摘要：聚脲材料具有良好的防水防渗性能，有效的保证整体结构的稳定性和防水性能。水利水电工程中对于混凝土的防水性能要求严格，本文结合水利水电防水对聚脲材料进行深入的分析研究，对单组份和双组分聚脲材料的特点进行详细介绍，并对施工过程中的主要控制要素进行了说明，以期保证施工的质量，提升防水效果。
关键词：聚脲材料 防水性能 水利水电
1引言
聚脲作为聚氨酯材料的一种，具有较高的耐冲击性、耐腐蚀性、良好的防渗透性能，在国防、水利工程建设方面均具有良好的应用。聚脲材料可以细分为双组分聚脲材料和单组份聚脲材料，双组分聚脲材料中不含有溶剂，固含量高，固化快，施工工艺简单，可以便捷地在立面、曲面上喷涂几十毫米的涂层而不出现流挂现象。但是双组分聚脲材料施工设备相对复杂，设备尺寸大，在水利工程施工应用中受到一定的限制，如果只处理混凝土的裂缝或进行局部修补，其使用经济性也不高，为了弥补这一缺陷，单组份聚脲防水材料开始得到应用和推广。本文主要对聚脲防水材料的应用进行分析介绍，以期为相关的水利水电工程施工提供详细的参考资料，选择合适的聚脲防水材料，保证水利工程的防水质量。
2聚脲防水材料概念及其原理分析
双组分聚脲防水材料是由异氰酸酯组分和端氨基化合物组分通过专用的喷涂设备快速反应从而形成弹性防水层。单组份聚脲防水材料是由异氰酸酯预聚体和封闭氨基化合物及助剂等构成的混合物，通过涂刷、刮涂等方式进行施工，涂刷层在空气中水分的作用下，封闭氨基化合物变成端氨基，从而与异氰酸酯预聚体发生反应，从而生成最终的防水层。
双组分聚脲由两种组分构成：异氰酸酯（A组分）和有两个或多个端氨基高分子或低分子化合物（B组分）。两种组分在特定触媒作用下，快速发生反应，形成脲基。该反应一般在几秒内完成。如果B组分是有两个或多个端羟基的醇类物质，最终的产物就是双组分聚氨酯。另外，如果B组分是由封闭氨基物质，由于封闭氨基不和异氰酸酯发生反应，因此两者可以共存同一体系，但需要隔绝空气和水分。在环境水分的作用下，封闭氨基物质转化为端氨基物质，端氨基物质可以与异氰酸酯发生快速反应，生成脲基。这就是单组份聚脲反应的原理。
3聚脲防水材料的物理学特性分析
双组分喷涂聚脲和单组份涂刷聚脲均具有较高的力学强度，喷涂聚脲防水工程指标要求见表1，单组份涂刷聚脲防水材料力学性能指标见表2。
表1 双组分喷涂聚脲力学性能指标
上述表中的材料力学性能指标均按照实际施工过程需要，另外可以通过调整配方来提升最终的力学强度。聚脲防水材料最大的力学强度可以达到25Mpa，其拉断伸长率可以达到450%，但相应的材料成本会增加。
4双组分喷涂聚脲与单组分涂刷聚脲的特点比较分析
双组分喷涂聚脲的特点
（1）双组分材料本体的强度高、耐冲磨性和耐老化性能高；（2）粘接强度高，可以达到2.5Mpa；（3）使用机械化作业方式，表面喷涂聚脲涂层的施工效率高，对于基础处理要求高；（4）双组分聚脲反应速度快，可以避免出现材料的流挂现象，能够在曲面或者斜面上进行喷涂施工，适用性广。（5）低温性能好，能够在零下30℃的环境中使用不出现裂纹。（6）双组分聚脲防渗效果好，耐化学腐蚀能力强。（7）芳香族物质的耐气候性普遍不高，容易出现黄变，但高耐黄变的脂肪族聚脲成本较高。（8）双组分聚脲无毒，可以用于饮用水输水工程。（9）双组分聚脲施工对于设备和人员要求较高，喷涂过程控制难度高，容易出现厚度不均情况，施工质量的90%以上取决于设备的适宜度和人员的操作经验。
单组份聚脲的特点
（1）与基础混凝土的粘接强度高，粘接强度可以达到3.0Mpa。（2）耐腐蚀能力强，冲磨能力强。（3）单一组分施工过程中不需要对原料进行配比，避免因原料配比不正确导致材料的缺陷。（4）不需要专门的设备进行施工，涂层的厚度较双组分聚脲容易控制，施工质量容易控制。（5）低温柔顺性好，能够在零下50摄氏度下保持50%的延伸率，能够适应恶劣的低温环境。（6）材料为脂肪族，耐黄变性能优良。（7）由于固化时间长，混凝土裂缝及伸缩缝表面封闭可以增设胎基布增强。（8）单组分聚脲无毒，可以用于饮用水输水工程。（9）采取人工刮涂的方式，一次刮涂的厚度约为1mm，因此需要多次刮涂，但施工工艺相对简便，可以进行多个工作面同时施工。
5纯聚脲技术在水利工程中的应用适用范围
由于聚脲物质本体在耐冲刷和耐磨性能、防渗性能均较为优越，因此对于迎水面大面积的防水建筑中，如果施工场地能够满足使用喷涂工艺设备的要求，选用单组份和双组分物质均可。对于承受背水面及抗冲磨要求的水工建筑而言，需要着重提升材料的柔顺性及与基础材料的粘接性能，保证材料的施工质量和均匀性。对伸缩缝及裂缝表面封闭，需要保证涂刷或喷涂的涂层厚度及宽度。
根据实际过程中的应用，可以归结为如下：
单组份刮涂聚脲防水材料适用于迎水面防渗的水工混凝土建筑中，另外也可以用于伸缩裂缝和裂缝的表层防渗。流速小于30m/s的过流面抗冲磨防护及表面耐性防护领域。
双组分喷涂聚脲防水层材料水工建筑面迎水面防渗、流速小于5m/s的过水面保护及表面的耐久性防护领域。
6纯聚脲技术在水利工程中的应用技术分析
（1）底材处理工艺的选择
针对不同的使用环境，合理的设计底材处理工艺，可以达到经济高效施工的目的。纯聚脲防水材料可以对混凝土结构起到一种结构补强作用，无需使用纤维等增强手段，采用纯聚脲进行防水防渗时，基材混凝土的表面需要保证无明显缺陷。一般情况下，混凝土表面存在2mm以上的针眼、孔洞时会在一定程度上影响最终的防水性能。
（2）聚脲种类选择和厚度选择
针对不同的应用环境，选择合适的聚脲防水材料的种类。由上节所述：
单组份刮涂聚脲防水材料适用于流速小于30m/s的伸缩裂缝和裂缝的表层防渗、过流面抗冲磨防护及表面耐性防护领域。双组分喷涂聚脲防水层材料用于流速小于5m/s的水工建筑面迎水面防渗、过水面保护及表面的耐久性防护领域。
为了保证良好的防水防渗性能，聚脲的厚度在3mm以上，如果选用的防水防渗性能优良的纯聚脲，其涂刷厚度可以在2mm。
（3）涂装工艺优化
施工过程中，保证聚脲材料均匀涂刷的难度较大，且针对不同的环境需要选择不同的工艺。我国华东地区的大坝落差相对较小，一般数十米，可以采取搭建手工架的方式进行聚脲涂装。但我国西南地区的落差可以达到数百米，搭建手工架方式显然存在问题，需要采取移动吊篮方式。采取移动吊篮施工过程中，需要格外考虑完全因素，配置安全带和安全绳。另外西南地区多雨、潮湿、季风以及立体交叉作业的复杂施工场面，在施工方案设计阶段就需将这些因素进行综合考虑。
（4）特殊部位施工工艺
温度和机械应力的双重作用下，聚脲涂层和混凝土底材的粘接脱落往往出现在边角薄弱部位。因此，涂层良好的边角粘接直接关系着使用效果。一般情况下，聚脲防水收边的方式主要有泡管收边和开槽收边。针对不同的应用环境，适宜选择合适的施工工艺方案。
7 防水防漏施工控制要点（以双组分为例）
7.1混凝土的浇筑
按照设计要求，单体的板厚不同，但混凝土的结构均采用C30强度。混凝土的结构与最终结构防水性能具有直接的联系，水泥的自防水性能是防渗透的关键。因此，水泥混凝土在浇筑过程需要格外注意浇筑质量，尤其防止出现裂缝。
（1）改善混凝土性能，加强对于混凝土楼板的养护
控制混凝土的原材料质量，选用高质量的混凝土外加剂和掺加剂，从而改善混凝土的性能，减少混凝土的收缩。减少因收缩导致混凝土开裂的可能性。对混凝土进行早期的保湿养护也是减少因收缩引起开裂的重要途径，混凝土早期表面水分流失快，强度也比较高；内部水分流失慢，强度也较低，此时混凝土的承受能力较差，不能承受较大的干缩应力作用，如果养护不及时，容易引起混凝土干缩开裂。
（2）设计方面的预防措施
混凝土在实际的使用过程中，发生收缩是必不可少的，结构在约束条件下，如果不能存在变形的余地，很可能会产生开裂。因此在实际的设计过程中，设计人员要根据具体的时空关系进行必要的改良设计。从结构形式的选择方面（微动、设缝措施等）及材料性能方面（提高抗拉强度、变形能力和韧性等）采取综合措施，来防止裂缝的产生。
（3）施工过程中的预防措施
首先是混凝土浇筑过程，模板和基层都要浇水湿透，但又不能存在明水，在振捣的过程中，振动器的插入要按照操作规范进行，确保振捣均匀、紧实。
7.2基层整体聚合物腻子抹平
（1）腻子进场时需要进行仔细的检查确认，经过三方确认，确认品牌和数量与要求一致后当能进场施工。
（2）腻子施工之前，需要对混凝土的表面进行清洁工序，尤其是混凝土表面残留的混凝土浮浆和砂浆需要仔细清除，保证混凝土表面的绝对清洁性。
（3）混凝土腻子施工应该在天气晴朗、温度偏高的气候下进行，保证涂抹的腻子能够尽可能快地凝结，从而保证施工的整体质量。
7.3聚脲涂料的施工
基层腻子涂抹完毕，凝结后质量验收合格后，即可进行聚脲涂料的施工工序。新型的聚脲防水材料由两部分组成：甲组份异氰酸酯含量在3.5%左右，乙组分端氨基含量在0.7%左右，使用前按照使用说明将甲乙两个组分配制完毕即可使用，配制使用时需要具备二甲苯、二月桂酸二丁基锡、砂粒等补强材料。
（1）进场前，检查确认聚脲产品的质量和数量是否满足采购要求。
（2）聚脲施工前，需要确定基层表面的含水率，一般含水率需要低于9%.含水率的确认方式是采取1平方米的橡胶卷材平铺在基层的表面，静置4h后，如果覆盖卷材的部位没有明显的水印即可认为满足水分要求。
7.4 防渗漏施工工艺
清理基层→涂刷基层处理剂→细部附加层施工→第一遍涂膜→第二遍涂膜→第三遍涂膜防水层施工→防水层试水试验。
基层处理剂的涂刷：聚脲甲乙两组分和二甲苯按照1：1.5：2.5比例进行配制，利用涂刷工具将处理剂均匀地涂刷在基层的表面，涂刷量一般在每平0.2公斤。涂刷完毕后，需要静置4h以上，确保处理剂凝结后才能进行下一个工序。
易发生漏水的地方用聚脲防水涂料进行处理。甲乙两组分1：1.5进行均匀涂刷，另外按照设计要求进行附加补强处理。涂层需要保证均匀性，不允许存在脱落、开裂和孔洞的情况出现。
7.5 PE膜自粘橡胶沥青防水卷材
防水材料选择PE膜橡胶沥青防水卷材，材料进场后需要仔细检查其合格证的各项目是否达标，保证进场材料的质量。另外，还需要现场取样送检，由监理单位见证员旁站取样，合格后方可使用。施工的工序为基层清理、处理剂的涂刷、铺贴卷材的附加层、卷材铺贴、热熔封边、蓄水试验。
基层处理：操作之前需要对基层进行仔细的清理，保证基层表面的清洁性，防止因污尘的存在影响粘接和防水效果。
处理剂的涂刷：处理剂一般选择工业汽油稀释后的丁苯橡胶，搅拌均匀后，利用涂刷工具均匀涂刷基层，静置4h后进行下一个工序。
附加层的施工：利用热熔方法将卷材防水材料进行施工，在水落口、屋檐口等易漏位置先做附加层，施工过程完全在设计要求下进行。
卷材铺设：将 PE 膜自粘橡胶沥青防水卷材剪成相应尺寸，用原卷心卷好备用，加热面一般距离喷枪口30mm，并需要保证均匀加热卷材，搭接部位应满粘牢固，卷材铺贴方向宜平行屋脊铺贴。
卷材铺贴完成后，进行蓄水试验，检查防水施工的效果
7.6 细石混凝土保护层施工
（1）进场前，检查确认细石混凝土的质量是否满足采购要求。
（2）细石混凝土防水层的厚度一般设置40mm.细石混凝土防水层应表面平整、压实抹光，不得有裂缝、起壳、起砂等缺陷
8结语
两种聚脲防水材料均具有良好的防水防渗效果，且有较强的抗冲磨性能，可以在迎水面进行施工应用。单组份聚脲材料为刮涂型的脂肪族材料，具有耐黄变性能优良、不变色的特点，且施工过程中的施工质量容易控制。双组分聚脲材料为喷涂工艺，有脂肪族和芳香族两种，脂肪族成本相对较高。单组份聚脲施工中厚度容易控制，但需要进行分层涂刮。双组分对于喷涂设备和人员的要求较高，但其固化快，能够有效的防止流挂情况出现，能够在曲线和斜面上进行施工。目前，单组份和双组分聚脲材料均在水利水电工程中进行使用，针对实际的施工特点和环境，结合不同聚脲的应用环境，选择合适的施工材料和施工工艺，才能有效保证施工质量。
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论文作者:徐露露,
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/16
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