环氧基聚脲封闭底涂的性能研究
刘彦东 赵希娟 潘 美 郑 旗 仲晓林 （中国冶金集团建筑研究总院，北京 100088）

0 前言
喷涂聚脲是基于聚氨酯双组分涂料发展起来的一种新型材料，已成功应用于防水、防腐、地坪、耐磨等领域，据美国聚脲发展协会的统计，在聚脲应用领域中，混凝土防护占总量的60%。与常规的混凝土表面防护材料相比，聚脲具有许多优异的理化性能，它对环境温度、湿度有很强的容忍度，低温韧性好、防腐、耐磨、抗湿滑、耐老化、抗热冲击，并具有良好的耐介质性能，是一种优异的混凝土耐久性防护涂层［1-4］。聚脲在混凝土上应用必须使用专门的底涂材料，底涂的作用主要有2 个：一是封闭混凝土底材表面毛细孔中的空气和水分，避免聚脲涂层喷涂后出现鼓泡和针孔现象；二是其可以起到胶粘剂的作用，提高聚脲涂层与混凝土底材的粘结强度，提高防护效果。本文以环氧树脂为基体，分别配制了薄涂型、厚涂型、腻子3 种底漆体系，用于混凝土表面，比较了其在使用上和性能上的优缺点，分析了在混凝土基面上喷涂聚脲导致粘结性能不好的主要原因，并提出了改进措施。

1 实验部分
1.1 原材料
环氧树脂E-51、固化剂、填料、偶联剂等。
1.2 仪器与设备
电子万能拉力试验机、钢拉拔头。
1.3 试样制备
试验用70 mm×70 mm×70 mm 的混凝土试块，表面无浮灰和油污，抗压强度应＞ 40 MPa（本试验中实际使用的试块抗压强度在60 MPa 左右）。在试块表面用相应界面处理剂进行处理，并按照相应的要求养护足够的时间。喷涂前在试块中心留出40 mm×40 mm的表面，其余表面部分用纸或胶带覆盖，然后在试块表面喷涂聚脲，喷涂厚度为（1.5±0.1）mm，在室温条件下放置，5 d 后用合适的胶粘剂粘结金属拉拔接头，7 d 后进行拉拔测试。
1.4 性能测试
粘结强度用电子万能拉力试验机进行测试。
粘结强度按下式计算：

式中：σ——粘结强度，MPa；
Fm——大荷载，N；
A——粘结面积，mm2。
单个试件的粘结强度值精确至0.01 MPa。
2 结果与讨论
2.1 混凝土基面的封孔
聚脲采用热喷涂的方式进行施工，但混凝土是一种多孔的材料，其表面分布着很多大小不一的孔洞，聚脲喷涂在混凝土表面后，孔洞内封闭的空气受热膨胀，在聚脲还未来得及凝胶之前就破孔而出，造成喷涂后的表面仍留有未封闭的孔洞，孔洞越深，这种现象越明显。
要封闭这些孔洞，可以通过两种方法解决：1）所用底涂在施工状态时有很好的流动性，能够在外力推展的过程中借助重力和外力的一定辅助作用流入这些孔洞，在固化后起到有效填平的作用，但如果涂层太薄，孔洞内一部分空气被底涂所置换，另一部分空气被封闭在孔洞中，由于涂层的固化有一定的时间，因此空气可能在涂层未来得及固化之前顶破稀薄的涂层留下微孔，造成封孔失败；2）所用底涂为厚浆型底涂，可以在混凝土表面形成较为均匀且有一定厚度的面层，将孔洞完全覆盖。但厚浆型底涂流动性很差，基本上起不到渗透填孔的作用，没有表面的机械互锁作用，粘结作用受到一定影响，需要通过其它界面作用增强粘附力。
目前市场上主要有以下几类封底材料：1）外墙腻子或JS 防水涂料，都属于厚涂型材料，封闭效果好，但附着力较差；2）单组分聚氨酯底涂，属于薄涂型材料，封闭效果较差，附着力要比前一种高，但使用起来不稳定；3）聚氨酯双组分底涂，封闭效果较好，附着力很高，而且性能较为稳定，但因为多异氰酸酯对水敏感，对潮湿基面并不适用。
我们分别配制了3 种状态的环氧底涂：薄浆环氧底涂、厚浆环氧底涂、薄刮型环氧腻子。在试验过程中，发现薄浆环氧底涂粘度低、流动性好，有较好的渗透作用，但由于涂层过薄，粘附力受到较大影响；厚浆环氧底涂粘附力很好，但封闭时存在破孔现象；环氧腻子封孔不存在问题，而且由于环氧树脂较强的粘结能力，界面的粘附力也未受到影响，不过考虑到施工时费时费力，可以把薄浆型环氧底涂和厚浆型环氧底涂复合起来进行两道涂覆使用较为合理，既解决了封孔和粘结问题，使用起来可以用喷涂、辊涂、刷涂等多种方式进行，也较为简便易行。
2.2 粘结强度
聚脲是一种快速反应型材料，凝胶时间通常在10s 左右，表干时间通常也小于1 min，虽然在施工和使用时这是一个很大的优点，可以快速施工、快速使用，但同时也带来一个显著的缺点，那就是与基材的浸润时间不够，导致与基材的附着力不高，合适的底涂材料在使用后应该能明显增强聚脲与混凝土基材间的附着力。
2.2.1 对市售商品底涂材料的粘结性能测试
我们测试了一些市场上商品底涂材料的粘结强度，所用的聚脲凝胶时间为6 s，结果如表1 所示。

JS 防水涂料自身强度不高，甚至低于直接在混凝土上喷涂聚脲的粘结强度，在界面破坏形式中表现为材料自身的破坏。单组分聚氨酯底涂对界面附着力有所改善，双组分聚氨酯底涂的粘结效果略强于单组分聚氨酯底涂。