高渗透改性环氧基层处理剂

1、高渗透改性环氧基层处理剂及其应用摘要：介绍了国内外桥面防水基层处理剂的应用情况，对基层处理剂的作用与重要性、高渗透改性环氧基层处理剂的性能特点及其应用情况做了详细阐述。关键词：高铁桥面防水系统；基层处理剂；高渗透改性环氧材料1.国内外桥面防水系统及基层处理剂应用概况做好混凝土结构的防水与防腐处理是提高混凝土工程耐久性的重要措施。发达国家对此十分重视，防水投资约占工程总额的6%国内的重视程度在逐步提高，防水投资只占工程总额的1防3%下面就国内外桥面防水体系及基层处理剂（又称为底涂）应用情况做简单介绍。1.1国内高铁专线桥面防水体系简介我国高速铁路（客运专线）的建设是前几年才开始的，比欧洲晚了约

2、30a,也晚于日本、韩 国和台湾，但我国目前对高速铁路的投资规模和建设速度都是空前的。铁道部对客运专线桥面防水体系也十分重视，于2005年8月以科技基函2005101号文颁布了客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件；2007年4月，铁道部又通过科技基函20076号文发布了客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件修订版，主要是增加了新的防水卷材品种，即增加了高聚物改性沥青防水卷材。修订版中规定使用的几种防水材料及基层处理剂简介如下1:1.1.1氯化聚乙烯防水卷材分两类型号规格：N类无复合层卷材，规格厚度是 1.2mm与1.5mm,采用聚氨酯涂料与桥面 基层粘贴；L类纤维复合卷材，规格厚度是 1

3、.5mm与1.8mm,采用聚氨酯涂料或水泥胶与桥 面基层粘贴。修订版中对用于粘接的聚氨酯涂料有明确规定。以上两类卷材下面均未使用桥面基层处理剂。1.1.2高强度聚氨酯防水涂料要求拉伸强度 6MPa远高于一般聚氨酯防水涂料的3.5MPa,但与桥面潮湿基面的粘结强度指标仅为 0.6MPa。用于有殖桥面道殖槽以外和无殖桥面防撞墙以外。要求涂抹厚度 2mm每平方米用量约为 2.4kg 。在涂层下面未使用基层处理剂。1.1.3高聚物改性沥青防水卷材按高聚物类别划分实为SBS改性沥青热熔型卷材，厚度规格为 3.5mm和4.5mm,在卷材下面先使用高聚物改性沥青基层处理剂，用量不少于0.4kg/m2 ,但与

4、基层的粘结强度只要求A0.8MPa,指标定得太低。修订版中明确了桥面防水层的结构形式，如图1、图2和图3所示。防水卷和氧化聚匕靖）站贴用聚虹酷防水涂料梆而原提图1卷材加粘贴涂料型保护宗惘酎招良用BSkih料LQ mm摩,2.4 四由丹 ffWSB图2直接用于作防水层的高强聚氨酯涂料型ll 1F VA商聚褊姓姆戢S卷材（热嫌）aaa嫩牲isff陆水卷祈膈）M X处理幽更寓我物改it浙育）图3高聚物改性沥青防水层1.1.4喷涂聚脉防水层京津城际轨道交通在国内第一次使用了高性能的喷涂聚脉作防水层，其基层处理剂使用的是聚氨酯，每平方米用量仅0.2kg o 2008年投入运行，总体情况是成功的，因经验不

5、足，也存在一些问题，有聚脉防水层 起泡和剥离的现象，笔者认为这主要是对基层处理剂的重要性认识不足，对基层处理剂与混凝土桥面基层的干、湿粘结强度要求指标偏低 31.5MPa），而且用量太少，仅 0.2kg/m2 ,对基层封闭效果不好；聚氨酯虽然与聚脉相容性好，但与潮湿基面的粘结强度自身偏低，起不到提高聚脉与混凝土基面间粘结强度的作用。国外基本上都是使用环氧材料作基层处理剂，而且用量都在0.5kg/m2以上。所以，京沪高速铁路桥面聚脉防水层的基层处理剂的选择就做了较大改进：选用的是环氧或聚氨酯，要求指标和用量也大幅提高，具体见表1。序号汝目枝术揩标讯骚方注1 9卜4顷v：2 岌干时Hl/ti3陆结

6、强.度湘湿系无哒胶-括块同溷一GB1/TI6777表1基层处理剂底涂性能指标及试验方法注：底涂粘结强度包括底涂与混凝土基层以及底涂与后续施工聚脉涂层两项同检测。基层底涂用量：不宜 低于 0.4kg/m2 。另外，由于在聚脉防水层上面不做细石混凝土保护层，考虑聚脉防水层直接暴露于大气中，日久表面会发黄，可以在聚脉层表面涂刷0.2mm厚的脂肪族聚氨酯面漆，整个防水结构形式见图4、图5图4轨道板以外防水层构造四叫脂肪探面层嗖潦聚服禅性防木湍料哉31mm而侦面推姓土绪杓喷涂M弹性防水涂料八m咀fl?曲混嵯L".X图5轨道板下防水层构造1.2国外高铁桥面防水系统简介国外高铁桥面防水系统最具代表

7、性的是德国的桥面防水系统2 , 2003年德国制定了桥梁工程标准ZTVING2006年确定ZTVING试行成为欧洲标准，并已确定于 2009年列为欧洲标准EN14695o其防水系统的结构如图6所示。混簸上促史二诉反鬲脂基层封制整理履匝50* 虹/底）询fif混SS七米坟图6防水系统构造图ZTV标准确定了高铁专用的 SBS改性沥青卷材的指标，规定了卷材和环氧基层处理剂的粘结强度要大于 1.5MPa,对基层处理剂的使用十分重视：原先用的是溶剂型沥青冷底子油作基层处理，但随着德国规范 ZTV-BEL-B德国桥梁防水技术规程 的要求越来越严格，须使用无溶剂双组分的环氧树脂作为基层处理剂， 它能使混凝土

8、与卷材间有更好的粘结力（A1.5MPa）,同时又是一种很好的隔汽层材料，能使混凝土中残存的潮气不会进入卷材及以上构造。为避免气泡的产生及桥面基层的平整度状况，环氧树脂的涂刷可视情 况涂刷1层（约0.5kg/m2 ）或2层（约0.91kg/m2）,还要根据具体情况在基层处理剂表面铺撒适当粒 径的石英砂。德国和欧洲的公路桥梁也按此标准执行3。日本、韩国、新加坡的高速铁路防水系统大体与此相同。美国旧金山市圣玛特海湾大桥，全长8.6km,建于1929年，在1999年大修和加宽时，桥面混凝土基层使用聚脉作防水层，也是使用环氧树脂作基层处理剂4 , 2003年已完工。1.3国内外桥梁防水系统中使用基层处理

9、剂情况的评价从上述情况可知，国内高铁桥梁防水系统中，使用 N型、L型氯化聚乙烯和高强聚氨酯的系统中没有使用 基层处理剂，笔者认为这是一个不完整的防水系统。使用高聚物改性沥青卷材系统，使用的是高聚物改性沥青（冷底子油）作基层处理剂，这是德国淘汰的做法，与基层的粘结强度仅要求A0.8MPa,性能和粘结强度都低，必然耐久性差。使用聚脉的系统中，天津城市轨道使用的是聚氨酯，与基层的粘结强度还不如 聚脉与基层的粘结强度，起不到基层处理剂能提高防水层与基层粘结强度的作用，而且用量过少，因而存 在缺陷。京沪高速铁路桥面喷涂聚脉防水层暂行技术条件对基层处理剂的要求作了改进，选用环氧或聚氨酯，要求与桥面基层的干

10、、湿粘结强度都要A2.5MPa （与聚脉与基层的干、湿粘结强度相同），这是基本合理的，最好是高于聚脉与基层的粘结强度为佳。以德国为代表的欧洲桥面防水系统的基层处理剂将过去使用的改性沥青冷底子油淘汰而改用无溶剂环氧树脂，用量达0.50.9kg/m2 ,价格已高于主材（SBS卷材），这说明他们对基层处理剂耐久性的重要作用已做了深入研究，才会改用价格高、性能好的基层处 理剂。2.桥面防水系统中基层处理剂的重要性与作用2.1桥面防水系统中基层处理剂的重要性桥面基层处理是桥面防水系统中的重要一环，因为桥面基层总是会有水分的，其含水量的多少对防水材料 与桥面基层的粘接效果影响甚大，桥面基层中所含的自由水分

11、子沿着混凝土的毛细管道、微细裂缝沿上可 到达基层面上，形成的气压和水分子膜会影响防水材料与基层的粘接效果，进而影响整个防水系统的质量 和耐久性，特别是对桥面基层含水率有严格要求即敏感的防水材料影响更大，所以，使用基层处理剂对桥 面基层进行封闭、补强处理是保障桥面防水系统的完整和质量以提高其耐久性的必不可少的措施。这也就 不难理解为什么欧洲的桥面防水系统要淘汰价格低的溶剂型沥青冷底子油而大量使用价格高的无溶剂环氧树脂作基层处理剂了。这套系统中使用高成本的无溶剂环氧处理基层每平方米的造价已高过每平方米SBS卷材的价格，这也说明他们对桥面基层处理作用与效果的研究及基层处理剂筛选和认定已达到很深的地步

12、。2.2桥面基层处理剂的功能欧洲的经验是值得借鉴的，笔者认为桥面防水系统中基层处理剂的作用不只是起封闭基层和补强的作用，应具备以下六方面的功能：(1) 封闭。封闭桥面混凝土基层的毛细管、微孔隙和细微裂缝，阻止桥面混凝土中的自由水分子(潮气)上升到桥面混凝土基层表面，防止破坏防水材料与基层的粘接。(2) 防水。在基层面上的防水层一旦失效，有水渗到防水层下面与基层表面之间时能阻止渗水继续渗入基层表面内引起钢筋的锈蚀，能起到一道防水屏障作用，等于增加了一道防水设防，与上面的防水层组成了复合防水体系。(3) 抗冲磨。基层处理剂在基层表面的涂层应有较好的抗冲磨功能。在防水层遭破坏、有水渗入到防水层与基层

13、表面时，在行车动载荷下对层间水会产生脉冲水压，类似“唧筒”效应不仅引发防水层的“脱落”面迅速扩大，压力水对混凝土也极具溶蚀破坏作用，这时覆盖在基层表面的处理剂涂膜隔绝了水与混凝土基层的接触而自身具有较好的抗冲磨性能，就能抵御动载荷下脉冲水压对涂层的冲刷，保护基层混凝土不被溶蚀。(4) 补强。能增加桥面混凝土基层表面的强度，对混凝土桥面基层的缺陷如微细裂缝等能起到渗透充填、粘接、补强的作用。(5) 提高防水层粘结强度。与桥面混凝土基层和防水层材料相容性好，并能增加桥面混凝土基层与防水材料的粘结强度。(6) 可潮湿基面施工。考虑到具体施工是在露天进行，会碰到下雨的时候，而且工期紧，不可能等到雨后桥

14、面干燥及桥面基层混凝土含水量降到符合要求再进行施工，因此要求使用的基层处理剂对桥面混凝土基层含水量不敏感，在潮湿基面也可以施工，并有较高的湿粘结强度，与潮湿基面的粘结强度应A3MPa为宜。由于环氧树脂分子结构及具有机械强度高、力学性能好、耐水、耐溶剂和耐老化性能好的特性，已广泛用作粘结剂、防腐涂料、防水涂料和抗冲磨材料，作为桥面基层处理剂能很好满足上述前5项功能，部分经改进的环氧树脂配方还可满足第 6项在潮湿基面粘结强度高的要求，这也是欧美国家都选用环氧树脂作基层处理剂的原因。3.1高渗透改性环氧材料高渗透改性环氧材料是指具有优异渗透性、可灌性的改性环氧材料，是指能灌入微米级的岩土孔隙、裂缝，

15、在自然状态下能在混凝土表面通过毛细管道、微孔隙和肉眼看不见的微细裂纹渗入混凝土内2mm以上，能在压力下灌入渗透系数为 10-8 10-6cm/s的低渗透软弱地层或夹泥层的改性环氧材料。这是区别于不能自然渗入混凝土内、不能灌入低渗透性地层的一般改性环氧材料的特称。高渗透改性环氧系列产品源自中国科学院广州化学所的高渗透性“中化-798化学灌浆材料”，20世纪80年代末其用于青海龙羊峡水电站大坝基础低渗透软弱地层 G4劈理带原位加固处理获得成功，在世界上开创了用水泥-化学灌浆方法原位加固低渗透软弱地层以替代传统的开挖回填方法的成功先例。随后对浆材的渗透机理和反应机理进行了深入研究，相继推出了 “中化

16、-798 ”第二代产品及第三代产品“中化 -798-山高渗透改性环氧化灌浆材”，并且结合工程实际，还开发出了混凝土专用的防腐、防水、补强、粘接的系列涂料产品并将其商品化，统称为“中化-798-山高渗透改性环氧系列产品”，主要包括有：高渗透改性环氧防腐蚀涂料(KH-1)、高渗透改性环氧防水涂料(KH-2)、高渗透改性环氧化学灌浆材料 (KH-3)、高渗透改性环氧防水与粘接双功能界面粘合剂(KH-5)。以上4种材料已在众多工程中成功使用，如：20多个水电大坝基础和坝体裂缝补强；4个城市地铁的车站顶板、大开挖地段的顶板与侧墙、桩头、盾构管片防腐、高架桥面防水；多个工业和生活污水处理池防腐防水，隧道渗

17、漏补强，港口潮差带防腐；重点文物保护单位地库防水及众多民用建筑的地下室、屋面、厨卫间的防水等。其具有共性的物理力学性能指标见表2。序号指标拉川强阻MPa风小。勺抗敦强度/MPs20403撞兆脸帷MPa10-154与混凝_L牯姑强技/'MFa干面6.5： 湿面3 3耐般的网C1疫泡LI d)5化耐喊性面 g 啊枣泡11 d无变化7繁外线试Si门000 h)也化8透水压力比300 -37&g汁融系数用河®10初始块度呻&，节2. 63-10.03.2高渗透改性环氧系列材料的优势3.2.1具有优异的渗透性能能渗入不同标号的混凝土或砂浆中210mm（见图7）,混凝土标

18、号越低，渗透越深，C50混凝土渗入深度> 3mm广东省建材检测中心对 C50混凝土渗透深度的检测结果为3.57mm半，、砂紫就这是其他改性环氧材料达不到的图7渗入固结剖面图能灌入渗透系数 K=10-810-6cm/s的低渗透性地层的夹泥中（见图8）或灌入0.006mm的裂缝中（见图9）,鼎镜岩尤捋片,圭村F32断烘中肯海龙羊凑G野理协花灌后取出的0.001叩裂障中有装液克携备泥国罐法芯样图8灌入低渗透性地层的夹泥中的照片（两个照片）1 .I二冲Hi虹击芯样做光笙探饨照片，三条印if巧就化罐策谖芝填,其先反分刷为。一。配mm.。，轮 iiTt 0.00E rm图9灌入0.006mm的裂缝中

19、的照片3.2.2具有优异的力学性能（见表 2）从表2可见力学性能优良，尤其是在潮湿基面的粘结强度远高于其他改性环氧材料。F涂=6涂cos 0涂大于水对混凝3.2.3在潮湿基面有排水置换功能具有局部的亲水和整体的排水功能，增渗剂加入使材料对混凝土的亲和力 土的亲和力F水=6水cos。水（6为表面张力，9为在混凝土表面的润湿角），使材料在潮湿的混凝土基 面上有排水置换功能（见图 10）。因而在含水量高的混凝土甚至潮湿基面也能渗入其内，且潮湿基面的粘结强度远高于同类产品。罹上酒色衣缶甲丑埔上一谪菰滩.段液&术中/株林孝此卅甜图10在潮湿的混凝土基面上排水置换功能示意3.2.4非活性稀释剂活化

20、高效催化剂的应用使材料体系中非活性稀释剂丙酮活化生成预聚丙酮并参加体系反应，从而进一步减小了固结体的收缩性，增加了韧性，提高了固结体耐老化、耐腐蚀的性能和力学性能；因而收缩性远小于同类产品，抗冻融性优于同类产品。3.2.5固结体无毒无污染产品在生产过程中加入的添加剂促进了预聚丙酮和糠醛的反应，从而化解了糠醛的毒性问题，使该材料更加符合环保要求。3.2.6形成植根式涂膜，可消除应力集中作为防水与防腐涂料其他环氧类产品只能在混凝土表面形成一层薄膜，无法渗入其内，在界面因温差变化必然造成应力集中，久而久之造成脱皮剥落现象；而高渗透改性环氧材料能沿着混凝土表面的毛细管道、微孔隙和肉眼看不到的裂隙渗入其

21、内一定深度，形成一定厚度不规则的固结层，可消除界面的应力集中，而且固结层的强度比原混凝土提高30%以上，因而不会出现脱皮剥落的现象，所以固结层的防腐、防水寿命与混凝土相同。3.2.7性价比优良比国外的同类环氧产品在价格上也低得多，还不到国外环氧产品价格的1/3。3.3高渗透改性环氧双功能界面粘合剂(KH-5)高渗透改性环氧双功能界面粘合剂(KH-5)是桥面基层处理剂的适宜选择。从桥面基层处理剂应具备的6项功能来看，KH-5都是具备的。(1) 混凝土属于多孔介质，涂刷在桥面基层的 KH-5可以通过基层的毛细管道、微孔隙和细微裂纹自外而内渗入 2m似上，充填、固化后形成一个增强固结层，抗渗强度大于

22、1MPa不仅能有效封闭基层、防止混凝土内潮气上升到基层表面；同时，一旦防水层失效，也能使从上面渗入到基层表面的水无法进入基层表面内。这就表明可以满足基层处理剂的前两项功能要求。(2) KH-5渗入基层后形成的固结增强层比原混凝土基层的强度提高30%A上(改性沥青冷底子油是达不到的)，可以说显著地提升了桥面基层表面的强度，满足了基层处理剂的第4个功能要求。渗入固结层还可以消除环氧涂膜与混凝土基层面上因材质不同、热胀系数不同在温度变化时或振动时产生的应力集中，所以，固结增强层不会“脱皮”剥落，也比其他不能渗入、只能在基层表面成膜的基层处理剂耐久性更好。(3) KH-5渗入后形成的固结增强层具有较好

23、抗冲磨性能(也是改性沥青冷底子油无法比拟的)，一旦防水层出现渗漏时，足可抗御渗入基层表面的水在动载荷下产生的脉冲水压对基 层的冲磨和对基层下混凝土的溶蚀。(4) KH-5能大幅提高混凝土基层与上面防水卷材或防水涂料的粘结强度，特别是在潮湿基面上的粘结强度。2008年3月，广东省建材产品质量检验中心在混凝土上用KH-5对SBS自粘卷材和L类氯化聚乙烯卷材做过粘结强度和剥离强度对比试验，其结果是不用KH-5的自粘卷材在粘接面被拉开，其剪切粘结强度为2.2N/mm、剥离强度为0.17N/mm，而用KH-5粘接的均是自粘卷材在粘接面外断裂，其剪切粘结强度为 3.3N/mm、剥离强度为0.47N/mm,分别提高了 50%D 176%而对L类氯化聚乙烯卷材的粘接， 则是在无纺布与氯化聚乙烯层间破坏， 其剪切粘结强度为11.0N/mm,比暂行技术条件修订版要求的指标A3.0N/mm高出了 3倍多。这说明KH-5不仅可以代替L类氯化聚乙烯的水泥粘合剂，还等于增加了一层基面处 理剂。(5) 京沪高铁的暂行技术条件报批稿通过审查后按其规定的基层底涂的技术要求：与混凝土基层的干、湿粘结强度均要 2.5MPa(按GB-16777要求168h的检测数据)。2009年4月，广东省建材检测中心的检测结果是干与潮湿基面粘结强度分别是 4.7MPa和4.0MPa,远高于报批稿的要求。详见表3。心技术指总旅