余建平     （北京森聚柯高分子材料有限公司  北京100042）     

摘要：介绍了室外公共工程中暴露型防水耐磨涂膜系统的几种类型以及其防水结构。

关键词：
     暴露型、防水、耐磨、现场成膜
Keywords：Expose、waterproof、Anti－abrasion，Applied－membrane

    在地铁、高速铁路、路桥、机场、体育场馆和水利水电以及室外停车坪等大型公共工程中，应该用到耐久性长的暴露型防水耐磨涂膜系统。本文简要介绍常见的室外暴露型涂膜种类。

一、相关概念和术语：

1，聚氨酯（PU）。
   在实际书面语和口头语中，存着一个广义和狭义的概念。从广义的概念来讲，聚氨酯是含异氰酸酯（Isocynate）物质与活性氢所形成的各种系列及其改性的高分子物质。它包括了所有通常所说的狭义聚氨酯和聚脲等及其系列产品。聚脲是其中一类特殊的聚氨酯或者称为高力学性能的聚氨酯。狭义上的聚氨酯，通常是指端异氰酸酯与含端羟基多元醇物质反应而成；或者是端异氰酸酯齐聚物（oligomer）或聚合物（prepolymer）在催化剂和水份中活性氢作用下交联产生交联点为脲基的弹性体，同时有二氧化碳副产物生成。

2，喷涂聚脲弹性体（Spray Polyurea Elastomer）
   喷涂聚脲弹性体是从反应注射成型（RIM）技术基础上发展而来的。它是从第一代双组分喷涂聚氨酯弹性体（SPU）和第二代（双组分）喷涂聚氨酯－脲SPU(A)发展到第三代（双组分）喷涂聚脲弹性体。其中A组分为含端异氰酸酯物质,B组分为含氨基物质（包括扩联剂）和树脂。其两个组分经专用设备对撞混合后迅速反应形成聚脲弹性体；交联点上是脲基－NH－CO－NH－，也有极少量缩脲－NH－CO－RNCONHR′－。这是一类双组分喷涂快反应体系，其具有高力学性能。从广义角度，它也可称为一种高力学性能聚氨酯，或一种特殊聚氨酯。但与普通的狭义上的聚氨酯在性能上有根本区别。

3，单组分聚脲（One－part PUA）
   本文所定义单组分聚脲为异氰酸酯封端物质与特殊叔胺类封端物质混合的组合物。封端叔胺基暴露于空气中后，在水份中质子酸作用下，形成仲胺基团物质，仲胺基团与异氰酸酯形成脲基，反应过程无催化剂，也没有羟基物质与NCO反应。组合物中，NCO与封闭氨基团，当量比约1：1左右设计。通常状态下，异氰酸酯与解除封闭的仲胺基HNR－形成缩脲基—NR－CO－NH－交联点。这种单组分聚脲尽管其既可手涂也可喷涂，但其完全不同于（双组分）喷涂聚脲弹性体；它也可以称为一类特殊的聚氨酯，或称之为一类高力学性能的聚氨酯。其暴露型产品在室外长期使用无需保护层，不发生变色，粉化等现象。

4，氢化聚苯乙烯－乙烯－丁二烯－苯乙烯橡胶（HSEBS）
   这是一类对SEBS进行氢化后，以溶剂、助剂、树脂等所构成的混合物。其涂布于基层后，有很高的弹性、伸长率、并具有抗紫外线、抗氧化剂、低吸水率等性能。可用于室外暴露型防水工程中。

5，弹性PMMA（俗称有机玻璃或亚克力）防水耐磨涂层。
   弹性PMMA是以聚甲基丙烯酸甲酯材料或其改性材料为现场浇筑成膜物（Liquid Applied Membrane）材料。这种材料具有极其优异的耐侯性能，在室外暴露使用时，无需保护层，它是至目前为止，室外暴露使用时，耐久性（20年以上）最长的防水耐磨材料之一。

6，吸水率（Water Absorption）又称饱和吸水率。
   吸水率是反映涂膜等材料饱和吸水的比率。吸水率越高，在防水涂膜中水份就越多；一些材料在水份长期作用下发生缓慢水解或降解，造成防水失效。其为防水涂膜耐久性需要指标之一。通常的防水涂膜在空气中吸附了空气中水份，测定吸水率时，必须先将涂膜中水份烘去。

7，抗氧化性（Anti－Oxidant）。
   有机材料长期暴露于空气中均有不同程度的氧化。有的氧化较快，如含不饱和键或芳香族的材料易于氧化。其在暴露于室外时，其表面会粉化、变色等。脂肪族材料难以氧化，或缓慢氧化。将涂膜材料置于臭氧中一段时间后，测其力学性能变化或者置于80℃的烘箱中，热风烘烤2个月，然后测其力学性能变化。

8，抗紫外线性能（UV-resistant）
    抗紫外线（UV－resistant）。涂膜材料抗紫外线是指其长时间于室外使用时，其抵抗紫外线发生衰减的能力。尤其是涂膜直接暴露在太阳下暴晒，有机高分子绝大多数材料都有不同程度的降解。太阳光下紫外线部分以315nm波长能量最强，其使键能较弱部分化学链发生断裂，并造成涂膜材料弱化以及颜色发生改变。室外涂膜材料应做抗紫外线实验。通常要求在照射2500小时以上测定材料性能的变化情况。芳香族材料耐紫外线较差，脂肪族材料相对来说较强。

9，耐久性（Durability）。
   防水涂膜的耐久性是指防水涂膜在自然使用环境下，保持防水功能时效的性能。防水涂膜起初固化后，都有较好的防水功能，随着时间的增长，防水涂膜在水中浸泡、紫外线作用、空气氧化以及粘接失效和基层开裂，微生物作用等环境因素作用下，防水涂膜逐步丧失防水功能。防水涂膜的耐久性就材料本身性能来说，与涂膜吸水率、抗氧化性、抗紫外线以及本身的力学性能和柔性，粘接性能等有直接关系。

10，质量保证期（Aging guarantee）。
    西方国家建筑物的质量保证期是一种制度，它是在建筑工程中必须遵循的一个规则。法国在SPINETTA法规中提出了建筑物质量保证期制度。它是强制性的法规。它的描述是，----ALL parts connected the building must be functional and guarantee---即与建筑物相关的所有部件必须发挥其功能，并且必须是一种保证。这种保证由保险公司提供担保，它是工程进行前的必做步骤之一。欧洲普遍实行至少10年以上的质量保证期制度。美国的大部分州实行15年以上质量保证期制度。防水工程是建筑物中不可缺少一部分，西方国家执行质量保证期制度。质量保证期实行赔付制度。我国目前仍执行保修期制度，没有赔付规定。

二、暴露型聚氨酯和聚脲防水涂膜
    通常所说聚氨酯防水涂料和聚脲防水涂料绝大多数采用芳香族体系。而这些芳香族聚氨酯和聚脲防水涂料如果长期暴露于室外使用，在自然环境作用下，其表面会逐步的粉化、变色、弱化。这种表层衰减是一个渐变过程。即使是市场上常见的高强度芳香类喷涂聚脲弹性体，其在阳光下暴晒，一段时间后，其表面会变色，以及轻微粉化现象存在。变色容易看出，粉化不易辨出。因为粉化是很少一部分，很快被雨水冲刷干净，然后新的粉化层逐渐出现，经过几年后，其有效涂膜层厚度在不断变薄，当有效涂膜层低于1mm以下时，其防水失效的几率大大增加了。因此，在西方国家，通常需要在芳香族非暴露型涂膜表面覆盖一层可暴露型涂膜。这层暴露型涂膜具有抗紫外线、抗氧化性、低吸水率等耐侯性能。图1为聚脲类防水构造示意图。

                       图1  聚脲类防水构造示意图

    这是一种具有耐久性长，比较经典的防水结构。其中1为混凝土，要求结实、坚固。如果有疏松部位应除去其疏松部分，基层混凝土强度（抗拉）至少应在2.5Mpa以上。如果平整度不够或十分粗糙或有孔洞，可用专用树脂SJK RS与石英砂搅拌浆补平。树脂不建议使用EVA或AVE或丙烯酸水溶性和水乳型材料拌浆，不能用JS涂料补平，也不建议用界面剂加水泥浆补平，否则，有可能形成弱化界面层。专用树脂SJK RS与石英砂形成的过渡层强度至少应大于原混凝土强度，其界面粘附力（在水中浸泡30天后的潮湿界面）至少应在2.0Mpa以上。其上是芳香族喷涂聚脲和暴露型涂膜防水层结构。表1和表2为聚脲类涂料性能（供参考）。

表1.芳香族喷涂聚脲主要力学性能

表2，脂肪族SJK590T主要力学性能

  如果在混凝土上涂布底涂剂后的表面直接涂刷或喷涂暴露型单组分聚脲，则可以不需要保护层。如森聚柯公司SJK590单组分聚脲在北京奥运五棵松棒球体育场1＃、2＃看台表面做防水耐磨工程，以及国内一些水利、水电的防水工程后，经过一年半后，再次检查，其浅灰色表面没有发生颜色变化。没有粉化，粘接基层十分牢固，效果非常好。图2为暴露型单组分聚脲防水结构示意图。
        图2  暴露型单组分聚脲防水结构示意图
SJK590暴露型单组分聚脲主要力学性能见表3。

表3.暴露型SJK590单组分聚脲主要力学性能

三、暴露型HSEBS防水涂膜
   HSEBS单组分涂料，可以调成各种颜色如白色、浅灰、灰色、米黄等颜色。其具有良好的抗紫外线、抗氧化、低吸水率等性能。但这种暴露型材料不建议用于地下工程和室内，其仅用于不常上人的屋面和不常上人的公共工程。其不能承受车辆碾压，和用作交通的人行路面。森聚柯公司SJK760单组分HSEBS涂料见表4。

表4.单组分SJK760HSEBS防水涂料

此类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统，无需保护层。

四、暴露型PMMA防水耐磨一体化涂膜。
    国内许多人士，尤其是建筑人工对防水涂料于室外暴露使用时，能耐10年以上，乃至20年以上，一直抱有怀疑。其实，单道防水耐久性在20年以上暴露型涂膜是可以实现的。汽车涂膜经过20年以上的日晒、雨淋，从未发现其开裂、变色、粉化现象。这种材料主要是PMMA。但汽车涂膜为薄型涂料约40～200ūm并且为刚性（rigid）。对PMMA进行改性即为弹性PMMA防水涂料，并且有很好的耐磨性。PMMA俗称为有机玻璃或亚克力，西方国家多数将其用作室外耐侯性地坪材料。这种材料的最大优势是耐侯性优异。在紫外线长期照射下，其力学性能几乎不发生改变，并且其可耐200℃的高温，短期可耐＋250℃的高温。这种材料固化速度非常快，15～30分钟即表干，2小时可上人，在3小时后，即可以上车（带橡胶轮胎的重型车，但履带式车辆应作进一步处理）。森聚柯公司SJK2899PMMA防水耐磨涂料见表5。

表5.SJK2899 PMMA主要力学性能

    PMMA防水耐磨涂料是目前为止，耐侯性最为优异的材料之一。对于耐久性长的公共工程。如室外停车坪、高铁、路桥、屋面等防水耐磨工程具有很强的耐侯优势。它将为打造至少20年以上保证期的单道防水工程具有明显的优势，这为我国公共防水工程节省大量的人力、物力和财力。从根本上达到节省资源、节能、降低综合成本的目的。

五、基层处理底涂剂（PRIMER）
    建筑防水工程施工作业时，作业人员总希望不用底涂剂，对于基层干燥（小于9％混凝土），并且固化过程较慢，浸润（wetting）时间长的涂料，可以不用底涂剂。但这不是保证。因为除了混凝土含水率外，基层毛细孔中有气体释放。底涂剂是增加涂料的粘接性能，同时密封基材的水汽和其它气体进入涂膜层中。使用合适的底涂剂是防水涂膜发挥长久功能的基础。
    对于那些固化率非常快的涂料，如双组分喷涂聚脲和PMMA防水涂料，必须使用相应的底涂剂。否则，会形成一个较弱的界面层，这对防水和耐磨工程的耐久性不利。因此，使用底涂剂有其必要性。

六、涂膜层中间加强层（Enforcement）
   对于聚脲和PMMA等高强度材料，一般情况下，无需采用无纺布作加强层。但对于细部节点和接缝等应力和应变集中的地方，仍然建议采用无纺布作为中间胎体层。其除了起加强涂膜以外，更为重要的是中间胎体层消除应力集中，改变应力和应变的方向。基层混凝土开裂在涂膜垂直方向上时，于涂膜中间胎体层转变为水平方向。尤其是结构性裂纹发生时。采用中间胎体和不采用胎体效果差别很大。当结构性裂纹发生时，再强的均质涂膜材料也有可能在垂直方向开裂，但当有中间胎体时，其消除了应力集中，使应变向水平方向传递。西方国家的经验证明，涂膜材料中间胎体层大大延长了混凝土防水的年限。

作者简历：余建平，男 45岁，工学硕士、高级工程师，从事新型建材领域16年。
现为北京森聚柯高分子材料有限公司总经理。
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