以下文章来源于防水工程师 ，作者李超
防水工程师
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综合管廊作为城市地下设施动脉工程，一旦发生渗漏，后期进行修补所需要的人力、物力、财力都较大，且往往没有修补的施工环境，故防水是地下工程施工中的首要要务，只有确保工程不发生渗漏，才能够保证工程的正常使用和结构安全。
本文主要介绍了一种地下管廊专用聚氨酯防水涂料的研制方法，并探讨了固化速度、偶联剂添加量、潜固化剂选型及添加量对涂料粘结强度、拉伸强度、断裂伸长率的影响。
制备工艺
在1 000 mL的三口烧瓶中依次加入聚醚多元醇、分散剂、消泡剂1，升温至90 ℃，加入无机颜填料、触变剂、抗氧剂后加热至（115±5） ℃，在真空度 -0.095 MPa下对其脱水4 h，然后降温至60 ℃加入MDI，（78±2） ℃下反应1.5 h，再加入TMXDI升温至（85±1） ℃反应1 h，然后加入催化剂1、催化剂2，保温45 min，最后加入潜固化剂、硅烷偶联剂、消泡剂2、流平剂、溶剂，（70±2） ℃下搅拌30 min，降温至60 ℃，真空度（-0.07~-0.08） MPa下脱泡10 min，停真空、搅拌，过滤出料。
性能测试
将制得的地下管廊专用聚氨酯防水涂料分3次刮涂到涂有脱模剂的玻璃板上，制得厚度为（1.5±0.2） mm的涂层，在标准试验条件下[（23±2） ℃、相对湿度（50±10）％]成膜，养护96 h，然后脱模，涂膜翻过来再在标准试验条件下养护72 h，制得涂膜防水层并按照GB/T 19250—2013《聚氨酯防水涂料》进行相关性能的检测
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固化速度对聚氨酯涂膜粘结强度的影响
在长期动荷载作用下，防水材料必须与管廊结构主体粘接牢靠才能有效避免窜水的发生。通常应用于地下管廊的防水涂料往往具有极快的固化速度，可大大缩短工期，但极快的固化速度使涂料对基层的润湿较差，涂料未充分渗透到混凝土结构内部就在表面固化成膜，从而导致涂膜与基层粘结强度较低而容易分离、剥落，在喷涂施工时尤为明显。而过分追求防水涂料对基层的润湿性忽视固化速度，又会影响施工进度。
图1 固化速度对聚氨酯涂膜粘结强度的影响
图1为在一定黏度下涂料固化速度对粘结强度的影响（固化速度采用涂膜表干时间表征）。可以看出，随着固化速度的不断降低，表干时间逐渐延长，涂料对基层的润湿性越来越好，砂浆样块表面得到充分渗透（图2），粘结强度也逐渐增加。同时发现，当涂料固化速度过快时，随着后期涂膜拉伸强度和硬度的增加，部分样块的涂膜在固化收缩过程中产生翘边、起皮现象。表干时间在30 min左右时，涂料具有良好的粘结性能，同时也能够满足快速施工的要求。
图2 渗透性展示
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偶联剂添加量对聚氨酯涂膜性能的影响
聚氨酯分子结构中本身存在大量的强极性基团，如醚键、氨酯键等，可以与基层表面的活性基团产生化学键或氢键作用，具有良好的附着力。但在较快的固化速度下，涂膜与基层表面的活性基团发生化学键合数量较少，很难满足地下管廊对高粘结强度的需求，所以除了适当降低聚氨酯的固化速度，还可以加入合适的偶联剂来增强涂膜与基层的粘结强度。
图3 偶联剂添加量对粘结强度、断裂伸长率的影响
硅烷偶联剂是在聚氨酯材料中较为常用的粘结促进剂，因含氨基的硅烷偶联剂会与—NCO基团反应，导致聚氨酯体系稳定性降低和黏度增加，不利于材料的储存和施工，所以本试验采用了3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷作为偶联剂。可以看出，在3-异氰酸酯丙基三甲氧基硅烷加入后，涂膜与基层的粘结强度开始提高，并随着添加量的增加而增大，说明硅烷偶联剂在水泥砂浆（无机相）与聚氨酯涂膜（有机相）之间起到了相互连接的桥梁作用，提高了粘结强度；而随着硅烷偶联剂添加量的增加，涂膜交联密度随之增加，从而导致断裂伸长率有所降低。当偶联剂添加量为0.8%时，涂膜粘结强度与断裂伸长率性能最佳。
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潜固化剂对聚氨酯涂膜性能的影响
聚氨酯防水涂料应用于地下管廊时，设计厚度一般为2.0 mm，若分2次喷涂施工，每次厚度也要达到1.0 mm。为了防止聚氨酯涂膜中气泡的产生，所以试验采用了潜固化剂，其能够优先与湿气反应产生活性基团，然后活性基团与异氰酸酯基团迅速交联固化成膜，避免了异氰酸酯基团直接与水反应生成的CO2导致聚氨酯涂膜起泡的现象发生；同时脲键强度远远超过氨酯键强度，且很稳定，可提高涂膜物理性能和耐老化性能，能够满足长期使用的要求。
图4 唑烷潜固化剂添加量对拉伸性能的影响
图5 醛亚胺潜固化剂添加量对拉伸性能的影响
试验选用了噁唑烷与醛亚胺两种潜固化剂进行对比分析，图4—5为两种潜固化剂的添加量对涂膜的拉伸强度、断裂伸长率的影响。可以看出，随着潜固化剂添加量的增加，涂膜的拉伸强度均先增大后减小，而断裂伸长率一直增大。在相同添加量下，采用噁唑烷的涂膜拉伸强度优于采用醛亚胺的涂膜，断裂伸长率则正好相反。当采用醛亚胺潜固化剂且添加量为2.5%时，涂膜综合性能最佳。
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综合性能
经过一系列试验，当表干时间控制在30 min左右，硅烷偶联剂添加量为0.8%，采用醛亚胺潜固化剂且添加量为2.5%时，制得的地下管廊专用聚氨酯防水涂料综合性能最佳，产品的各项指标满足设计要求，中试具体检测结果如表1所示。
表1 地下管廊专用聚氨酯防水涂料的性能检测结果
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结论
本研究制备了一种地下管廊专用聚氨酯防水涂料，探讨了固化速度、偶联剂添加量、潜固化剂选型及添加量对涂料粘结强度、拉伸强度和断裂伸长率的影响。
1）当表干时间控制在30 min左右时，涂料具有良好的粘结性能，同时能够满足快速施工的要求；
2）硅烷偶联剂可有效提高聚氨酯涂膜与基层的粘结强度，其添加量应控制在0.8%为宜；
3）潜固化剂的加入可大大减少涂膜中气泡的数量，相同添加量下，采用 唑烷的涂膜拉伸强度优于采用醛亚胺的涂膜，断裂伸长率则正好相反，故采用醛亚胺潜固化剂且添加量为2.5%时，涂膜拉伸性能最佳。
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