摘要：介紹了室外公共工程中暴露型防水耐磨涂膜系統的幾種類型以及其防水結構。

關鍵詞：暴露型、防水、耐磨、現場成膜

　　在地鐵、高速鐵路、路橋、機場、體育場館和水利水電以及室外停車坪等大型公共工程中，應該用到耐久性長的暴露型防水耐磨涂膜系統。本文簡要介紹常見的室外暴露型涂膜種類。

　　一、相關概念和術語：

　　1、聚氨酯（PU）
　　在實際書面語和口頭語中，存著一個廣義和狹義的概念。從廣義的概念來講，聚氨酯是含異氰酸酯（Isocynate）物質與活性氫所形成的各種系列及其改性的高分子物質。它包括了所有通常所說的狹義聚氨酯和聚脲等及其系列產品。聚脲是其中一類特殊的聚氨酯或者稱為高力學性能的聚氨酯。狹義上的聚氨酯，通常是指端異氰酸酯與含端羥基多元醇物質反應而成；或者是端異氰酸酯齊聚物（oligomer）或聚合物（prepolymer）在催化劑和水份中活性氫作用下交聯產生交聯點為脲基的彈性體，同時有二氧化碳副產物生成。


　　2、噴涂聚脲彈性體（Spray Polyurea Elastomer）
噴涂聚脲彈性體是從反應注射成型（RIM）技術基礎上發展而來的。它是從第一代雙組分噴涂聚氨酯彈性體（SPU）和第二代（雙組分）噴涂聚氨酯－脲SPU(A)發展到第三代（雙組分）噴涂聚脲彈性體。其中A組分為含端異氰酸酯物質,B組分為含氨基物質（包括擴聯劑）和樹脂。其兩個組分經專用設備對撞混合后迅速反應形成聚脲彈性體；交聯點上是脲基－NH－CO－NH－，也有極少量縮脲－NH－CO－RNCONHR′－。這是一類雙組分噴涂快反應體系，其具有高力學性能。從廣義角度，它也可稱為一種高力學性能聚氨酯，或一種特殊聚氨酯。但與普通的狹義上的聚氨酯在性能上有根本區別。

　　3、單組分聚脲（One－part PUA）
本文所定義單組分聚脲為異氰酸酯封端物質與特殊叔胺類封端物質混合的組合物。封端叔胺基暴露于空氣中后，在水份中質子酸作用下，形成仲胺基團物質，仲胺基團與異氰酸酯形成脲基，反應過程無催化劑，也沒有羥基物質與NCO反應。組合物中，NCO與封閉氨基團，當量比約1：1左右設計。通常狀態下，異氰酸酯與解除封閉的仲胺基HNR－形成縮脲基—NR－CO－NH－交聯點。這種單組分聚脲盡管其既可手涂也可噴涂，但其完全不同于（雙組分）噴涂聚脲彈性體；它也可以稱為一類特殊的聚氨酯，或稱之為一類高力學性能的聚氨酯。其暴露型產品在室外長期使用無需保護層，不發生變色，粉化等現象。

　　4、氫化聚苯乙烯－乙烯－丁二烯－苯乙烯橡膠（HSEBS）
   這是一類對SEBS進行氫化后，以溶劑、助劑、樹脂等所構成的混合物。其涂布于基層后，有很高的彈性、伸長率、并具有抗紫外線、抗氧化劑、低吸水率等性能。可用于室外暴露型防水工程中。

　　5、彈性PMMA（俗稱有機玻璃或亞克力）防水耐磨涂層。

   彈性PMMA是以聚甲基丙烯酸甲酯材料或其改性材料為現場澆筑成膜物（Liquid Applied Membrane）材料。這種材料具有極其優異的耐侯性能，在室外暴露使用時，無需保護層，它是至目前為止，室外暴露使用時，耐久性（20年以上）最長的防水耐磨材料之一。


　　6、吸水率（Water Absorption）又稱飽和吸水率。

   吸水率是反映涂膜等材料飽和吸水的比率。吸水率越高，在防水涂膜中水份就越多；一些材料在水份長期作用下發生緩慢水解或降解，造成防水失效。其為防水涂膜耐久性需要指標之一。通常的防水涂膜在空氣中吸附了空氣中水份，測定吸水率時，必須先將涂膜中水份烘去。


　　7、抗氧化性（Anti－Oxidant）
   有機材料長期暴露于空氣中均有不同程度的氧化。有的氧化較快，如含不飽和鍵或芳香族的材料易于氧化。其在暴露于室外時，其表面會粉化、變色等。脂肪族材料難以氧化，或緩慢氧化。將涂膜材料置于臭氧中一段時間后，測其力學性能變化或者置于80℃的烘箱中，熱風烘烤2個月，然后測其力學性能變化。


　　8、抗紫外線性能（UV-resistant）
    抗紫外線（UV－resistant）。涂膜材料抗紫外線是指其長時間于室外使用時，其抵抗紫外線發生衰減的能力。尤其是涂膜直接暴露在太陽下暴曬，有機高分子絕大多數材料都有不同程度的降解。太陽光下紫外線部分以315nm波長能量最強，其使鍵能較弱部分化學鏈發生斷裂，并造成涂膜材料弱化以及顏色發生改變。室外涂膜材料應做抗紫外線實驗。通常要求在照射2500小時以上測定材料性能的變化情況。芳香族材料耐紫外線較差，脂肪族材料相對來說較強。


　　9、耐久性（Durability）
   防水涂膜的耐久性是指防水涂膜在自然使用環境下，保持防水功能時效的性能。防水涂膜起初固化后，都有較好的防水功能，隨著時間的增長，防水涂膜在水中浸泡、紫外線作用、空氣氧化以及粘接失效和基層開裂，微生物作用等環境因素作用下，防水涂膜逐步喪失防水功能。防水涂膜的耐久性就材料本身性能來說，與涂膜吸水率、抗氧化性、抗紫外線以及本身的力學性能和柔性，粘接性能等有直接關系。

　　10、質量保證期（Aging guarantee）。

西方國家建筑物的質量保證期是一種制度，它是在建筑工程中必須遵循的一個規則。法國在SPINETTA法規中提出了建筑物質量保證期制度。它是強制性的法規。它的描述是，----ALL parts connected the building must be functional and guarantee---即與建筑物相關的所有部件必須發揮其功能，并且必須是一種保證。這種保證由保險公司提供擔保，它是工程進行前的必做步驟之一。歐洲普遍實行至少10年以上的質量保證期制度。美國的大部分州實行15年以上質量保證期制度。防水工程是建筑物中不可缺少一部分，西方國家執行質量保證期制度。質量保證期實行賠付制度。我國目前仍執行保修期制度，沒有賠付規定。

　　二、暴露型聚氨酯和聚脲防水涂膜
通常所說聚氨酯防水涂料和聚脲防水涂料絕大多數采用芳香族體系。而這些芳香族聚氨酯和聚脲防水涂料如果長期暴露于室外使用，在自然環境作用下，其表面會逐步的粉化、變色、弱化。這種表層衰減是一個漸變過程。即使是市場上常見的高強度芳香類噴涂聚脲彈性體，其在陽光下暴曬，一段時間后，其表面會變色，以及輕微粉化現象存在。變色容易看出，粉化不易辨出。因為粉化是很少一部分，很快被雨水沖刷干凈，然后新的粉化層逐漸出現，經過幾年后，其有效涂膜層厚度在不斷變薄，當有效涂膜層低于1mm以下時，其防水失效的幾率大大增加了。因此，在西方國家，通常需要在芳香族非暴露型涂膜表面覆蓋一層可暴露型涂膜。這層暴露型涂膜具有抗紫外線、抗氧化性、低吸水率等耐侯性能。圖1為聚脲類防水構造示意圖。


　　聚脲類防水構造示意圖

　　這是一種具有耐久性長，比較經典的防水結構。其中1為混凝土，要求結實、堅固。如果有疏松部位應除去其疏松部分，基層混凝土強度（抗拉）至少應在2.5Mpa以上。如果平整度不夠或十分粗糙或有孔洞，可用專用樹脂SJK RS與石英砂攪拌漿補平。樹脂不建議使用EVA或AVE或丙烯酸水溶性和水乳型材料拌漿，不能用JS涂料補平，也不建議用界面劑加水泥漿補平，否則，有可能形成弱化界面層。專用樹脂SJK RS與石英砂形成的過渡層強度至少應大于原混凝土強度，其界面粘附力（在水中浸泡30天后的潮濕界面）至少應在2.0Mpa以上。其上是芳香族噴涂聚脲和暴露型涂膜防水層結構。表1和表2為聚脲類涂料性能（供參考）。

表1.芳香族噴涂聚脲主要力學性能

　　如果在混凝土上涂布底涂劑后的表面直接涂刷或噴涂暴露型單組分聚脲，則可以不需要保護層。如森聚柯公司SJK590單組分聚脲在北京奧運五棵松棒球體育場1＃、2＃看臺表面做防水耐磨工程，以及國內一些水利、水電的防水工程后，經過一年半后，再次檢查，其淺灰色表面沒有發生顏色變化。沒有粉化，粘接基層十分牢固，效果非常好。圖2為暴露型單組分聚脲防水結構示意圖。  

圖暴露型單組分聚脲防水結構示意圖
SJK590暴露型單組分聚脲主要力學性能見表3。

表3.暴露型SJK590單組分聚脲主要力學性能

　　三、暴露型HSEBS防水涂膜
　　HSEBS單組分涂料，可以調成各種顏色如白色、淺灰、灰色、米黃等顏色。其具有良好的抗紫外線、抗氧化、低吸水率等性能。但這種暴露型材料不建議用于地下工程和室內，其僅用于不常上人的屋面和不常上人的公共工程。其不能承受車輛碾壓，和用作交通的人行路面。森聚柯公司SJK760單組分HSEBS涂料見表4。

表4.單組分SJK760HSEBS防水涂料
此類材料不宜用于耐磨性地面，但可用于暴露型不常上人屋面防水系統，無需保護層。

　　四、暴露型PMMA防水耐磨一體化涂膜
國內許多人士，尤其是建筑人工對防水涂料于室外暴露使用時，能耐10年以上，乃至20年以上，一直抱有懷疑。其實，單道防水耐久性在20年以上暴露型涂膜是可以實現的。汽車涂膜經過20年以上的日曬、雨淋，從未發現其開裂、變色、粉化現象。這種材料主要是PMMA。但汽車涂膜為薄型涂料約40～200ūm并且為剛性（rigid）。對PMMA進行改性即為彈性PMMA防水涂料，并且有很好的耐磨性。PMMA俗稱為有機玻璃或亞克力，西方國家多數將其用作室外耐侯性地坪材料。這種材料的最大優勢是耐侯性優異。在紫外線長期照射下，其力學性能幾乎不發生改變，并且其可耐200℃的高溫，短期可耐＋250℃的高溫。這種材料固化速度非常快，15～30分鐘即表干，2小時可上人，在3小時后，即可以上車（帶橡膠輪胎的重型車，但履帶式車輛應作進一步處理）。森聚柯公司SJK2899PMMA防水耐磨涂料見表5。


　　表5.SJK2899 PMMA主要力學性能
PMMA防水耐磨涂料是目前為止，耐侯性最為優異的材料之一。對于耐久性長的公共工程。如室外停車坪、高鐵、路橋、屋面等防水耐磨工程具有很強的耐侯優勢。它將為打造至少20年以上保證期的單道防水工程具有明顯的優勢，這為我國公共防水工程節省大量的人力、物力和財力。從根本上達到節省資源、節能、降低綜合成本的目的。

　　五、基層處理底涂劑（PRIMER）
建筑防水工程施工作業時，作業人員總希望不用底涂劑，對于基層干燥（小于9％混凝土），并且固化過程較慢，浸潤（wetting）時間長的涂料，可以不用底涂劑。但這不是保證。因為除了混凝土含水率外，基層毛細孔中有氣體釋放。底涂劑是增加涂料的粘接性能，同時密封基材的水汽和其它氣體進入涂膜層中。使用合適的底涂劑是防水涂膜發揮長久功能的基礎。

　　對于那些固化率非常快的涂料，如雙組分噴涂聚脲和PMMA防水涂料，必須使用相應的底涂劑。否則，會形成一個較弱的界面層，這對防水和耐磨工程的耐久性不利。因此，使用底涂劑有其必要性。

　　六、涂膜層中間加強層（Enforcement）
　　對于聚脲和PMMA等高強度材料，一般情況下，無需采用無紡布作加強層。但對于細部節點和接縫等應力和應變集中的地方，仍然建議采用無紡布作為中間胎體層。其除了起加強涂膜以外，更為重要的是中間胎體層消除應力集中，改變應力和應變的方向。基層混凝土開裂在涂膜垂直方向上時，于涂膜中間胎體層轉變為水平方向。尤其是結構性裂紋發生時。采用中間胎體和不采用胎體效果差別很大。當結構性裂紋發生時，再強的均質涂膜材料也有可能在垂直方向開裂，但當有中間胎體時，其消除了應力集中，使應變向水平方向傳遞。西方國家的經驗證明，涂膜材料中間胎體層大大延長了混凝土防水的年限。

　　作者簡歷：余建平，男 45歲，工學碩士、高級工程師，從事新型建材領域16年。

　　現為北京森聚柯高分子材料有限公司總經理。

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