲入深度> 3mm廣東省建材檢測中心對 C50混凝土滲透深度的檢測結果為3.57mm半，、砂紫就這是其他改性環(huán)氧材料達不到的圖7滲入固結剖面圖能灌入滲透系數(shù) K=10-810-6cm/s的低滲透性地層的夾泥中（見圖8）或灌入0.006mm的裂縫中（見圖9）,鼎鏡巖尤捋片,圭村F32斷烘中肯海龍羊湊G野理協(xié)花灌后取出的0.001叩裂障中有裝液克攜備泥國罐法芯樣圖8灌入低滲透性地層的夾泥中的照片（兩個照片）1 .I二沖Hi虹擊芯樣做光笙探飩照片，三條印if巧就化罐策諼芝填,其先反分刷為。一。配mm.。，輪 iiTt 0.00E rm圖9灌入0.006mm的裂縫中

19、的照片3.2.2具有優(yōu)異的力學性能（見表 2）從表2可見力學性能優(yōu)良，尤其是在潮濕基面的粘結強度遠高于其他改性環(huán)氧材料。F涂=6涂cos 0涂大于水對混凝3.2.3在潮濕基面有排水置換功能具有局部的親水和整體的排水功能，增滲劑加入使材料對混凝土的親和力 土的親和力F水=6水cos。水（6為表面張力，9為在混凝土表面的潤濕角），使材料在潮濕的混凝土基 面上有排水置換功能（見圖 10）。因而在含水量高的混凝土甚至潮濕基面也能滲入其內(nèi)，且潮濕基面的粘結強度遠高于同類產(chǎn)品。罹上酒色衣缶甲丑埔上一謫菰灘.段液&術中/株林孝此卅甜圖10在潮濕的混凝土基面上排水置換功能示意3.2.4非活性稀釋劑活化

20、高效催化劑的應用使材料體系中非活性稀釋劑丙酮活化生成預聚丙酮并參加體系反應，從而進一步減小了固結體的收縮性，增加了韌性，提高了固結體耐老化、耐腐蝕的性能和力學性能；因而收縮性遠小于同類產(chǎn)品，抗凍融性優(yōu)于同類產(chǎn)品。3.2.5固結體無毒無污染產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中加入的添加劑促進了預聚丙酮和糠醛的反應，從而化解了糠醛的毒性問題，使該材料更加符合環(huán)保要求。3.2.6形成植根式涂膜，可消除應力集中作為防水與防腐涂料其他環(huán)氧類產(chǎn)品只能在混凝土表面形成一層薄膜，無法滲入其內(nèi)，在界面因溫差變化必然造成應力集中，久而久之造成脫皮剝落現(xiàn)象；而高滲透改性環(huán)氧材料能沿著混凝土表面的毛細管道、微孔隙和肉眼看不到的裂隙滲入其

21、內(nèi)一定深度，形成一定厚度不規(guī)則的固結層，可消除界面的應力集中，而且固結層的強度比原混凝土提高30%以上，因而不會出現(xiàn)脫皮剝落的現(xiàn)象，所以固結層的防腐、防水壽命與混凝土相同。3.2.7性價比優(yōu)良比國外的同類環(huán)氧產(chǎn)品在價格上也低得多，還不到國外環(huán)氧產(chǎn)品價格的1/3。3.3高滲透改性環(huán)氧雙功能界面粘合劑(KH-5)高滲透改性環(huán)氧雙功能界面粘合劑(KH-5)是橋面基層處理劑的適宜選擇。從橋面基層處理劑應具備的6項功能來看，KH-5都是具備的。(1) 混凝土屬于多孔介質，涂刷在橋面基層的 KH-5可以通過基層的毛細管道、微孔隙和細微裂紋自外而內(nèi)滲入 2m似上，充填、固化后形成一個增強固結層，抗?jié)B強度大于

22、1MPa不僅能有效封閉基層、防止混凝土內(nèi)潮氣上升到基層表面；同時，一旦防水層失效，也能使從上面滲入到基層表面的水無法進入基層表面內(nèi)。這就表明可以滿足基層處理劑的前兩項功能要求。(2) KH-5滲入基層后形成的固結增強層比原混凝土基層的強度提高30%A上(改性瀝青冷底子油是達不到的)，可以說顯著地提升了橋面基層表面的強度，滿足了基層處理劑的第4個功能要求。滲入固結層還可以消除環(huán)氧涂膜與混凝土基層面上因材質不同、熱脹系數(shù)不同在溫度變化時或振動時產(chǎn)生的應力集中，所以，固結增強層不會“脫皮”剝落，也比其他不能滲入、只能在基層表面成膜的基層處理劑耐久性更好。(3) KH-5滲入后形成的固結增強層具有較好

23、抗沖磨性能(也是改性瀝青冷底子油無法比擬的)，一旦防水層出現(xiàn)滲漏時，足可抗御滲入基層表面的水在動載荷下產(chǎn)生的脈沖水壓對基 層的沖磨和對基層下混凝土的溶蝕。(4) KH-5能大幅提高混凝土基層與上面防水卷材或防水涂料的粘結強度，特別是在潮濕基面上的粘結強度。2008年3月，廣東省建材產(chǎn)品質量檢驗中心在混凝土上用KH-5對SBS自粘卷材和L類氯化聚乙烯卷材做過粘結強度和剝離強度對比試驗，其結果是不用KH-5的自粘卷材在粘接面被拉開，其剪切粘結強度為2.2N/mm、剝離強度為0.17N/mm，而用KH-5粘接的均是自粘卷材在粘接面外斷裂，其剪切粘結強度為 3.3N/mm、剝離強度為0.47N/mm,分別提高了 50%D 176%而對L類氯化聚乙烯卷材的粘接， 則是在無紡布與氯化聚乙烯層間破壞， 其剪切粘結強度為11.0N/mm,比暫行技術條件修訂版要求的指標A3.0N/mm高出了 3倍多。這說明KH-5不僅可以代替L類氯化聚乙烯的水泥粘合劑，還等于增加了一層基面處 理劑。(5) 京滬高鐵的暫行技術條件報批稿通過審查后按其規(guī)定的基層底涂的技術要求：與混凝土基層的干、濕粘結強度均要 2.5MPa(按GB-16777要求168h的檢測數(shù)據(jù))。2009年4月，廣東省建材檢測中心的檢測結果是干與潮濕基面粘結強度分別是 4.7MPa和4.0MPa,遠高于報批稿的要求。詳見表3。心技術指總旅