高铁客运专线桥梁用高强度.doc

高铁客运专线桥梁用高强度聚氨酯防水涂料的研制褚建军，康杰分，沈春林(苏州中材非矿院有限公司防水材料设计研究所，江苏苏州 215004) 摘要：以聚醚多元醇和TDI制备异氰酸酯预聚体，以芳香胺和聚醚多元醇为硫化剂，制备一种双组分高强度无溶剂聚氨酯防水涂料。其主要技术指标为拉伸强度不小于60MPa，断裂延伸不小于450，与混凝土粘结强度不小于25MPa，满足在高速铁路客运专线桥梁卜的使用要求。 关健词：聚氨酯防水涂料：TDI；高铁客运专线桥梁 中图分类号：TU56+165 文献标识码：A 文章编号：1001-702X(2008)07-0049-040 前 言 本项目是根据铁道部科技司于2007年4月5日发布的科技基函20076号客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件修订稿的要求，而研制的高速铁路专用高强度聚氨酯防水涂料。该“技术条件”规定用于粘结卷材的聚氨酯涂料拉伸强度要求不小于35MPa，断裂延伸率不小于450；用于防水层的聚氨酯防水涂料拉伸强度要求不小于60MPa，断裂延伸率不小于450，而用于普通防水层的聚氨酯防水涂料拉伸强度要求仅不小于245MPa。本研制的高铁客运专线桥梁专用高强度聚氨酯防水涂料(TDI型)，属双组份反应型涂膜防水材料，A组份是带有口NCO基团的聚醚预聚物，B组份是以填料、硫化剂、催化剂、防老剂和增塑剂等组成的含有一OH和一NH2基团的棕色稠状的固化剂混合物。使用时，将A组份和B组份按一定比例均匀混合后，涂抹在混凝土防水基面上，经数小时后，固结成既富有弹性、坚韧又具有耐久性的整体涂膜防水层。产品适用于铁路混凝土桥梁有碴桥面、无碴桥面及铁路桥梁涵洞防水工程，也适用于对防水性能有较高要求的其它建筑物、构筑物的防水。1 实验部分11 主要原料A组分：聚醚多元醇(N220、N330)，上海高桥石化三厂：甲苯二异氰酸TDI(T-80)，上海巴斯夫公司：稳定剂，市售。B组分：液体填料，江苏句容化工有限公司天津大港油田炼油厂；增塑剂，市售；粉填料(轻钙800目、滑石粉800目)，市售：催化剂有机锡，市售；3，3二氯4，4二氨基二苯基甲烷(MOCA，俗称莫卡)，苏州前进化工厂；紫外线吸收剂UV531，南京米兰化工有限公司；抗氧剂264，南京米兰化工有限公司；触变剂，市售。12 试样制备 A组份：在1000ml三口烧瓶中加入混合聚醚(N220、N330)，加热到(1055)对其进行真空脱水处理1h，然后降至60以下，加入稳定剂，搅拌均匀后，滴加TDI。滴加完毕后，升温至(805)，恒温反应2h，降温至60以下，出料包装，即得A组分预聚体。 B组份：在2000ml搪瓷烧杯中，加入计量好的液体填料、增塑剂，边搅拌边升温，至(1005)加入复合硫化剂(MOCA、聚醚N330)、防老剂264、紫外线吸收剂、粉填料、触变剂，在110下进行真空脱水1h。冷却至70以下加入有机锡。搅拌均匀后研磨2遍，出料包装，即得含有硫化剂的混合物。13 工艺流程 (1)A组分预聚体工艺流程(见图1) 14 性能测试方法及涂膜制备 涂料性能按GBT19250-2003聚氨酯防水涂料进行测试。配比按m(A组分)：m(B组分)=1：2进行混合。制膜时分2-3次涂膜,制得(201)mm的涂膜，在标准条件(232)，湿度(505)%下成膜，养护168ho然后切成标准哑铃型试样，采用江都市明珠实验机械厂的MZ-2000C型拉伸试验机测试拉伸强度和断裂伸长率。2 结果和讨论21 涂半斗的物理性能测试结果(见表1) 从表1可知，本研制的TDI型高强度双组分聚氨酯防水涂料各项性能指标均达到或优于TBT29652007铁路混凝土桥梁桥面TQF-I型防水层技术条件的要求。22 聚醚多元醇组合对聚氨酯防水涂料性能的影响在预聚体合成过程中，采用了二官能团聚醚N220和三官能团聚醚N330按不同配比进行。在保持预聚体NCO含量相同的情况下，2种聚醚的投料摩尔比对产品力学性能的影响见图3。 图3试验结果表明，随着三官能度聚醚含量的增加，所得产品的拉伸强度呈现增大的趋势，但弹性和断裂延伸率呈降低趋势：因此，在合成聚氨酯防水涂料预聚体的过程中，应采用合适的聚醚多元醇混合配比。23 预聚体中-NCO含量对聚氨酯防水涂半斗性能的影响 预聚体中NCO含量是决定聚氨酯防水涂料性能的一个最主要的技术参数。在制备高强度聚氨酯防水涂料时，预聚体中NCO含量对其机械物理性能影响最大，通过改变预聚体中的NCO含量可以调节聚氨酯防水涂料的物理性能(见图4)。 由图4可见，物理力学性能在总体上呈现增长的趋势，当预聚体随NCO含量达到一定值时，聚氨酯防水涂料的物理力学性能呈增长趋缓。当预聚体中NCO含量再增加时，涂膜机械强度虽有提高，但涂膜的弹性和柔韧性趋向降低，导致延伸率下降。因此，可以根据不同设计要求，选择合适的预聚体中NCO含量。24 硫化剂用量对聚氨酯防水涂料性能的影响 用MOCA和N330作为高强度聚氨酯防水涂料的复合硫化剂，在预聚体中一NCO含量一定的情况下，研究了MOCAN330(质量比)对聚氨酯防水涂料物理性能的影响(见表2)。 表2实验结果表明，随着硫化剂MOCAN330比例增加，聚氨酯防水涂料的拉伸强度明显增大，而断裂伸长率呈现先增大而后趋缓、减小的规律。这是因为MOCA中含有刚性链段苯环，随着MOCA用量的增加，分子链中刚性链段增加，所以其拉伸强度随着MOCA用量的增加而增大。25 填料选用及加入量对聚氨酯防水涂料性能的影响 填料的加入除了降低产品成本、填充补强外，还可以提高涂膜的耐候、耐磨、耐撕裂等性能。用于聚氨酯防水涂料的粉状填料主要有滑石粉、轻钙、重钙、陶土、高岭土等，液体填料主要为石油树脂。本实验采用800目滑石粉和石油树脂，通过在乙组分中加入量的变化，研究其对高强度聚氨酯防水涂料性能的影响(见图5)。 图5实验结果表明，当滑石粉用量开始增加时，粉状填料有较好的充填效果，能有效消除涂膜的微气孔缺陷，所以其拉伸强度随滑石粉用量的增加而提高，且对断裂延伸影响较小；当滑石粉增加到一定量，聚氨酯防水涂料的物理力学性能呈明显的下降趋势。这是因为粉状填料用量的进一步增加，改善涂膜微气孔缺陷的作用已不再明显，而且增大了涂料的黏度，不利于泡沫的消除，从而影响了涂膜的性能。而液体填料能明显改善涂膜的延伸性能和流平性。在实际应用中，应采用2种或2种以上的粉状填料复合使用，以提高产品的物理性能。3 施工工艺要求 聚氨酯防水涂料适用于有碴、无渣道路桥面的防水层，高速铁路路桥防水层示意如图6所示。 由于高速铁路路桥对防水层技术要求较高，对聚氨酯防水涂料的各项性能指标已经大大超过现有GBT192502003聚氨酯防水涂料的要求。A、B组分混合时反应速度相对较快，为了确保防水涂膜质量，施工时应注意以下几点： (1)防水基层要求：基层必须坚实、平整、干燥、干净，无泥土、灰尘及浮浆，对低凹、破损处补平处理。 (2)必须确保配比的正确性、搅拌的均匀性。搅拌应采用机械搅拌方式，并要求在5min左右完成机械搅拌，在20-40min完成涂膜施工。特别是在环境温度很高时更要注意涂料施工的适用时间。 (3)应优先采用机械喷涂施工。在大面积涂布前，先进行细部附加防水层施工。 (4)采用人工涂刷时，可采用橡胶刮板或金属锯齿刮板，涂刷时应均匀涂刷、厚薄一致且分层、分遍涂布于基层表面。15-20mm防水层厚度，应分2-3遍完成，增加厚度时，相应增加涂刷遍数，每遍涂刷需待上次充分固化后进行，且每遍涂刷方向与前一遍相互垂直。(5)防水层完全固化后方可上人做保护层。4 结 语 本实验采用聚醚多元醇(N220、N330)、TDI和复合硫化剂来制备高速铁路客运专线桥梁用高强度聚氨酯防水涂料。探索了聚醚多元醇组合、预聚体NCO含量、硫化剂用量和填料用量对涂料性能的影响，得到了满意的结果。在设计配方时还要考虑各组分和生产工艺对A、B组分的黏度影响以及A、B组分混合后，各组分对涂料的自流平和表干时间的综合影响，以获得最佳工艺条件和配方。通过实验检测，高强度聚氨酯防水涂料的涂膜拉