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摘要： 聚脲作为一种环保、绿色功能材料在混凝土结构表面的应用具有广泛的前景，通过对混凝土封闭底漆、聚脲配方设计的研究可以有效提高聚脲涂层与基材的附着力，对聚脲涂料在混凝土表面的施工作了介绍。 随着国民经济的高速发展，以及2008年奥运会在我国召开，我国的铁路、桥梁、场馆、住房等基础设施的建设正处于一个快速发展的阶段。而混凝土由于其通用性和经济性，是主要的建筑材料。但是经历了近100年的使用，人们发现混凝土材料在某些环境条件下远远不如设想的那么耐久，远未达到设计使用年限即破损而影响正常使用，甚至危及安全的实例屡见不鲜，因此，这个问题逐渐引起各国工程界的重视，纷纷进行研究分析影响混凝土结构耐久性的因素和防护对策。要保持既有混凝土结构的耐久性使其在设计使用年限内安全可靠，对钢筋锈蚀的控制至关重要，钢筋锈蚀引起砼建筑物的承载能力降低以至破坏已成为全世界日益突出的一大危害，居破坏原因之首。据不完全统计，世界各国腐蚀损失平均占国民经济总产值(GDP)的2%～4%，其中与钢筋腐蚀有关的占40%；若按上述比例推算，我国2007年度腐蚀损失为2 000～4 000亿元，钢筋腐蚀损失大约800～1 600亿元。 暴露于大气环境中的结构物，经受有害化学物质侵蚀的机会更多，其锈蚀就更为严重。混凝土的碳化就是混凝土所受到的一种化学腐蚀。空气中的CO2气体渗透到混凝土内，与其碱性物质起化学反应后生成碳酸盐和水，使混凝土碱度降低的过程称为混凝土碳化，又称作中性化，其化学反应为：Ca(OH)2+CO2=CaCO3+H2O。水泥在水化过程中生成大量的氢氧化钙，使混凝土孑L隙中充满了饱和氢氧化钙溶液，其碱性介质对钢筋有良好的保护作用，使钢筋表面生成难溶的Fe2O3和Fe3O4，即钝化膜。碳化使混凝土的碱度降低，当碳化超过混凝土的保护层时，在水与空气存在的条件下，就会使混凝土失去对钢筋的保护作用，钢筋开始生锈。在海边，由于空气中含有大量氯离子，氯离子的渗透会极大地加剧混凝土结构的腐蚀。 其作用过程如下： (1)氯离子的侵入：在水分浸透的同时，由于碳酸气、氯离子的渗透引起混凝土中性化。 (2)钢筋的腐蚀：由于浸入的水、气、氯离子等，钢筋被腐蚀。即使不中性化，钢筋表层所含磷分，也会使钢筋发生腐蚀。 (3)裂纹的产生：由于钢筋被腐蚀、体积膨胀(2.5倍)，混凝土产生裂纹。 (4)强度降低：腐蚀物质从裂纹处进一步浸入，加速钢筋的腐蚀，体积膨胀从而降低混凝土强度。 总之，腐蚀会造成混凝土结构的强度降低，从而大大缩短混凝土结构的使用寿命。 保护混凝土和钢筋混凝土结构物耐久性的技术措施，一般分为“基本措施”和“附加措施”。提高混凝土自身对腐蚀的抵抗能力是最重要、最根本的基本措施。而涂层保护是主要的“附加措施”和常用的方法。它的作用是在钢筋混凝土表面形成不易透水、透气的覆盖层，以阻止或延缓氯盐、水和空气透入混凝土中，从而使钢筋的腐蚀作用受到抑制，达到提高钢筋混凝土结构的耐久性，延长结构使用年限的目的。 喷涂聚脲涂料是在聚氨酯RIM技术上发展起来的一种无溶剂环保型材料，它于20世纪80年代中期在美国研制成功，该产品是适应环保需求而研制开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色产品和施工技术。与传统的防腐涂料(环氧、聚氨酯、丙烯酸等涂料)相比，具有成膜速度快、耐温和耐介质性能好、弹性和韧性好、无公害、施工效率高等显著特点。 1 提高聚脲涂层与混凝土表面附着力的研究 涂层失效的主要原因是涂层与混凝土之间的界面破坏。提高聚脲涂层与混凝土之间的粘结是对混凝土进行有效保护的关键。由于聚脲涂料数秒内凝胶固化、几分钟即可达到步行强度，所以在对底材的湿润、与基材的附着力等方面有一定的缺陷。为了能最大限度地发挥聚脲涂料的性能优势，提高聚脲产品与基材的附着力一直是我们努力研究的问题，我们从封闭底漆的匹配性和聚脲涂料配方设计两方面进行了研究。
1.1 混凝土封闭底漆的确定
底漆除了能对混凝土表面进行有效封闭外，还能在基材与涂层之间起到一个桥梁的作用来提高其附着力。常用传统封闭底漆性能对比如表1所示。
表1 常用封闭底漆性能对比
从表1可见：环氧底漆和聚氨酯底漆的综合性能比较好，但这两种底漆的施工性能都存在一定的缺陷。环氧底漆的干燥性能受环境温度的影响较大、温度在10℃以下时则反应缓慢，从而影响工程施工的进度；聚氨酯底漆受空气中的湿度影响较大，在湿度较大时，涂膜容易起泡，从而影响工程质量。
为了把这两种底漆的缺点带来的不良影响降到最低，我们开发了一种环氧一聚氨酯底漆。该底漆中的环氧基团有较低的表面张力和优良的粘附力，且环氧还能与碱反应形成硅酸盐，有效地阻止盐和碱的迁移。环氧涂膜的耐化学品性能为其在强碱条件下的稳定性提供了保证。另外环氧树脂中含有羟基，也可以在底材中形成氢键从而增加封闭和附着力；氨酯键能在高聚物分子之间形成非环及/或环形的氢键，除了能进一步提高与基材的附着力外，最主要还能使涂膜具有较高的韧性和断裂伸长率，从而提高底漆与聚脲涂层的匹配性，达到提高底漆与聚脲涂层粘接性的目的。该底漆与环氧底漆以及聚氨酯底漆对混凝土基材的附着力情况对比如表2所示。
表2 几种底漆的附着力比较 MPa
从表2数据可以看出：环氧一聚氨酯底漆对基材的附着力要明显高于其它两种底漆。经过检测，该产品的技术指标如表3所示。
表3 环氧-聚氨酯底漆的技术指标
1.2 聚脲涂料的配方设计
配方设计的原则是在涂膜不产生流挂现象的前提下，尽可能地延长涂膜的凝胶时间和表干时间，来增加聚脲涂层对基材/底漆的湿润，从而提高聚脲涂层与基材的附着力。但是涂膜的凝胶和表干时间过长，说明配方中加入了大量的位阻型异氰酸酯或扩链剂，这种配方所得涂膜的机械性能(断裂伸长率有所提高外)一般比较低、达不到使用要求。所以要在产品的干燥时间和机械性能之间寻找到一种平衡，即确定配方中位阻型异氰酸酯和位阻型扩链剂的比例。
A组分的NCO值在15.0%左右时，该预聚体相对比较稳定。所以确定NCO为15.0%，设计一个B组分配方，改变A组分中位阻型异氰酸酯的含量，检测涂膜性能的变化，从而确定位阻型异氰酸酯的比例。A组分中位阻型异氰酸酯的含量变化与涂膜性能的关系如表4所示。
表4 A组分中位阻型异氰酸酯含量的影响
从表4数据可见：随着A组分中位阻型异氰酸酯含量的增加，涂膜的凝胶时间延长，但是当位阻型异氰酸酯含量超过60%时，涂膜会发生内聚破坏。位阻型异氰酸酯含量对涂膜性能影响的折线图见图1。
图1 A组分中位阻型异氰酸酯含量对涂膜性能的影响
从图l可以看出：当A组分中位阻型异氰酸酯含量为30%～40%时，涂膜的综合性能较好。经过进一步试验，确定A组分中位阻型异氰酸酯含量为35%时，涂膜的综合性能最好。
A组分中位阻型异氰酸酯的含量确定后，接着就是通过试验检测B组分中反应性扩链剂和位阻型扩链剂含量对涂臆陛能的影响，试验过程如表5所示。
表5 实验配方及涂膜性能
从表5可以得出如下结论：
(1)B组分中不加位阻型扩链剂，涂膜凝胶时间过短、涂膜难流平，导致与基材的湿润不好，从而降低附着力。
(2)随着B组分中位阻型扩链剂的加入，涂膜的流平性和光泽都可以达到理想效果，但是位阻型扩链剂比例过大，涂膜的强度和内聚力都会降低。
(3)在中试喷涂时发现，用B组分1#配方进行试验，由于反应过快，体系反应放出热量的时问短、能量大，若底材处理不好或施工环境较差，涂膜容易出现鼓泡、气孔等缺陷。随着体系中位阻型扩链剂的加入，涂膜对底材和环境的容忍度较好，但是若比例过大，涂膜容易出现缩孔问题，而且涂膜实干时间太长、不利于提高施工效率。
B组分中反应性扩链剂含量约为20%、位阻型扩链剂含量约为15%时，涂膜的施工性能和机械性能可以达到最佳效果。
采用以上实验确定的配方体系，直接在未经处理的混凝土表面施工，涂膜不会出现鼓泡、针孔等缺陷。图2为几张实拍照片，图2a为未经处理的混凝土底材(多孔、多缺陷)、图2b为聚脲直接在未处理混凝土底材上的施工效果、图2c为对混凝土底材进行处理后的聚脲施工效果。
图2 混凝土底材处理前后效果图
2 喷涂聚脲涂料的施工工艺
涂料行业有句俗话：“三分油漆、七分施工”，而喷涂聚脲涂料作为一种快速反应的功能型材料对施工的要求就更加严格。我们通过总结，在施工时必须注意和完成的工序如下。
2.1 混凝土基材的表面处理
(1)检测混凝土结构的强度，结构强度必须要达到设计要求。表面的阴阳角必须圆弧过渡(阴角R＞10mm，阳角R＞5 mm)：
(2)用地坪打磨机除去表层浮浆、油污等杂质，直至完全露出混凝土结构新面，凸凹处超过2 mm应用角磨机进行磨平。然后用强力吹风机除去表面的灰尘；
(3)用修补腻子对表面细孔进行修补，裂缝处应用水泥砂浆进行填补，裂缝超过30 mm应用水泥进行修复；
(4)对处理好的混凝土结构进行含水率检测，若含水率低于4%，在表面施工封闭底漆，底漆用量控制在0.15～0.2 kg/m2。
2.2 聚脲涂料的喷涂
(1)材料准备：B组分要充分摇匀，若气温低于15℃，聚脲A、B组分(保证粘度要小于1.5 Pa·s)需进行加热；
(2)设备调试：进入施工场地，管道、设备应包扎好，不可出现掉渣、漏料等现象。喷涂前检查A、B两料液压(1 500-2 300 psi)，若液压相差300 psi以上必须卸压放料后再重新开机调试，料温控制在65—70℃范围内；
(3)聚脲施工：喷距控制约40 cm，走枪以后一枪覆盖住前一枪的3/4～4/5为准，行进速度大约每2 s一步。纵向喷涂完一遍后检查涂膜，对大气孑L和凹陷
处用修补料进行找平，修补料干燥2 h后，横向用同样的喷涂方法喷涂到2 mm厚；
(4)后期防护：涂膜施工完毕24 h内应避免重物碾压，7 d后才可以在聚脲表面进行下一道工序。
3 结语
随着人们对混凝土结构进行防护必要性的认识进一步加深，随着喷涂聚脲涂料在我国应用的不断推进和发展，喷涂聚脲涂料作为一种绿色、环保、低能耗、高科技功能材料，在国民经济发展中会起到更大的作用[5]。致力于聚脲涂料开发的单位和同仁们都在深入地研究聚脲涂料的技术和应用，必将使我国的聚脲涂料应用技术推上一个新台阶。
参考文献
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学报，2007，23(4)
2潘淋.喷涂聚脲技术在海工混凝土防护中的应用研究[D].机械科学
研究院硕士学位论文。2006
3 Primeaux，II Dudley J.Polyurea Elastomer with Reduced Moisture Vapor
Transmission【P].United States Patent 5317076，1994-05；-31
4廖有为，等.电厂除盐水箱聚脲防腐涂层的设计和应用[J].电镀与
涂饰，2006。25(7)
5黄微波.喷涂聚脲弹性体技术[M].北京：化学工业出版社，2006
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