高渗透改性环氧基层处理剂

高渗透改性环氧基层处理剂及其应用摘要：介绍了国内外桥面防水基层处理剂的应用情况，对基层处理剂的作用与重要性、高渗透改性环氧基层处理剂的性能特点及其应用情况做了详细阐述。

关键词：高铁桥面防水系统；基层处理剂；高渗透改性环氧材料1.国内外桥面防水系统及基层处理剂应用概况做好混凝土结构的防水与防腐处理是提高混凝土工程耐久性的重要措施。

发达国家对此十分重视，防水投资约占工程总额的6%；国内的重视程度在逐步提高，防水投资只占工程总额的1%～3%。

下面就国内外桥面防水体系及基层处理剂（又称为底涂）应用情况做简单介绍。

1.1国内高铁专线桥面防水体系简介我国高速铁路（客运专线）的建设是前几年才开始的，比欧洲晚了约30a，也晚于日本、韩国和台湾，但我国目前对高速铁路的投资规模和建设速度都是空前的。

铁道部对客运专线桥面防水体系也十分重视，于2005年8月以科技基函[2005]101号文颁布了《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》；2007年4月，铁道部又通过科技基函[2007]6号文发布了《客运专线桥梁混凝土桥面防水层暂行技术条件》修订版，主要是增加了新的防水卷材品种，即增加了高聚物改性沥青防水卷材。

修订版中规定使用的几种防水材料及基层处理剂简介如下[1]：1.1.1氯化聚乙烯防水卷材分两类型号规格：N类无复合层卷材，规格厚度是1.2mm与1.5mm，采用聚氨酯涂料与桥面基层粘贴；L类纤维复合卷材，规格厚度是1.5mm与1.8mm，采用聚氨酯涂料或水泥胶与桥面基层粘贴。

修订版中对用于粘接的聚氨酯涂料有明确规定。

以上两类卷材下面均未使用桥面基层处理剂。

1.1.2高强度聚氨酯防水涂料要求拉伸强度≥6MPa，远高于一般聚氨酯防水涂料的3.5MPa，但与桥面潮湿基面的粘结强度指标仅为≥0.6MPa。

用于有碴桥面道碴槽以外和无碴桥面防撞墙以外。

要求涂抹厚度≥2mm，每平方米用量约为2.4kg。

在涂层下面未使用基层处理剂。

1.1.3高聚物改性沥青防水卷材按高聚物类别划分实为SBS改性沥青热熔型卷材，厚度规格为3.5mm和4.5mm，在卷材下面先使用高聚物改性沥青基层处理剂，用量不少于0.4kg/m2，但与基层的粘结强度只要求≥0.8MPa，指标定得太低。

修订版中明确了桥面防水层的结构形式，如图1、图2和图3所示。

图1卷材加粘贴涂料型图2直接用于作防水层的高强聚氨酯涂料型图3高聚物改性沥青防水层1.1.4喷涂聚脲防水层京津城际轨道交通在国内第一次使用了高性能的喷涂聚脲作防水层，其基层处理剂使用的是聚氨酯，每平方米用量仅0.2kg。

2008年投入运行，总体情况是成功的，因经验不足，也存在一些问题，有聚脲防水层起泡和剥离的现象，笔者认为这主要是对基层处理剂的重要性认识不足，对基层处理剂与混凝土桥面基层的干、湿粘结强度要求指标偏低（≥1.5MPa），而且用量太少，仅0.2kg/m2，对基层封闭效果不好；聚氨酯虽然与聚脲相容性好，但与潮湿基面的粘结强度自身偏低，起不到提高聚脲与混凝土基面间粘结强度的作用。

国外基本上都是使用环氧材料作基层处理剂，而且用量都在0.5kg/m2以上。

所以，京沪高速铁路桥面聚脲防水层的基层处理剂的选择就做了较大改进：选用的是环氧或聚氨酯，要求指标和用量也大幅提高，具体见表1。

表1基层处理剂底涂性能指标及试验方法注：底涂粘结强度包括底涂与混凝土基层以及底涂与后续施工聚脲涂层两项同检测。

基层底涂用量：不宜低于0.4kg/m2。

另外，由于在聚脲防水层上面不做细石混凝土保护层，考虑聚脲防水层直接暴露于大气中，日久表面会发黄，可以在聚脲层表面涂刷0.2mm厚的脂肪族聚氨酯面漆，整个防水结构形式见图4、图5。

图4轨道板以外防水层构造图5轨道板下防水层构造1.2国外高铁桥面防水系统简介国外高铁桥面防水系统最具代表性的是德国的桥面防水系统[2]，2003年德国制定了桥梁工程标准ZTVING，2006年确定ZTVING试行成为欧洲标准，并已确定于2009年列为欧洲标准EN14695。

其防水系统的结构如图6所示。

图6防水系统构造图ZTV标准确定了高铁专用的SBS改性沥青卷材的指标，规定了卷材和环氧基层处理剂的粘结强度要大于1.5MPa，对基层处理剂的使用十分重视：原先用的是溶剂型沥青冷底子油作基层处理，但随着德国规范ZTV-BEL-B《德国桥梁防水技术规程》的要求越来越严格，须使用无溶剂双组分的环氧树脂作为基层处理剂，它能使混凝土与卷材间有更好的粘结力（≥1.5MPa），同时又是一种很好的隔汽层材料，能使混凝土中残存的潮气不会进入卷材及以上构造。

为避免气泡的产生及桥面基层的平整度状况，环氧树脂的涂刷可视情况涂刷1层（约0.5kg/m2）或2层（约0.9～1kg/m2），还要根据具体情况在基层处理剂表面铺撒适当粒径的石英砂。

德国和欧洲的公路桥梁也按此标准执行[3]。

日本、韩国、新加坡的高速铁路防水系统大体与此相同。

美国旧金山市圣玛特海湾大桥，全长8.6km，建于1929年，在1999年大修和加宽时，桥面混凝土基层使用聚脲作防水层，也是使用环氧树脂作基层处理剂[4]，2003年已完工。

1.3国内外桥梁防水系统中使用基层处理剂情况的评价从上述情况可知，国内高铁桥梁防水系统中，使用N型、L型氯化聚乙烯和高强聚氨酯的系统中没有使用基层处理剂，笔者认为这是一个不完整的防水系统。

使用高聚物改性沥青卷材系统，使用的是高聚物改性沥青（冷底子油）作基层处理剂，这是德国淘汰的做法，与基层的粘结强度仅要求≥0.8MPa，性能和粘结强度都低，必然耐久性差。

使用聚脲的系统中，天津城市轨道使用的是聚氨酯，与基层的粘结强度还不如聚脲与基层的粘结强度，起不到基层处理剂能提高防水层与基层粘结强度的作用，而且用量过少，因而存在缺陷。

《京沪高速铁路桥面喷涂聚脲防水层暂行技术条件》对基层处理剂的要求作了改进，选用环氧或聚氨酯，要求与桥面基层的干、湿粘结强度都要≥2.5MPa（与聚脲与基层的干、湿粘结强度相同），这是基本合理的，最好是高于聚脲与基层的粘结强度为佳。

以德国为代表的欧洲桥面防水系统的基层处理剂将过去使用的改性沥青冷底子油淘汰而改用无溶剂环氧树脂，用量达0.5～0.9kg/m2，价格已高于主材（SBS 卷材），这说明他们对基层处理剂耐久性的重要作用已做了深入研究，才会改用价格高、性能好的基层处理剂。

2.桥面防水系统中基层处理剂的重要性与作用2.1桥面防水系统中基层处理剂的重要性桥面基层处理是桥面防水系统中的重要一环，因为桥面基层总是会有水分的，其含水量的多少对防水材料与桥面基层的粘接效果影响甚大，桥面基层中所含的自由水分子沿着混凝土的毛细管道、微细裂缝沿上可到达基层面上，形成的气压和水分子膜会影响防水材料与基层的粘接效果，进而影响整个防水系统的质量和耐久性，特别是对桥面基层含水率有严格要求即敏感的防水材料影响更大，所以，使用基层处理剂对桥面基层进行封闭、补强处理是保障桥面防水系统的完整和质量以提高其耐久性的必不可少的措施。

这也就不难理解为什么欧洲的桥面防水系统要淘汰价格低的溶剂型沥青冷底子油而大量使用价格高的无溶剂环氧树脂作基层处理剂了。

这套系统中使用高成本的无溶剂环氧处理基层每平方米的造价已高过每平方米SBS 卷材的价格，这也说明他们对桥面基层处理作用与效果的研究及基层处理剂筛选和认定已达到很深的地步。

2.2桥面基层处理剂的功能欧洲的经验是值得借鉴的，笔者认为桥面防水系统中基层处理剂的作用不只是起封闭基层和补强的作用，应具备以下六方面的功能：(1)封闭。

封闭桥面混凝土基层的毛细管、微孔隙和细微裂缝，阻止桥面混凝土中的自由水分子（潮气）上升到桥面混凝土基层表面，防止破坏防水材料与基层的粘接。

(2)防水。

在基层面上的防水层一旦失效，有水渗到防水层下面与基层表面之间时能阻止渗水继续渗入基层表面内引起钢筋的锈蚀，能起到一道防水屏障作用，等于增加了一道防水设防，与上面的防水层组成了复合防水体系。

(3)抗冲磨。

基层处理剂在基层表面的涂层应有较好的抗冲磨功能。

在防水层遭破坏、有水渗入到防水层与基层表面时，在行车动载荷下对层间水会产生脉冲水压，类似“唧筒”效应不仅引发防水层的“脱落”面迅速扩大，压力水对混凝土也极具溶蚀破坏作用，这时覆盖在基层表面的处理剂涂膜隔绝了水与混凝土基层的接触而自身具有较好的抗冲磨性能，就能抵御动载荷下脉冲水压对涂层的冲刷，保护基层混凝土不被溶蚀。

(4)补强。

能增加桥面混凝土基层表面的强度，对混凝土桥面基层的缺陷如微细裂缝等能起到渗透充填、粘接、补强的作用。

(5)提高防水层粘结强度。

与桥面混凝土基层和防水层材料相容性好，并能增加桥面混凝土基层与防水材料的粘结强度。

(6)可潮湿基面施工。

考虑到具体施工是在露天进行，会碰到下雨的时候，而且工期紧，不可能等到雨后桥面干燥及桥面基层混凝土含水量降到符合要求再进行施工，因此要求使用的基层处理剂对桥面混凝土基层含水量不敏感，在潮湿基面也可以施工，并有较高的湿粘结强度，与潮湿基面的粘结强度应≥3MPa为宜。

由于环氧树脂分子结构及具有机械强度高、力学性能好、耐水、耐溶剂和耐老化性能好的特性，已广泛用作粘结剂、防腐涂料、防水涂料和抗冲磨材料，作为桥面基层处理剂能很好满足上述前5项功能，部分经改进的环氧树脂配方还可满足第6项在潮湿基面粘结强度高的要求，这也是欧美国家都选用环氧树脂作基层处理剂的原因。

3.1高渗透改性环氧材料高渗透改性环氧材料是指具有优异渗透性、可灌性的改性环氧材料，是指能灌入微米级的岩土孔隙、裂缝，在自然状态下能在混凝土表面通过毛细管道、微孔隙和肉眼看不见的微细裂纹渗入混凝土内2mm以上，能在压力下灌入渗透系数为10-8～10-6cm/s的低渗透软弱地层或夹泥层的改性环氧材料。

这是区别于不能自然渗入混凝土内、不能灌入低渗透性地层的一般改性环氧材料的特称。

高渗透改性环氧系列产品源自中国科学院广州化学所的高渗透性“中化-798化学灌浆材料”，20世纪80年代末其用于青海龙羊峡水电站大坝基础低渗透软弱地层G4劈理带原位加固处理获得成功，在世界上开创了用水泥-化学灌浆方法原位加固低渗透软弱地层以替代传统的开挖回填方法的成功先例。

随后对浆材的渗透机理和反应机理进行了深入研究，相继推出了“中化-798”第二代产品及第三代产品“中化-798-Ⅲ高渗透改性环氧化灌浆材”，并且结合工程实际，还开发出了混凝土专用的防腐、防水、补强、粘接的系列涂料产品并将其商品化，统称为“中化-798-Ⅲ高渗透改性环氧系列产品”，主要包括有：高渗透改性环氧防腐蚀涂料(KH-1)、高渗透改性环氧防水涂料(KH-2)、高渗透改性环氧化学灌浆材料(KH-3)、高渗透改性环氧防水与粘接双功能界面粘合剂(KH-5)。