高渗透改性环氧系列材料在刚性防水工程中的应用1

高渗透改性环氧系列材料在刚性防水工程中的应用广州科化防水防腐补强有限公司叶林宏关键词：刚性防水材料工程应用摘要：简明阐述了刚性防水的重要性，介绍了高渗透改性环氧防水材料的防水机理，对耐久性的贡献，还对工程应用情况作了介绍一、对刚性防水与柔性防水辩证关系的再认识混凝土结构防水的目的是要有效阻止结构外的水进入混凝土内，因为水的进入会引起钢筋的锈蚀，同时进入水中的氯离子、酸根或氢氧根也会引起钢筋的腐蚀，这必然造成混凝土使用寿命的缩短，所以，防水、防腐、混凝土缺陷修复及裂缝灌浆都是混凝土结构维护的措施，其最终目的是保证混凝土结构的耐久性，从而达到设计的使用年限。混凝土结构内自防水通常在混凝土制作过程中添加减水剂、抗渗剂、或通过蒸汽养护等方法来提高其密实度，降低混凝土的渗透系数，使水难于渗入混凝土中，同时还添加抗裂剂、钢纤维、聚合物短纤维来提高其自身的抗裂性，两者的共同作用达到混凝土结构的自防水能力。由于混凝土是刚性的，这些防水措施又称为刚性防水。混凝土结构的附加防水，视其使用的防水材料不同分为刚性防水和柔性防水两类材料。刚性防水材料常见的A1500、堵漏灵、水不漏、水泥基渗透结晶等无机盐类涂料和有机硅、环氧树脂（分渗透性和非渗透性）等有机高分子类涂料，其共同特点是涂层与渗入形成的结晶或固结体均无弹性，断裂伸长率低。附加防水中的柔性材料，有涂膜类和卷材类，其共同特点是有，断裂伸长率高，两种材料组合使用形成刚柔结合的复合防水体系，效果更好。刚性防水与柔性防水是可以效果叠加的两种技术措施，分别使用时，视使用条件而定，无须进行刚柔谁好谁劣之争。在刚性防水的自防水、附加防水和缺陷灌浆补强三种方式中，提高混凝土自防水性能应是固本扶元之策，这好似一个不太贴切的比喻，混凝土结构防水好比人体防病，人体很健康，自防病能力强是根本，穿衣保暖防感冒、防紫外光直射损伤皮肤有如结构的附加防水措施，生病了吃药打针好比混凝土结构出现裂缝需灌浆补强，所以，提高自防水能力是根本。八十年代前，南方的住宅未做防水，但混凝土质量好，其漏水率反而低过现在的商品房，现在在建的港珠澳大桥，要求使用寿命120年，其中过海大沉管隧道，用钢模板浇筑，单节重量上万吨，无法实现全包防水防腐施工，因此，只能实施一些特殊措施增强结构自身的抗渗能力，以防止海水和氯离子等有害物质的渗入，其试验结果显示，只做结构自防水依然能确保使用寿命120年，现已开始施工建造。这样的工程应用实例在发达国家的类似重要工程中也为数不少，说明了刚性防水中提高其结构自防水能力是十分重要的，是防水之本。当然，在可以进行防水防腐施工的情况下，重要工程还是应通过复合防水防腐的方式来确保达到设计使用寿命，这在经济上也是合算的。二、一种优秀的刚性防水材料－高渗透改性环氧系列材料1、环氧树脂防水材料的特点及在国内外的应用环氧树脂有几十种，其用途最广、用量最大的双酚A型环氧树脂，常称为通用型环氧树脂，因其分子结构中含有羟基、醚基、活泼的环氧基极性基因，因而具有独特的高粘接力，固结体呈立体网状结构，收缩率小，耐酸、耐碱、耐溶剂、耐水性能好，机械强度高，力学性能好，所以，已广泛用作粘合剂、防腐涂料、防水涂料和灌浆材料。德国的道桥防水基层处理原用溶剂沥青打底，防水与粘接性差，后改用环氧树脂做底涂，两遍总用量0.9－1.1KG/m2,上面再铺厚度4.5－5.5mm的改性沥青卷材做复合防水，2009年此ZTV标准已成为欧洲标准⑴日本也有环氧树脂防水涂料，并形成了系列产品。香港地铁八十年代后新建的地铁车站和大开挖地段的结构顶板和边墙采用环氧树脂防水涂料喷涂，直接喷涂在混凝土面上，达到香港A级防水要求，此做法在香港地铁后期项目中占了大多数⑵，为国内地铁防水工程提供了参考和借鉴。我国水利水电工程应用环氧涂层作防渗防漏和环氧化灌浆材对结构裂缝灌浆补强始于上世纪六十年代，也有使用环氧砂浆喷涂1－2cm厚作防水层，均取得较好的效果，但未实现环氧类材料的商品化，也未能在其他民用建筑工程中推广应用。2005年，广州科化防水防腐补强有限公司推出了国内首创的高渗透改性环氧防水涂料，它与国外产品相比，力学性能差不多，但湿粘接强度更高，还可在潮湿的混凝土基面施工，其防水机理是在混凝土结构表面涂刷后能沿着毛细管道和肉眼难于发现的裂纹自外而内渗入混凝土内2－10mm（标号不同，用量不同，渗入深度不同）固化后形成一个不透水的固结增强层，不仅水难于进入，空气之中的有害气体也难于进入，并且使渗入层的强度拉高30%以上，起到防水、防腐、修补结构基层表面和补强的作用。2009年9月通过了建设部的评估鉴定，专家们形象地称之为“植根式涂膜”，同年底列为建设行业推广项目，并获《国家重点新产品证书》。几年来，在许多防水与渗漏治理工程中应用效果显著，也带动了国内一批科研单位和企业研发生产环氧类防水涂料，目前，科化公司作为副主编单位参加了《环氧树脂防水涂料》行业标准的制定。2、高渗透改性环氧防水涂料及系列材料的性能特点：高渗透改性环氧防水涂料的基本技术源自国家发明专利“高渗透呋喃环氧化灌浆材”即中化－798第一代浆材，科化公司董事长叶林宏研究员做为该项专利发明人之一，向原工作单位购买了该项专利，并在此基础上运用研究长达七年之久的浆液渗透机理和各组分间的反应机理做指导，研制出了性能更好的第三代中化－798高渗透改性环氧化灌浆材（即中化－798－Ⅲ）。还针对混凝土属多孔介质的特性和工程要求，研制出了混凝土专用的高渗透改性环氧系列材料：防腐涂料（KH-1）、防水涂料（KH-2）、化灌浆材（KH-3）、防水与粘接又功能界面粘合剂（KH-5）、喷涂聚脲专用底涂（KH-7），统称为中化－798－Ⅲ高渗透改性环氧系列材料，2011年列为国家火炬计划，科化公司成为广交会优质供应商。系列材料的固结体虽然有一定韧性，均属刚性体，都具有防水功能，所以，都属刚性防水材料。共有物理力学性能见下表：项目技术指标1密度（g/ml）1.03—1.122粘度（mPa.s）2.6—10.33初凝时间（h）4—1004抗压强度（Mpa）60—1005抗拉强度（Mpa）15－266抗剪强度7－157粘接强度（Mpa）干燥基面≥4.6-5.6潮湿基面≥3.6-4.28透水压力比（%）≥300－3709冻融循环前后重量变化率（%）≤1.3－3.210耐化学质介浸泡14天5%HCL≤无变化饱和Ca(OH)2≤无变化11耐紫外线老化1000小时无变化12C30混凝土渗入深度（mm）3-10mm高渗透改性环氧与国内外同类产品相比较，具有以下特点：1）、具有优异的渗透性，能渗入大坝基础泥层与软弱岩石中使其加固，能渗入混凝土表层下3－10mm,这是绝大多数同类产品不具备的。见图1、图2、图3图1图2图32）、具有优良的力学性能，特别是与混凝土基层的湿粘接强度，远高于同类产品。3）、国内产品大多用糠醛－丙酮稀释体系，属非活性稀释剂，而本公司产品独有催化剂能将丙酮活化参加反应，因而韧性、耐久性都大幅提高。4）、施工方便，不像同类产品对混凝土干燥度有要求，可直接在潮湿基面施工5）、固结体无毒，不产生污染6）、从中化－798第一代到现在的第三代，均具有优异的耐老化性，用于结构裂缝止水补强工程最长已23年，用于屋面与地下室防水工程最长已20年，均无渗漏。7）、性价比优良，与国外同类产品相比，价格不到它们的三分之一。三、高渗透改性环氧系列材料在工程中的应用高渗透改性环氧化灌浆材（KH-3），一是用于大坝基础低渗透含泥地层与软弱岩体的加固，已用于多个大坝，卓有成效，因不属防水范围，不作介绍。二是用于大坝防水帷幕和混凝土裂缝止水补强，属刚性防水，连同防水、防腐、粘接、卷材及聚脲、底涂系列材料在预防水及渗漏治理工程中的部分应用案例介绍如下：1、在水利、水电工程中的应用：1）、大坝裂缝渗漏治理与补强大坝裂缝的治理和一般民用建筑结构渗漏治理不同的是不仅要止水还必须补强，所以基本上不选择只有堵水效果，但无补强功能的聚氨脂材料，而选用环氧类化灌浆材。在工程实践中业主方体会到使用渗透型，尤其是高渗透型的环氧类灌浆材料耐久性好，因为这类浆材能往裂缝壁内渗透一定深度，形成植根式的固结增强层。加上非活性溶剂丙酮的活化，提高了裂缝内充填的浆材固结体的韧性，可抵御轻微的变形。自然耐久性大幅提高。前年云南小弯电站大坝大量裂缝补强灌浆就选用了这两种环氧浆材，总用量达到了500多吨2）、在广州抽水蓄能电站中的应用1990年，广州抽水蓄能电站输水管高压堵头出现严重漏水，堵头动水头压力大于8MPa,静水头压力达到6MPa，堵头喷漏水量达11.5m3/h,其处理方案为水泥－化灌复合灌浆方法，环堵头洞壁布置三排环形灌浆孔，使用速凝水泥进行灌浆，第一环灌完后，漏水量和漏水压力明显减少，接着灌第二环、第三环，到渗漏水量很小时，使用中化－798进行化学灌浆，处理结果，堵头迎面不再漏水。各方均满意，《南方日报》进行了报道。2006年输水管出现大量空洞，被迫停机抢修，先在空洞壁涂刷KH-5,再用混凝土修复，最后在管内侧涂刷KH-2两遍，至今完好无渗漏。3）、治理水电厂混凝土输水管缺陷象山梯级电站一条预应力混凝土输水管使用20多年出现了三种缺陷。一是管外碳化引起的白色沉淀堆积和“鼓泡”。二是出现贯穿性裂缝。三是锈蚀在管外多处存在黄褐色锈斑。经多次论证后“就地维护”取代了“换管”方案。治理上述三种缺陷的方法为使用高渗透改性环氧浆材进行裂缝灌浆补强。对白色沉淀堆积和鼓泡及锈蚀点采取清理后进行表面涂刷法处理。业主方经八年观察结果统计，灌注后的裂缝无一返渗，碳化严重的点渗、鼓泡及其10cm半径所包的面积内反渗的占已处理量的5%。大面积高密集度碳化点出现反渗的仅占已处理面积的2%-3%之间。业主方面认为：“使用高渗透改性环氧材料对碳化、开裂混凝土输水管的处理，已获得良好的防蚀效果和耐久性长的使用功能，因而有关各方均表满意。”这也对水电厂混凝土输水管道的缺陷治理，避免换管，节省投资开创了一个好的工程应用先例。2、在地铁工程中的应用1）、KH-3化灌材料在结构裂缝渗漏治理与补强工程中的应用地铁工程中，大多数混凝土结构工程在地下，一旦出现裂缝，均会产生不同程度的渗漏，需要进行化灌处理止水补强；化灌后的效果，是否还渗漏，立即可查。其耐久性，可观察再出现复漏的时间来判定，不同的化灌浆材，化灌后的耐久性差别很大，这已成为业主方重视和考虑选材的重要问题了。广州地铁公园前站是1号线和2号线的交换站，分上下两层，在建时混凝土结构裂缝多，渗漏水较严重，1997年初，曾分区域使用三种材料进行施工止水补强。其跟踪观察结果如下：使用时间聚氨酯一般改性环氧中化798－Ⅱ高渗透改性环氧浆材使用时间3年2个月复漏5年半复漏已14年无渗漏比此更长时间的是广州黄沙珠江隧道大沉管裂缝的灌浆补强，大沉管长105m，宽38m，高7.95m，浇筑后产生了92条裂缝，总长447.4m，缝宽大多为为0.1mm.使用第一代和第二代中化－798化灌浆材做化灌处理。经沉水、试压检查无一渗漏后沉入江底安装。现已使用近20年，至今仍无渗漏。2008年，广州地铁2号线进行大修时，鉴于上表中的使用效果和过江隧道使用效果，将中化－798－Ⅲ化灌浆材KH-3列为2号线大修指定使用的化灌浆材。2009年，深圳地铁也鉴于原来深圳地铁1号线使用高渗透改性环氧化灌浆材的良好效果，也列为5号线14个在建车站渗漏化灌处理指定使用的化灌浆材。天津、成都、昆明地铁结构裂缝治理也是使用中化－798－Ⅲ化灌浆材，均取得良好效果。2）、地铁高架桥面复合防水广州地铁4号线至南沙的30公里为高架桥路段，桥面原设计使用水泥基渗透结晶防水涂料与SBS改性沥青自粘卷材组成复合防水，后因水泥基渗透结晶涂料施工速度慢，涂刷后要养护至少2天才能贴卷材，难于保证工期且造价较高。后改用高渗透改性环氧防水与粘接双功能界面粘合剂KH-5替代，与上述卷材组成复合防水系统（见图4、图5）。图4图5设计用量0.5kg/m2，实际使用量约0.4m2，涂刷两遍。涂后2-4小时即可铺设卷材。复合防水层做粘接强度和剥离强度检测时，都是卷材在粘接面外断裂，完全实现了高强度满粘。施工时正值7至9月份，是广州雷雨季节，为赶工期，雨后不到一小时桥面完全潮湿就施工，依然粘接效果好。不仅提前了工期，还节省了投资，质量也比用水泥基渗透结晶涂料好，现已投入使用5年，检查未发现有渗漏。3）、车站顶板复合防水正因为在4号线桥面用上述复合防水系统取得良好效果，后来广州地铁这一复合防水系统用在车站顶板的防水上。目前，广州地铁5号线.、6号线及广佛地铁均在施工。4）、大开挖地段的顶板与侧墙复合防水原来1号线大开挖地段的顶板与侧墙曾使用热溶型卷材，效果不理想，去年三元里至嘉禾段6公里大开挖地段已使用上述复合防水系统，已完成该路段施工。5）、桩头防水国外使用无溶剂环氧做防水涂料，从涂刷到焊筋、钉模板到浇筑。可操作时间只有19个小时，施工较紧张。国内原来使用水泥基渗透结晶结晶防水涂料，新老混凝土间粘接不好，现在使用KH-5防水与粘接又功能界面粘合剂，不仅防水与粘接效果好，可操作时间可达40小时以上，施工方便，现已推广到深圳地铁、佛山地铁和广州、中山等地的建筑工地应用。6）、盾构管片防腐与防水工程中的应用：国外盾构管片的防腐与防水，基本上都使用无溶剂环氧涂料，用量在0.5-0.6kg/m2。因不能渗透，要求涂层厚度达到0.3mm左右，国内前几年曾用过环氧一沥青涂料、环氧聚氨脂涂料、水泥基渗透结晶涂料，但柔性涂料在管片安装时容易被盾构机尾扫扫掉一部分，完整的涂层部分受到破坏、因而只用过少量工程。而水泥基渗透结晶涂料本身是水泥的活性成分，对防水有作用，对防腐是起不到作用的。曾有少量盾构工程中用过，去年深圳地铁5号线其中一个标段设计使用，在麻涌管片厂涂刷后放水池养护14天，取出后发现脱皮剥落，后改为用KH-1。现在国内地铁工程中大量使用的是高渗透改性环氧防腐涂料KH-1。深圳地铁1号线延长线和2号线的一部分和5号线全线均使用KH-1，用量是0.4kg/m2，总面积约100万m2，天津地铁2号线3号线盾构管片使用面积达100万m2，使用效果均超过设计要求。天津地铁朱敢平总工等人写的文章“高渗透改性环氧涂料在天津地铁盾构管片外防腐防渗中的应用”已发表在《中国建筑防水》2010年第二期上。因为效果好，天津地铁4号线5号线、深圳地铁7号、9号、11号线将继续使用高渗透改性环氧防腐防水涂料，大连地铁也开始使用KH-1。涂刷后盾构管片的情况见图6、图7图6图73、在污水处理池、化工车间、军港码头防腐工程中的应用.1）、生活污水处理池防水与防腐生活污水处理池过去也曾使用过水泥基渗透性结晶涂料，防腐效果不如环氧类材料。2006年汕尾污水处理池使用KH-1作防腐防水，用量0.6kg/m2,涂刷两遍，已运行五年多，效果良好。2）、工业污水处理池防水与防腐广州开发区—电镀厂污水处理池水温80℃，原使用环氧玻璃钢做内防腐，因环氧玻璃钢与池壁剥离并渗漏需每年重新更换，后改用KH-1，用量0.6kg/m2,现已使用四年，完好无损。3）、军港码头的防水与防腐2010年，先后对广东的几个军用码头潮差带用KH-1作了防腐处理，效果令部队很满意。现在珠海神华集团新建的煤码头也设计使用KH-1.4、在国家文物保护工程中的应用北京云居寺文物地库渗漏治理工程，由北京海马建筑防水工程施工，采取了不拆除面砖，用专用工具在砖块缝间灌注KH-2。三天后在花岗岩上涂刷无色的KH-2防水涂料，治理效果使库内湿度下降到35%。满足40-45%的要求，比原拆除地砖重做防水层方案工期提前90%，工程成本降低65%（详见《防水工程与材料会讯》2008节四期）。广州六榕塔加固维修由中科化灌公司施工，裂缝和砖缝采用第二代中化-798化灌浆材灌注，已经使用12年，效果良好。5、民用建筑工程中的应用1）、在预防水方面的应用2006年开始，KH-2纳入了由建设部工程质量安全监督与行业发展司组织，由中国建筑标准设计研究院主编的《全国民用建筑工程设计技术措施—建筑产品选用技术》，但因推广力度不够等原因，并未在预防水工程中大量应用。从此前同类配方所做的工程来看，效果与耐久性还是令人满意的。中科院广州分院1998年，分院大楼大修时屋面防水和新建的住宅高楼，其地下室和屋面使用第二代化灌浆材作预防水。用量为0.5kg/m2,未做复合防水，不规范，但已使用13年，仍无渗漏。2005年广州生物基地使用PVC卷材与KH-2复合作地下室与屋面防水，分院所属5个研究所住宅屋面单层防水，至今无一渗漏。室内装修时，厨卫间使用KH-2的已越来越多，现已开始在颐和集团商品住宅小区开始应用。2）、地下工程混凝土裂缝的止水补强这方面的应用越来越广，目前，高渗透改性环氧防水材料与灌浆材料均已纳入《地下工程渗漏治理技术规范》。广州站前路5万m2地下商城采用逆作法施工，竣工前几十处渗漏，施工方选用KH-3采取单一或复合灌注方式解决了裂缝漏水问题，对混凝土墙壁渗水工程，先找有无集中渗漏点，有就用聚氨酯点灌。没有的先用堵漏灵涂刷，然后再刷两遍KH-5，解决了渗水问题。5月武汉保利的一个地下车库，地面渗漏水每天约2吨，使用KH-3采用复合灌浆方式先堵水，然后在地面先涂刷KH-2一遍，再用KH-2与水泥粉按1：1混合涂刷一遍，解决了渗水问题。业主方十分满意，愿意长期合作。3）、穿墙管结合部渗漏装修公司碰到的此类问题最多，解决方法是在将管周围2cm楼面混凝土凿深度约0.5cm的环形槽，在槽内及管结合部涂KH-2两遍，每遍间隔约40分钟，然后用水泥砂浆将槽抹平，效果十分理想理想。见图8、图9图8图94）、新建游泳池的渗漏治理2005年5月，广州淘金花园新建的游泳池渗漏严重，施工队将饰面砖和原来卷材防水层剥掉，在混凝土浇注的池壁和池底寻找渗漏裂缝，大于0.15mm的裂缝用KH-3灌浆，小于0.15mm的裂缝用KH-2沿缝3遍涂刷。其余地方均用KH-2涂一遍，用量0.2kg/m2,再用KH-2按1：1比例加水泥粉调匀后涂刷一遍。在涂层未完全干时批水泥砂浆，再在砂浆上贴饰面砖。现已使用6年多，未发现渗漏。见图10。图106、在京沪高铁桥面和水电大坝喷涂聚脲防水层工程中的应用KH-7是专门针对京沪高铁喷涂聚脲防水层作底涂使用的，检测部门透露是几十家送样样品中检测指标最高的，经2009年8月底中铁15局现场试验检测，不论是抛丸的与未抛丸的粘结强度都远远超过《暂行技术条件》要求。而且不抛丸的更高，因KH-7能渗入桥面浮灰层提高其强度。但底涂未作为甲供材料，是由施工方自行采购，由于施工中标价低，价格不相宜。所以，KH-7仅在济南附近使用了很小一段。2011年6月，水电三局在云南洛札渡大坝迎水面用喷涂聚脲做防水层，要求湿粘接强度≥3MPa,开始