高速铁路32米箱梁防水基础理论.ppt

聚脲材料基础理论,主讲： 王宝柱 青岛佳联化工新材料有限公司,目 录,第一章 喷涂聚脲的定义,京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件名次和术语中规定： 喷涂聚脲防水层：由底涂、喷涂聚脲弹性防水涂料、脂肪族聚氨酯面层组成。 喷涂聚脲防水涂料：包括喷涂（纯）聚脲(俗称纯聚脲)防水涂料和喷涂聚氨酯(脲)(俗称半聚脲)弹性防水涂料。,喷涂（纯）聚脲防水涂料 喷涂（纯）聚脲(俗称纯聚脲)防水涂料是一种A、B 双组份、无溶剂、快速固化的弹性防水材料；A 组份是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的半预聚物；B 组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物，并不得含有任何羟基成分和催化剂，但允许含有少量颜料及分散的助剂；A、B 组分在专用喷涂设备的喷枪内混合喷出，快速反应固化生成弹性体防水膜。,喷涂聚氨酯(脲)防水涂料 喷涂聚氨酯(脲)(俗称半聚脲)弹性防水涂料是一种A、B 双组份、无溶剂、快速固化的弹性防水材料；A 组份是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的半预聚物；B 组分是端羟基树脂或端氨基树脂与端氨基扩链剂组成的混合物，在B 组分中可以含有用于提高反应活性的催化剂，允许含有少量颜料及分散的助剂；A、B 组分在专用喷涂设备的喷枪内混合喷出，快速反应固化生成弹性体防水膜。,(纯)聚脲、聚氨酯（脲）主要区别在B组分,新建京沪高速铁路工程桥面防水层材料、水泥乳化沥青砂浆混合料采购招标公告 上网日期：2009-08-17 招标编号：JTJSZ（09）-86 本次招标采购范围包括桥面防水层材料16个包件，其中喷涂（纯）聚脲防水涂料12个包件。 京沪高铁将使用聚脲20284吨，脂肪族聚氨酯面漆867吨。 考虑到（纯)聚脲对施工环境的适应性，京沪高铁全线使用（纯)聚脲，材料成本较高。,A 组份是由端羟基化合物与异氰酸酯反应制得的半预聚物 端羟基化合物: 一般是指聚醚多元醇 异氰酸酯组分：一般是指MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）或液化MDI 半预聚物：由过量的异氰酸酯与端羟基化合物反应制得的一种高NCO（异氰酸根）含量的液体。,B 组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物，并不得含有任何羟基成分和催化剂，但允许含有少量颜料及分散的助剂。 端氨基聚醚一览表,二官能度的D 系列 三官能度的T系列 JEFFAMINE D-2000 JEFFAMINE T-5000,B 组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物，并不得含有任何羟基成分和催化剂，但允许含有少量颜料及分散的助剂。 二乙基甲苯二胺（DETDA, E-100） 反应快,B 组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物，并不得含有任何羟基成分和催化剂，但允许含有少量颜料及分散的助剂。 二甲硫基甲苯二胺（DMTDA，E-300) 反应慢,B 组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物，并不得含有任何羟基成分和催化剂，但允许含有少量颜料及分散的助剂。 3 N,N-二烷基甲基二胺(UNILINK4200) 反应慢,B 组分是由端氨基树脂和端氨基扩链剂组成的混合物，并不得含有任何羟基成分和催化剂，但允许含有少量颜料及分散的助剂。 常用的颜料有钛白、碳黑、中铬黄、酞青绿、酞青蓝等。对京沪高铁，喷涂聚脲弹性防水涂料应选取除黑色外的其它颜色，宜使用深灰色。 分散剂大多是表面活性剂，根据在水中的离解度，可分为离子型的和非离子型的。离子型的又可分为阳离子型、阴离子型和两性的表面活性剂。其作用是防止颜料沉降、浮色。,第二章 聚脲化学反应原理,聚氨酯的化学反应原理,聚氨酯的化学反应属于氢转移的加成聚合反应。反应在比较活泼的NCO双键上进行，活泼氢化合物中的氢原子转移到NCO中的N原子上，余下的基团与羰基C原子结合，生成氨基甲酸酯、脲基等化合物。,聚脲的化学反应原理,右图是尿素的分子结构 聚脲被称为有机石头,异氰酸酯与水的化学反应,异氰酸酯与水反应先生成不稳定的氨基甲酸，氨基甲酸分解成胺和二氧化碳。胺继续与异氰酸酯反应生成脲键。 此反应是湿固化聚氨酯涂料的基础，也是聚氨酯材料易发泡的原因。,聚氨酯、聚脲化学反应,聚脲与聚氨酯的主要区别: 优点：聚脲使用氨基聚醚，反应快，可低温固化 聚脲对水不敏感，可在高湿环境下施工 聚脲不使用催化剂，耐催化老化 缺点：价格高，性能调节小,喷涂聚脲分为： 芳香族聚脲 脂肪族聚脲 聚天门冬氨酸酯聚脲,芳香族聚脲 （历史上曾将一类从植物胶中取得的具有芳香气味的物质称为芳香族化合物。现在指分子中至少含有一个苯环，具有与开链化合物或脂环烃不同的独特性质的一类化合物 组分是芳香族异氰酸酯，如MDI, LMDI等NCO直接与苯环相连 B组分含芳香胺扩链剂，如E-100,E-300,Unilink4200,芳香族聚脲 在世界大量应用，京沪高铁使用 优点：优异的物理性能；价格低 缺点：在光照下黄变，易老化 在紫外线下自氧化生成醌亚胺,脂肪族聚脲 开链烃及除芳香族化合物以外的环状烃类及其衍生物的总称 组分是脂肪族异氰酸酯，如二环己基甲烷二异氰酸酯 HMDI,四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯 TMXDI等 B组分含脂肪胺扩链剂，如IPDA, CLEARLINK1000等,脂肪族聚脲 优点：突出的耐候性能；优异的耐低温性能 缺点：物理性能稍差；耐高温和耐腐蚀差； 价格贵,检测标准：ASTM G-53，UVB-313，3000小时,聚天门冬氨酸酯聚脲 组分是脂肪族异氰酸酯，如HDI三聚体 B组分是聚天门冬氨酸酯（仲胺），由二烷基马来酸酯与脂肪族伯二胺经过Michael加成反应而成（一个亲电的共轭体系和一个亲核的碳负离子进行共轭加成）,聚天门冬氨酸酯聚脲 优点：1固化速度可调至15分钟以上； 2高拉伸强度、高光泽度、优异的耐磨性能； 3优异的附着力(DTM, Direct to Metal)； 4优异的防腐性能及耐紫外光性能； 5可以刷涂也可以常规高压无气喷涂机施工。 缺点：价格昂贵 弹性稍差 原料品种少,芳香族聚脲不但黄变，而且易粉化和失色；而脂肪族聚脲长期使用不变色，物理性能保持率高。国外研究表明：芳香族聚脲耐紫外光3800小时后性能保持率80%以上，而脂肪族聚脲6000小时后性能保持率90%以上。,第三章 喷涂聚脲技术优点,1.固化快，10秒凝胶，10分钟达到步行强度。 复杂曲面不流挂； 停工期短，业主欢迎 2.对温度和水分不敏感，施工时受环境温度、湿度影响小。 3.100%固含量，零VOCs,对环境友好。 4.一次施工达到厚度，克服多层施工的弊病。 5.优异的物理性能，如抗张强度、伸长率高、耐介质、耐磨、抗冲击等。 6.硬度可调节的范围大（弹性体/刚性体）,7.涂层致密、无接缝，形成皮肤式结构，防水、防腐效果极佳。 8.与混凝土和钢等底材附着力好，不分层。 9.耐候性好，脂肪族体系户外可长期使用。 10.施工速度快，单机日施工1000m2以上。 11.投入使用后不需要维护，节省了昂贵的维护费用。一次投资，终生受益。,第四章 聚脲发展简史,左图 1997年海花院引进中国首台喷涂机,右图 聚脲在中国首次应用,国内聚脲标准,国际聚脲标准,美国防护涂层协会 SSPC 基于性能的、快速或中等固化速度的脂肪族聚脲面漆 本标准明确规定包含聚氨酯/脲，即半聚脲,第五章 聚脲材料性能,硬段：异氰酸酯、胺或醇扩链剂 软段：聚醚多元醇、氨基聚醚,硬段之间静电力很强，而且有大量的氢键，产生微相分离,物理性能,耐老化性能,耐化学介质性能（常温，一年）,耐高温性能,说明：芳香族聚脲可在125的高温空气下连续使用，而京沪高铁在夏天的短时高温不超过80，聚脲满足使用要求。,吸水率,结论：硬段含量越高，吸水率越小。京沪高铁要求吸水率小于5%，聚脲完全满足技术要求。,抗冲磨性能,试验水流含沙率为10%，流速为40m/s，冲磨时间60min,结论：喷涂聚脲防水涂料具有优异的耐磨性能，适合京沪高铁动态应力下的无限次摩擦。,裂缝追随性,实验表明：三点弯曲实验后裂缝产生，当裂缝为10mm时聚脲未断裂。故聚脲很适合京沪高铁这种有动态应力形变的重点工程。,附着力,底材破坏,第六章 国家标准,以上为特殊性能，对京沪高铁具有重要意义。,第七章 京沪高铁技术指标,第八章 配套材料性能,一、基层处理底涂 作用：封闭混凝土表面的气孔、微裂纹和气泡等缺，减少聚脲涂层喷涂后出现针孔现象。 要求：粘度低，渗透性好 提高聚脲涂层与混凝土底材的附着力，增强防护效果。 底漆类型： 环氧、聚氨酯 施工方法：刷涂、辊涂、喷涂，建议京沪采用喷涂施工。,一、基层处理底涂,基层处理底涂的选型应根据地域施工环境的气候条件确定，一般可分为低温(015)，常温（1535）和高温（35）型。 底涂选用不当会导致分层或脱落。,优势：聚脲可以在水上/冰上施工而正常固化 问题：附着力差 解决方法：使用潮湿界面的专用底漆 结果：京沪高铁规定附着力 2.0MPa 实验室测试可以达到 潜在风险： 聚脲可正常固化且当时附着良好 但受光照或受热后水分蒸发仍会 导致鼓泡。,关于潮湿基层施工,二、脂肪族面层,京沪高铁要求防水层使用60年以上 芳香族聚脲易黄变、粉化和失色，不宜在轨道板以外的部位长期暴露使用。 根据国外的成功经验，芳香族聚脲表面可以使用脂肪族聚脲或其他耐候性面漆。 根据性价比和京沪的实际情况，京沪高铁选用了脂肪族聚氨酯面层方案（中灰色）。 （要求面层强度高、柔性好，与聚脲配套好）,三、搭接专用粘结剂,以下情况必须使用层间粘合剂: .新旧涂层的时间间隔超过了厂家规定的复涂时间（如下雨） .经检测厚度不足的涂层应进行二次喷涂,并使用层间粘合剂 .涂层修补时。,四、 涂层修补材料,涂层有漏涂、鼓泡、针孔及损伤等缺陷时，应进行修补。对于面积小于250cm2的应采用涂层修补料进行修补；面积大于250cm2时宜采取二次喷涂的工艺进行修补。 3. 针孔应逐个用涂层修补材料修补。 4. 修补后的涂层厚度不应小于原涂层厚度，且表面质量符合要求。,第九章 聚脲应用实例,防水工程 防腐工程 耐磨工程 海洋工程 工业地坪 运动场地 影视道具 军事领域,1. 防水工程高速铁路,1. 防水工程隧道,1. 防水工程奥运场馆,1. 防水工程国家重点项目,1. 防水工程水池,1. 防水工程屋面,1. 防水工程黄河小浪底水利枢纽,2. 防腐工程管道/储罐,3. 耐磨工程,4. 海洋工程,5. 工业地坪,6. 运动场地,7. 影视道具,8. 军事应用,8. 军事应用,第十章 最新技术进展,进展之一：慢速聚脲 仲胺基氨基聚醚，如Huntsman公司的XTJ-584, XTJ-585, XTJ-586, XTJ-576降低反应速度（比伯胺慢）,进展之二：防植物穿刺,据国外报道： 聚脲具有良好的抗穿刺性能 埋地管道（芦苇根/荆棘） 测试 与现有的防穿刺防水卷材相比， 聚脲整体无接缝，强度高，伸长好， 在种植屋面防水工程中应用前景广阔,进展之三：高性能二胺,聚四氢呋喃二胺 （Poly-THF amine 1700） 优点： 1)提高了物理性能 2)提高了对底材的附着力 3)提高了耐磨性,进展之四：新型预聚体,TDI基半预聚体 （Innovathane 101，201） 优点： 1)降低了反应速度，表面光滑； 2)提高了物理性能，特别是强度； 3)提高了耐磨性能； 4)提高了预聚体的低温贮存稳定性； 缺点：合成工艺复杂，必须无游离单体,进展之四：新型预聚体,喷涂聚脲防水涂料具有强度高、伸长率高、耐磨、抗冲击、附着力好、施工速度快等优点，目前是京沪高铁等高速铁路的最佳防水方案。 京沪高铁喷涂聚脲防水层是一项复杂的系统工程，不仅要求对聚脲防水涂料及配套材料自身质量要求很高，而且需要专业化的严格施工。 京沪高铁聚脲防水工程是