高 健 ， 梁文偉 ， 姜文英 ， 袁金儀 ， 王建彬

(中船雙瑞(洛陽)特種裝備股份有限公司 ， 河南 洛陽 471000)

低模量聚氨酯密封膠主要采用現(xiàn)場澆注施工手段，材料固化后形成聚氨酯彈性體，與混凝土面黏結(jié)實(shí)現(xiàn)接縫部位的有效防水及變形需求。因其優(yōu)良的耐疲勞性能和低溫性能，與混凝土面有良好的黏結(jié)性能，優(yōu)良的抗穿刺和耐候性能等優(yōu)點(diǎn)得到大力推廣[1]。聚氨酯密封膠由聚氨酯類底漆、彈性體和面漆組成。聚氨酯密封膠施工時(shí)需嚴(yán)格控制混凝土潮濕度及表面起砂情況，施工過程如遇陰雨天氣，施工處混凝土潮濕度增加導(dǎo)致黏結(jié)界面處聚氨酯發(fā)生化學(xué)副反應(yīng)，導(dǎo)致黏結(jié)效果失效；表面起砂導(dǎo)致黏結(jié)不牢固，同樣導(dǎo)致黏結(jié)失效。本工作以增設(shè)潮濕基面封閉層為主要手段，較為系統(tǒng)地研究了封閉劑對聚氨酯密封膠與潮濕界面混凝土黏結(jié)情況的影響。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料及儀器

聚氧化丙烯二醇(GE-220B，Mn=2 000)、聚氧化丙烯三醇(GEP-330N，Mn=3 000)、聚合物多元醇(GPOP36/30G)，上海高橋石化有限公司；改性MDI(JCL1201-2132)、擴(kuò)鏈劑(JCL1201-2130)，北京京嘉聯(lián)創(chuàng)新材料有限公司；辛酸亞錫(TMG129)，上海曼海高施米特化工有限公司；水性環(huán)氧樹脂，武漢漢中涂料有限公司；硅烷改性聚氨酯樹脂，瓦克化學(xué)。DNS2.5型萬能材料試驗(yàn)機(jī)，長春試驗(yàn)機(jī)廠；附著式拉拔測力儀，BGD500，廣州標(biāo)格達(dá)精密儀器有限公司；烘箱，401B，上海試驗(yàn)儀器廠。天平，TX2202L，SHIMADZU?；炷翂K，70 mm×70 mm×10 mm，C40，市售。

1.2 低模量聚氨酯密封膠的制備

①A組分制備。裝有攪拌器、溫度計(jì)和真空管的三口燒瓶中加入計(jì)量的聚氧化丙烯多元醇，攪拌并升溫至(110±5)℃，真空脫水1～2 h，測定其水分≤0.05%時(shí)，停止脫水并降至常溫。加入改性MDI，在攪拌情況下逐步升溫并保持在85 ℃反應(yīng)3 h，當(dāng)測定NCO含量達(dá)到理論值時(shí)停止反應(yīng)，作為A組分備用。②B組分制備。裝有攪拌器、溫度計(jì)和真空管的三口燒瓶中加入聚合物多元醇、擴(kuò)鏈劑，攪拌均勻并升溫至(110±5) ℃進(jìn)行真空脫水2～3 h，測定水分≤0.1%時(shí)，降溫后加入計(jì)量的催化劑，攪拌30 min，作為B組分備用。③低模量聚氨酯密封膠的制備。按所需配比稱量A、B組分，然后倒入同一容器中混合，混勻后采用真空設(shè)備進(jìn)行除泡處理直至無氣泡產(chǎn)生，取出備用。

1.3 水性環(huán)氧封閉劑制備

按比例稱取水性環(huán)氧封閉劑A、B組分，倒入同一容器中混合，加入一定比例水，充分?jǐn)嚢杈鶆颍瑐溆谩?/p>

1.4 潮濕混凝土試塊制備

基材采用強(qiáng)度等級不低于C40的混凝土試塊，去除試塊成型面的浮漿、浮砂、灰塵等。將試塊浸入(23±2) ℃的水中浸泡24 h，用濕毛巾擦去水漬，在標(biāo)準(zhǔn)條件下，陰干停放，備用。

1.5 聚氨酯黏結(jié)試塊制備

在標(biāo)準(zhǔn)條件下，將潮濕混凝土試塊涂覆封閉劑，待實(shí)干后，按照施工材料順序，依次涂覆聚氨酯密封膠，室溫養(yǎng)護(hù)24 h，烘箱養(yǎng)護(hù)4 h，放至室溫，使用高強(qiáng)度黏合劑黏結(jié)錠子，測試備用。

1.6 測試方法

封閉劑與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度：采用拉拔強(qiáng)度評價(jià)，測試方法按照GB/T16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》。拉伸黏結(jié)強(qiáng)度：使用高強(qiáng)膠黏劑黏結(jié)定子和潮濕混凝土試樣，定子采用40 mm×40 mm的方形定子或直徑為40 mm的圓形定子，按GB/T5210—2006規(guī)定的方法進(jìn)行試樣測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 潮濕混凝土面對黏結(jié)性能的影響

2.1.1停放時(shí)間對潮濕混凝土塊含水量的影響

將浸水處理后的混凝土塊，在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)處理，測試潮濕混凝土塊含水量隨停放時(shí)間的變化，測試結(jié)果如表1所示。

表1 潮濕混凝土含水量隨停放時(shí)間的變化

從表1可以看出，混凝土失水量在停放前期降低速率最快，此時(shí)主要是混凝土表層或邊緣部位較多的明水揮發(fā)出來，停放時(shí)間6 h后混凝土表面及四周微微泛白；8 h后混凝土塊吸水量降低速率趨于平緩，混凝土塊呈現(xiàn)中間發(fā)暗，外部泛白，停放24 h后混凝土塊吸水量整體變化不大，趨于穩(wěn)定。

2.1.2停放時(shí)間對潮濕混凝土面黏結(jié)性能的影響

聚氨酯材料未固化時(shí)，本身耐水性極差，材料中的異氰酸基團(tuán)與水會發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生氣泡；嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致基團(tuán)數(shù)量比值失衡，影響?zhàn)そY(jié)效果，從而對產(chǎn)品質(zhì)量造成不可逆的破壞。因此，有必要對不同停放時(shí)間的潮濕混凝土與聚氨酯密封膠拉伸黏結(jié)性能進(jìn)行研究，提出合理的施工間歇時(shí)間。圖1是混凝土塊浸水后，停放不同時(shí)間后黏結(jié)性能測試結(jié)果。

圖1 停放時(shí)間對潮濕混凝土面黏結(jié)強(qiáng)度的影響

從圖1測試結(jié)果來看，停放時(shí)間越長，黏結(jié)強(qiáng)度越高。停放8 h后，黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)到1.34 MPa；時(shí)間超過24 h后，黏結(jié)強(qiáng)度接近1.8 MPa。界面黏結(jié)強(qiáng)度主要受化學(xué)鍵作用和物理錨固效應(yīng)影響較大。晾干時(shí)間較短時(shí)，混凝土中含水量越高，水與聚氨酯材料接觸的機(jī)會越大，聚氨酯材料中一部分異氰酸基團(tuán)與水發(fā)生副反應(yīng)，在黏結(jié)界面產(chǎn)生氣泡，影響?zhàn)そY(jié)面積。此外，混凝土中水的存在，阻礙聚氨酯滲入混凝土微孔中，無法形成錨固效應(yīng)，削弱黏結(jié)效果[2-3]。

2.2 封閉劑對聚氨酯密封膠與潮濕混凝土界面黏結(jié)性能的影響

為了保證聚氨酯密封膠與混凝土表面具有良好的附著力，封閉劑除具有相對致密的涂膜、耐水解性和超強(qiáng)的基材滲透能力外，還可有效抵抗水氣的透過。結(jié)合混凝土梁端不受力的工況特點(diǎn)及施工位置的不便捷性，選用水性環(huán)氧樹脂及硅烷改性聚氨酯作為混凝土封閉劑。

2.2.1封閉劑對潮濕界面混凝土黏結(jié)影響

封閉劑對潮濕界面試樣黏結(jié)測試結(jié)果見表2。

表2 封閉劑對潮濕界面試樣黏結(jié)測試結(jié)果

從表2測試結(jié)果來看，底漆直接涂布于潮濕混凝土表面時(shí)，與混凝土面黏結(jié)強(qiáng)度相較于干燥混凝土面下降35%左右，且觀察發(fā)現(xiàn)界面處有較小的氣泡和細(xì)微針眼狀缺孔。

潮濕界面增設(shè)封閉層后，黏結(jié)強(qiáng)度均出現(xiàn)不同程度的上升，水性環(huán)氧樹脂處理后的黏結(jié)強(qiáng)度接近于干燥混凝土面，硅烷改性聚氨酯處理界面提升了12%。在測試過程中發(fā)現(xiàn)，底漆與硅烷改性聚氨酯封閉劑層間出現(xiàn)不規(guī)則片狀剝離現(xiàn)象，而水性環(huán)氧樹脂封閉劑與底漆和混凝土面結(jié)合完好。硅烷改性聚氨酯類雖然解決了聚氨酯固化階段耐水性差的問題，但由于硅烷接枝后導(dǎo)致材料固化后表面能較低，影響與底漆的黏結(jié)性能。測試表明：水性環(huán)氧效果要優(yōu)于硅烷類封閉劑。

2.2.2水性環(huán)氧封閉劑對潮濕混凝土界面黏結(jié)情況

使用前將水性環(huán)氧樹脂使用不同份數(shù)去離子水稀釋后，均勻涂敷在潮濕混凝土表面，具體稀釋比例及黏結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果見表3。

表3 不同比例稀釋水性環(huán)氧封閉劑潮濕界面黏結(jié)試樣測試結(jié)果

從表3中可以看出，隨著水性環(huán)氧樹脂稀釋比例的增大，聚氨酯密封膠與混凝土面拉伸黏結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的情況，其中使用15份水稀釋后，測試的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度值最大。其原因在于稀釋比例低時(shí)，水性環(huán)氧樹脂黏度較大，不易混合均勻，不易涂布均勻，無法有效滲透混凝土微孔內(nèi)，形成的封閉層存在缺陷；稀釋比例高時(shí)，樹脂有效成分降低，無法起到完全封閉的作用，導(dǎo)致聚氨酯密封膠澆注時(shí)與潮濕界面水氣接觸發(fā)生反應(yīng)；并且稀釋比例過大時(shí)，相當(dāng)于變相給混凝土增加含水量，不利于后期聚氨酯密封膠施工。

將使用15份水稀釋后的水性環(huán)氧樹脂封閉劑處理不同停放時(shí)間的潮濕混凝土塊后澆注聚氨酯密封膠制備測試樣塊，其測試結(jié)果如圖2所示。

圖2 水性環(huán)氧封閉劑對潮濕混凝土黏結(jié)性能測試結(jié)果

從圖2中可知，未增設(shè)水性環(huán)氧樹脂封閉層的潮濕界面黏結(jié)強(qiáng)度明顯較弱。停放2 h時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度不足0.3 MPa；停放8 h黏結(jié)強(qiáng)度不足1.4 MPa；增設(shè)封閉層后，潮濕混凝土界面在停放8 h后，測試結(jié)果黏結(jié)強(qiáng)度接近1.8 MPa；潮濕界面增設(shè)封閉層停放8 h黏結(jié)效果與未設(shè)封閉層停放12 h黏結(jié)效果相當(dāng)。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，潮濕基面增設(shè)水性環(huán)氧封閉層，可以大幅縮短施工間隔，提升黏結(jié)強(qiáng)度，在提升施工效率的同時(shí)，保證施工質(zhì)量。未增設(shè)封閉層的樣品，底漆并未完全浸入混凝土內(nèi)，底漆與混凝土界面呈現(xiàn)局部脫落；增設(shè)封閉層后，其黏結(jié)破壞形式由基面脫落變?yōu)榫郯滨ッ芊饽z內(nèi)聚破壞。采用水性環(huán)氧封閉劑處理后的施工工藝，低模量聚氨酯密封膠與潮濕基面混凝土之間可以形成牢固的黏結(jié)。

3 結(jié)論

①硅烷類封閉劑由于表面能較低，不適用于低模量聚氨酯密封膠體系；水性環(huán)氧樹脂封閉劑優(yōu)于硅烷類。②水性環(huán)氧樹脂封閉劑應(yīng)控制稀釋比例，15份左右對潮濕界面封閉效果最佳。③潮濕界面增設(shè)一道封閉劑，可以顯著縮短工藝時(shí)間，利于雨季間歇施工，并對施工時(shí)界面黏結(jié)有較大提升。