孫浩

(衡水冀軍路橋養(yǎng)護有限公司 河北 衡水 053020)

聚氨酯彈性體梁端防水裝置是一種安裝在混凝土梁端的具有防水功能的裝置，它受力后具有一定的伸縮能力。 其主要作用是保護梁體不受雨水侵蝕，延長梁體使用壽命，保障行車安全。 相比于異型型材和防水橡膠條組成的防水裝置，聚氨酯彈性體防水裝置具有施工快捷、整體性好、不破壞梁體、應變性好、耐低溫、使用壽命長、維修方便等特點，被廣泛應用于高速鐵路的梁端防水。

聚氨酯彈性體是彈性高分子材料中比較特殊的一大類，其原材料品種繁多，配方多種多樣。 所以聚氨酯彈性體的性能可調范圍很寬，其硬度和彈性模量范圍下限超出了橡膠，上限幾乎覆蓋塑料[1]。 聚氨酯彈性體梁端防水裝置是一種現(xiàn)場混合澆注成型的產品，出廠時屬于半成品，最終成品質量取決于現(xiàn)場施工質量[2]。 其在使用過程中也會出現(xiàn)一些病害，如粘接層處部分開裂、彈性體材料斷裂、材料固化不完全等。 本文通過材料組成、施工工藝、使用環(huán)境等進行分析研究，提出避免該類病害的方法，確保產品的使用壽命達到設計年限10 年。

1 聚氨酯彈性體梁端防水裝置的組成

聚氨酯彈性體梁端防水裝置主要由襯墊材料、界面涂料、聚氨酯彈性體防水材料和面涂層材料等組成，圖1 為梁端防水裝置結構示意圖。

圖1 梁端防水裝置結構示意圖

襯墊材料的主要作用是為聚氨酯彈性體固化初期提供支撐、輔助定型，通常選用聚苯乙烯、聚丙烯等板材，根據(jù)梁縫的寬度進行裁剪安裝，上端形狀一般為拱形。

界面涂料的主要作用是提高聚氨酯彈性體與混凝土梁體的粘接力，通常選用快干型聚氨酯單組分涂料，涂刷厚度一般不小于0.2 mm[3]。

聚氨酯彈性體防水材料是梁端防水裝置的核心部分，其性能直接影響裝置的防水性能及使用壽命。其組成為異氰酸酯與聚醚多元醇合成的預聚物(A組分)以及擴鏈劑、聚合物多元醇(POP)及催化劑的混合物(B 組分)，A 與B 組分的質量比為(1.15 ～1.2) ∶1。

面涂層材料主要起遮蓋保護作用，可以提高聚氨酯彈性體的耐紫外光老化能力，通常選用雙組分脂肪族聚氨酯涂料，該類涂料特點是附著力高，耐紫外性能強。

2 聚氨酯彈性體梁端防水裝置的施工工藝

聚氨酯彈性體梁端防水裝置的施工步驟包括:梁端清理與打磨、檢測梁端水分、安裝襯墊、刷界面涂料施工、澆注聚氨酯彈性體、面涂層材料施工及安裝蓋板等。

梁端清理步驟主要是清理掉梁端的雜物、油污等，將梁端表面層打磨掉，露出結實的混凝土基材，并吹掉浮灰。

檢測梁端水分的主要目的是避免梁端水分過高而影響界面涂料與彈性體的良好粘接。 在梁端混凝土所有檢測點的含水量都不大于20%的情況下方可進行界面涂料的施工；如果混凝土比較潮濕，應當采取鼓風、晾曬等措施進行處理，直至水分達到要求[3]。

襯墊安裝時需保證襯墊的水平，確保澆注的彈性體最小厚度不小于20 mm，一般宜為縫寬的0.2 ～0.3 倍。

界面涂料在施工前攪拌均勻，避免有結塊或沉淀物，可采用毛刷涂刷或噴槍噴涂兩種方式施工，但涂刷面積應大于彈性體與梁端的粘接面積。

澆注聚氨酯彈性體時，應選用帶有抽真空及計量能力的自動混合設備進行澆注，計量誤差小于1%；并根據(jù)施工時的環(huán)境溫度，確定出料溫度[4]。一般應確保澆入梁縫內彈性體的料溫在20 ～28 ℃。若料溫過高，彈性體中心反應過快，會導致彈性體邊緣收縮，從而與梁端脫離；若料溫過低，則彈性體自身的固化反應過慢，由于空氣水分影響，會導致彈性體與梁端界面涂料的粘接處產生氣泡，從而影響粘接強度。

面涂層材料應在聚氨酯彈性體澆注后12 h 內進行涂刷施工，涂刷時彈性體應基本固化，表面不粘手[5]，可用邵氏硬度計(AO 型)對彈性體進行硬度測試，測試硬度值不小于標準要求的80%后方可進行涂刷。 固化程度過低容易造成聚氨酯彈性體的溶脹或表面褶皺。

3 影響因素分析

現(xiàn)有的聚氨酯彈性體梁端防水裝置的病害主要表現(xiàn)為聚氨酯彈性體與梁端粘接處開裂、聚氨酯彈性體本體塌陷、開裂和聚氨酯彈性體邊緣處縮邊，見圖2 和圖3。

圖2 聚氨酯彈性體粘接處開裂及本體塌陷圖

圖3 聚氨酯彈性體本體開裂及邊緣處縮邊圖

由圖2(1)可見，開裂處狀態(tài)一般為界面涂料與梁端開裂和彈性體與界面涂料開裂兩種情況。 造成界面涂料與梁端開裂現(xiàn)象的原因是梁端基層處理不到位，未打磨出新鮮混凝土面，浮灰、油污等沒清理干凈[6]。 聚氨酯彈性體與界面涂料間脫開的原因是界面涂料涂刷時間過長已經實干，造成聚氨酯彈性體與界面涂料分子間不能很好互滲，粘接力低。為保證界面涂料與聚氨酯彈性體能夠充分地互滲交聯(lián)，在涂刷界面涂料后，每10 min 用橡膠棒沾觸一次涂刷的界面涂料層，在達到界面涂料對橡膠棒有一定粘接性且界面涂料不會粘覆到橡膠棒上時即可開始澆注。

研究表明，異氰酸酯指數(shù)(R值)對雙組分聚氨酯固化后的力學及粘接性能有直接影響，R值為0.9～1.15 時，隨著R值增大，彈性體拉伸模量增大，粘結強度先增后減，R值1.10 時粘接強度最大[7]。造成圖2(2)所示的聚氨酯彈性體偏軟、固化不完全現(xiàn)象的原因是體系的R值不合適，R值小于1 時，聚氨酯彈性體偏軟。 造成圖3(1)聚氨酯彈性體本體開裂現(xiàn)象的可能原因是R值過高，導致聚氨酯彈性體硬度增加，斷裂伸長率降低，彈性差[8]。 以上兩種情況均需重新設定聚氨酯彈性體A、B 的混合比例，從而調整R值以達到固化材料性能的最佳狀態(tài)。

如圖3(2)所示情況，聚氨酯彈性體與梁縫粘接處縮邊，但未開裂，造成此種現(xiàn)象的可能原因是彈性體凝膠過程中，其中心部分溫度較高導致反應速度快于邊緣的，反應速度不均勻，從而引起固化后聚氨酯彈性體收縮。 故在施工時應避免料溫與施工環(huán)境溫度溫差過大，溫差不應大于15 ℃，當環(huán)境溫度低于5 ℃及梁體溫度高于40 ℃時不可施工。 針對以上縮邊情況，施工時可適當降低出料溫度、調整催化劑的用量，以確保聚氨酯彈性體在凝膠固化過程均勻反應，避免造成偏軟或偏硬情況，從而使成型后材料性能滿足指標要求，具體見表1[9]。

表1 梁端防水裝置聚氨酯彈性體部分性能指標要求

4 結束語

目前我國高速鐵路、公路及各類附屬設施的建設中，聚氨酯材料的應用越來越廣泛。 澆注型聚氨酯彈性體綜合性能好，應用較廣[10]。 但該材料在戶外環(huán)境應用時，受溫度、濕度等因素影響較大，如果現(xiàn)場施工過程不到位，往往造成產品的性能下降，使用壽命縮短。 如何更好地應用該類型新材料，達到產品功能的同時，降低其維護成本，是當前建設者的工作重點。