一种聚氨酯/聚脲复合防护层、其制备方法及其在混凝土防护中的应用

技术领域

本发明涉及一种复合防护层的制备及其在混凝土防护中的新用途，特别是聚氨酯、 聚脲复合防护层的制备及其在混凝土表面防护中的应用。

背景技术

混凝土是建筑和工程建设中不可缺少的、用量最大的建筑材料，对整个建筑 或工程的运行安全性起着重要作用。造成混凝土耐久性不佳的原因复杂多样，可 分为物理作用、化学作用和机械作用。由物理作用导致的混凝土劣化包括由温度 变化引起的裂缝、冻融循环、冰盐对混凝土的剥蚀等；化学侵蚀主要包括外部侵 蚀性离子引起的钢筋锈蚀（Cl^-）、硫酸盐侵蚀（SO₄^2-）、碳化（CO₂）等；机械侵 蚀包括冲击、磨损、冲蚀等。

日本开发了一种橡胶、树脂改性的沥青系列涂层材料，作为桥梁混凝土保护 材料，在桥梁工程中应用多年，桥梁性能得到很大的改善，然而这种材料耐紫外 线和耐老化能力差，沥青加热时毒性大，污染环境。

1942年德国化学家Lauritz Jensen发明了CCCW这种水泥基渗透结晶型防水 材料，在工程领域得到很大的应用，后来扩展到美国、加拿大、新加坡、澳大利 亚、日本等国，并得到不断的改进。但由于该材料为刚性材料，因此当混凝土基 体出现任何的裂缝、错动都会导致防水层的破坏，引起防水效果的丧失。因此， 寻求一种耐磨、耐冲击、防水、具有柔韧性的材料是很有必要也很有发展前景。

巴斯夫公司开发的丙烯酸胶乳或羧基丁笨胶乳改性砂浆具有优异的低温柔 性，可在低到零下20℃条件下有效对混凝土层进行防护，而被广泛应用在桥梁 保护及修补、建筑体保护及修补上。但是其耐高温性差，容易高温回黏，导致耐 沾污性下降。

德国瓦克化学有限公司开发了一种新型的硅烷乳膏状产品，这种材料施工简 单，活性组分损失小，同时其对紫外线辐射、热、腐蚀性化学物质以及微生物等 环境因素具有良好的抵抗力，但在常温下硅氧烷缩聚反应速度缓慢，抗渗性能较 差。

聚脲弹性体（SPUA）技术是国外最近20年开发的一种新型无溶剂、无污染 的新型材料和施工技术，具有快速固化、优异的理化性能、优异的热稳定性，然 而由于聚脲材料反应速度快，不能在基层上很好的渗透，易剥离而丧失其防护作 用，同时完全使用聚脲材料作为防护材料价格比较昂贵，这在一定程度上限制了 聚脲材料的应用。

总之，目前混凝土表面防护材料各具优缺点，不能很好的对混凝土材料进行 防护，另一方面这些材料只是对混凝土表面进行防水处理，不能实现弹性减震的 目的，故在外来冲击力较大时不能很好的保护混凝土结构不被破坏。

目前高分子聚合物材料主要应用在隧道、铁路、建筑等方面的防水，而将聚 合物防水、防腐和弹性防护结合起来的应用很少，同时各种防水材料各有优缺点， 单独使用都会有相应的缺陷，如聚氨酯涂料粘结性、防水性好但耐磨性不好，施 工周期长，聚脲防水材料性能优异，耐磨性好，固化迅速，但粘结性不好，很容 易整层脱落，厚涂时成本高。

发明内容

为了实现混凝土表面的全面防护，实现“防水、防腐、抗冲击”一体化，本发 明尝试采用“复合材料”的思想将几种防水材料组合使用，提供一种高性能的防水、 防腐、防护聚氨酯/聚脲复合防护层的制备及其在混凝土防护中的应用。

本发明所述聚氨酯/聚脲复合防护层自下而上包括混凝土基层、聚氨酯弹性 层、聚脲层。

作为本发明进一步的技术改进，在聚氨酯弹性层和混凝土基层之间还设有基 面处理层或腻子层或找平层。

增加基面处理层是为了提高防护层和混凝土基面之间的粘结性，防止防护层 在使用过程中起皮或脱落而降低或散失其防护作用。界面处理层采用基面处理剂 涂覆在混凝土基层表面形成，可使用的基本处理剂主要包括环氧树脂类底漆、聚 氨酯类底漆、聚氨酯-环氧类底漆、丙烯酸（酯）类底漆、有机硅类底漆、聚酯 类底漆、酚醛类底漆或氯化橡胶类底漆以及其它可以提高有机层与混凝土基层之 间附着力的基层处理材料。

腻子层是针对表面缺陷严重的混凝土而采用的，用来填补孔洞，找平混凝土 基面，避免涂层的空鼓、针孔等现象出现。

找平层主要是针对破坏严重的旧混凝土基面而采用的，用来填充坑洞、封堵 针孔、找平基层，从而形成平整、光滑、连续的防护层。

上述形成腻子层或找平层的材料主要包括聚氨酯类腻子、环氧类腻子、聚合 物砂浆、环氧砂浆、普通砂浆以及其它可以用作混凝土基面缺陷修补的腻子或砂 浆类材料。

作为本发明的第二个进一步技术改进，在聚氨酯弹性层和喷涂聚脲层之间还 设有一层界面处理层。在施工弹性聚氨酯层后，如不能在表干后及时喷涂聚脲， 或者在旧的弹性聚氨酯层表面喷涂聚脲，为避免层与层之间发生剥离/分层就需 要施加一层界面处理剂，以增加其粘结力，提高防护层的综合防护效果。该界面 处理层由基面处理剂涂覆在新/旧弹性聚氨酯层表面而形成，在基面处理剂表干 后及时喷涂聚脲层。所述基面处理剂主要包括环氧树脂类、聚氨酯类、聚氨酯- 环氧类、丙烯酸（酯）类、有机硅类、聚酯类、酚醛类或氯化橡胶类以及其它可 以提高聚氨酯层与喷涂聚尿层之间粘结力的基层处理材料。

作为本发明的第三个进一步技术改进，在聚脲层的表面还设有一层面漆层。 设置面漆层的目的是为了防止最外层的聚脲材料层受到紫外光照射时发生光化 学反应而变黄，同时一些耐磨的面漆还可以提高复合防护层的耐磨性能。最外层 喷涂芳香族聚脲时应增加面漆层，喷涂脂肪族聚脲或者对颜色要求不是很严格时 可以不增加面漆层。可作为面漆层的面漆类材料主要包括聚酯类面漆、硅改性聚 酯面漆、聚氯乙烯塑料溶胶类面漆、聚偏氟乙烯面漆以及其它可以用作有机涂层 抗老化作用的面漆类材料。

本发明所述聚氨酯/聚脲复合防护层的制备方法是首先对混凝土基层表面进 行处理，然后采用多次刷涂或喷涂的方法成型聚氨酯弹性层，直至达到设计厚度； 在最后一道刷涂或喷涂的聚氨酯层表面干时及时喷涂至少一道聚脲层），即形成 聚氨酯/聚脲复合防护层。

上述聚氨酯弹性层成型时聚氨酯刷涂或喷涂的次数为1-8次，优选为2-3次。

根据施工环境和施工设计厚度以及所使用材料的性质来确定刷涂或喷涂的 次数：在立面或坡度较大（大于45°）的斜面混凝土基面（如建筑内外墙和航运 通道两侧混凝土基面等）根据聚氨酯材料的流挂特性和施工设计厚度来确定涂刷 次数，一般一次涂刷0.2-0.8mm，2mm聚氨酯层厚度一般在1-8次涂刷最好，对 于流挂性好的聚氨酯材料2-3次涂刷即可达到设计厚度；而在平面或坡度较小的 斜面（小于45°）施工根据材料性质一般一次涂刷0.3-2mm,2mm聚氨酯层厚度一 般2-3次涂刷，以尽可能的减少涂膜中的气泡，提高涂膜综合性能。

上述聚脲层成型时聚脲喷涂以1-3次为宜，优选1次成型。喷涂次数在一道 以上时，每次喷涂的间隔时间不超过6h，否则要施加界面处理剂以增加粘结力； 在暴露环境中可以使用面漆，也可不使用。

喷涂聚脲的成型、施工性能优异，在平面或坡度较小的斜面（小于45°）施 工，可以一次成型任意厚度的涂层；而在立面或坡度较大（大于45°）的斜面混 凝土基面施工时，由于内部聚氨酯层还没有完全固化，强度没有达到要求，为例 保护聚氨酯层不被破坏，喷涂聚脲层根据施工厚度分1-3次成型，每次成型厚度 以1-2.5mm厚度为宜。一般喷涂聚脲层厚度要求等于或低于2mm，不管立面、 斜面还是平面均可以一次成型，以减少施工次数，降低施工成本。

本发明中的聚氨酯弹性体原料，为性能达到或超过国标GB/T19250-2003《聚 氨酯防水涂料》最低要求的各种聚氨酯材料，包括单组份聚氨酯、双组份聚氨酯、 喷涂聚氨酯、水性聚氨酯等中的一种或者几种联合使用，优选高性能的双组份聚 氨酯。

本发明中所有的“表干”均根据GB/T16777-1997中12.2.1中的B法来检测。

本发明中的喷涂聚脲材料，为性能达到或超过国标GB/T23446-2009《喷涂 聚脲防水材料》最低要求的各种聚脲材料，包括喷涂纯聚脲、喷涂聚氨酯脲，优 选喷涂纯聚脲。

本发明在混凝土表面成型这种复合防护层，可以很好的起到防水、防腐、抗 冲击的作用，实现对混凝土的全面防护。

本发明主要应用在轨道交通、停车场、机场、屋顶、路面、运动场地、污水 处理厂、港口、船闸、航道、桥梁以及管桩等混凝土表面的综合防护。

附图说明

图1本发明的结构示意图。

其中：1，混凝土基面层；2，基面处理层或腻子层；3，聚氨酯弹性体层；4，喷 涂聚脲层；5，面漆层。其中2，5层视施工情况可以不用，也可以使用其中的几层。

图2为实施例6a和对比试验6b，6c抗冲击实验后样品的形态结构，从图中 可以看出空白试件冲击243次之后混凝土块被破坏，而混凝土表层被冲击出直径 为4.9cm的凹坑，实施例6b的单纯使用聚氨酯的样品冲击1000次后涂层冲击点 被破坏，去除涂层后发现混凝土被冲击出一直径约为1.8cm的凹坑，相对空白试 件深度降低。实施例6a采用复合防护层得到样品的性能非常优异，在冲击1000 次后不论是混凝土表面还是涂层都没有破坏，而实施例6c纯聚脲层相对硬度大， 没有完全耗散掉冲击能量，故试件样品表面有少量的浮灰，同时其粘结性不是很 好，价格高；由此可见实施例6a得到的复合防护层价格便宜，抗冲击力强，具 有很好的抗冲击性能。

图3为实施例8a复合涂层与实施例8b的环氧涂层的抗冻融实验。结果显示 环氧涂层在冻融循环300次后发生很严重的剥离，散失了对混凝土的保护，而复 合防护层仍然完好，具有很好的耐低温型性能。

具体实施方式

本发明实施例中应用的底漆为-d2011、聚氨酯/水泥腻子、环氧面漆、 双组份弹性聚氨酯-P3061和-P3062、喷涂聚脲材料-S4011和 -S4021皆为江苏博特新材料有限公司生产。

实施例1、一种高性能的防水、防腐、防护用聚氨酯/聚脲复合防护层的制 备方法

采用低压水枪对混凝土基层1表面进行处理，干燥后，涂刷双组份聚氨酯 材料0.3mm，待表干后涂刷第二层1mm，表干后继续涂刷第三层0.7mm，得到 2mm厚的聚氨酯弹性层3；在第三层聚氨酯涂层表干后（室温约3h），及时1mm 厚的喷涂聚脲层4，固化2天即可得到防水、防腐、防护与一体的复合防护层。

本实施例得到的复合防护层拉伸强度12.0MPa，撕裂强度45N/mm，邵A 硬度83，本发明所述聚氨酯/聚脲复合防护层的断裂伸长率高，约为482%，断 裂后层间没有分层现象，结合力强，不会在使用中出现分层。

实施例2、一种高性能的防水、防腐、防护复合防护层的制备（使用面漆）

其它步骤同实施例1，在喷涂聚脲后涂刷防紫外、耐磨面漆，形成面漆层5， 面漆用量按0.15Kg/m²使用。

实施例3、一种高性能的防水、防腐、防护复合防护层的制备（使用基面处 理剂）

采用喷砂方式对混凝土基层1的表面进行处理，基面处理剂用量按0.2Kg/m²来喷涂基面处理剂表干形成基面处理层2后，涂刷双组份聚氨酯材料0.2mm，待 聚氨酯涂层表干后涂刷第二层0.5mm，按同样方法涂刷第三层0.5mm，第四层 0.5mm，得到1.7mm厚的聚氨酯弹性层3；在第四层聚氨酯涂层表干后，及时 2mm厚的喷涂聚脲层4，固化3天即可得到防水、防腐、防护与一体的复合防护 层。

实施例4、一种高性能的防水、防腐、防护复合防护层的制备（同时使用基 面处理剂和面漆）

其它步骤同实施例3，在喷涂聚脲后涂刷防紫外、耐磨面漆，形成面漆层5， 面漆用量按0.15Kg/m²使用。

实施例5、一种高性能的防水、防腐、防护复合防护层的制备（使用界面处 理剂）

采用喷砂方式对混凝土基层1的表面进行处理，基面处理剂用量按0.2Kg/m²来喷涂基面处理剂，表干形成基面处理层2后，涂刷双组份聚氨酯材料0.5mm， 待聚氨酯涂层表干后涂刷第二层1.2mm，按同样方法涂刷第三层0.8mm，得到 2.5mm厚的聚氨酯弹性层3；在第三层聚氨酯涂层实干后，按0.15Kg/m²来喷涂 界面处理剂，待处理剂表干时，及时喷涂1.2mm厚的聚脲层4，固化4天即可得 到防水、防腐、防护与一体的复合防护层。

实施例6a、聚氨酯/聚脲复合防护层在混凝土抗冲击防护中的应用

采用高压水枪对混凝土基层1的表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂， 表干形成基面处理层2后，涂刷双组份聚氨酯材料0.5mm，待聚氨酯涂层表干后 涂刷第二层0.5mm，按同样方法涂刷第三层0.5mm，第四层0.5mm，得到2.0mm 厚的聚氨酯弹性层3；在第四层聚氨酯涂层表干后，及时1.0mm厚的喷涂聚脲层 4，固化3天即可得到防水、防腐、防护与一体的复合防护层，复合防护层总厚 度为3mm。

对比实施例6b、聚氨酯防护层在混凝土抗冲击防护中的应用

采用高压水枪对混凝土表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂，表干后， 涂刷双组份聚氨酯材料0.5mm，待聚氨酯涂层表干后涂刷第二层0.5mm，按同 样方法涂刷第三层0.5mm，第四层0.5mm，第五层1.0mm，固化3天即可得到 防水、防腐、防护与一体的聚氨酯防护层，防护层总厚度为3mm。

对比实施例6c、喷涂聚脲防护层在混凝土抗冲击防护中的应用

采用高压水枪对混凝土表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂，表干后， 一次喷涂成型聚脲防护层，防护层总厚度为3mm。

实施例7a、聚氨酯/聚脲复合防护层在混凝土耐腐蚀防护中的应用

采用高压水枪对混凝土基层1表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂， 表干形成基面处理层2后，涂刷双组份聚氨酯材料0.4mm，待聚氨酯涂层表干后 涂刷第二层0.6mm，得到1.0mm厚的聚氨酯弹性层3；在第二层聚氨酯涂层表 干后，及时喷涂1.0mm厚的聚脲层，固化2天即可得到防水、防腐、防护与一 体的复合防护层，复合防护层总厚度为2.0mm。

对比实施例7b、聚氨酯防护层在混凝土耐腐蚀防护中的应用

采用高压水枪对混凝土表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂，表干后， 涂刷双组份聚氨酯材料0.4mm，待聚氨酯涂层表干后涂刷第二层0.6mm，同样 方法涂刷第三层1.0mm，得到2.0mm厚的聚氨酯弹性层。

对比实施例7c、喷涂聚脲防护层在混凝土耐腐蚀防护中的应用

采用高压水枪对混凝土表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂，表干后， 一次喷涂成型聚脲防护层，防护层总厚度为2mm。

实施例8a、聚氨酯/聚脲复合防护层在混凝土抗冻融防护中的应用

同实施例7a。

对比实施例8b、环氧树脂防护层在混凝土抗冻融防护中的应用

采用高压水枪对混凝土表面进行处理，待干燥后涂刷基面处理剂，基面处 理剂表干后，涂刷双组份环氧树脂材料2.0mm，得到2.0mm厚的环氧树脂防护 层。

实施例9、聚氨酯/聚脲复合防护层在航道混凝土表面防护中的应用

采用高压水枪代替喷砂来处理航道混凝土基层1的表面，其它同实施例3。

实施例10、聚氨酯/聚脲复合防护层在管桩混凝土防腐蚀中的应用

利用高压水枪处理管桩的内外壁，干燥后刷涂基面处理剂，其它同实施例3。

实施例11、聚氨酯/聚脲复合防护层在新污水处理池混凝土防腐中的应用

利用高压水枪处理污水处理池四壁的混凝土基面，喷砂处理地面混凝土， 干燥后刷涂基面处理剂，其它同实施例3。

实施例12、聚氨酯/聚脲复合防护层在旧污水处理池混凝土防腐中的应用

利用高压水枪处理污水处理池四壁的混凝土基层1的表面，喷砂处理地面 混凝土，用腻子找平，修补孔洞形成腻子层2，固化后刷涂基面处理剂，其它同 实施例3。

以上所述，仅是本发明许多实施例中的几种而已，并非对本发明做任何形 式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例进行修改、等同变化均属本 发明技术方案的范围。

表1为实施例7a和对比试验7b，7c的样品在酸、碱、盐腐蚀后的性能测试 结果。从

表中可以看出，实施例7a、7c得到的复合涂层和聚脲涂层耐腐蚀性能最好。

表1