高滲透改性環(huán)氧系列材料在剛性防水工程中的應用1

高滲透改性環(huán)氧系列材料在剛性防水工程中的應用廣州科化防水防腐補強有限公司葉林宏關鍵詞：剛性防水材料工程應用摘要：簡明闡述了剛性防水的重要性，介紹了高滲透改性環(huán)氧防水材料的防水機理，對耐久性的貢獻，還對工程應用情況作了介紹一、對剛性防水與柔性防水辯證關系的再認識混凝土結構防水的目的是要有效阻止結構外的水進入混凝土內，因為水的進入會引起鋼筋的銹蝕，同時進入水中的氯離子、酸根或氫氧根也會引起鋼筋的腐蝕，這必然造成混凝土使用壽命的縮短，所以，防水、防腐、混凝土缺陷修復及裂縫灌漿都是混凝土結構維護的措施，其最終目的是保證混凝土結構的耐久性，從而達到設計的使用年限?；炷两Y構內自防水通常在混凝土制作過程中添加減水劑、抗?jié)B劑、或通過蒸汽養(yǎng)護等方法來提高其密實度，降低混凝土的滲透系數(shù)，使水難于滲入混凝土中，同時還添加抗裂劑、鋼纖維、聚合物短纖維來提高其自身的抗裂性，兩者的共同作用達到混凝土結構的自防水能力。由于混凝土是剛性的，這些防水措施又稱為剛性防水?；炷两Y構的附加防水，視其使用的防水材料不同分為剛性防水和柔性防水兩類材料。剛性防水材料常見的A1500、堵漏靈、水不漏、水泥基滲透結晶等無機鹽類涂料和有機硅、環(huán)氧樹脂（分滲透性和非滲透性）等有機高分子類涂料，其共同特點是涂層與滲入形成的結晶或固結體均無彈性，斷裂伸長率低。附加防水中的柔性材料，有涂膜類和卷材類，其共同特點是有，斷裂伸長率高，兩種材料組合使用形成剛柔結合的復合防水體系，效果更好。剛性防水與柔性防水是可以效果疊加的兩種技術措施，分別使用時，視使用條件而定，無須進行剛柔誰好誰劣之爭。在剛性防水的自防水、附加防水和缺陷灌漿補強三種方式中，提高混凝土自防水性能應是固本扶元之策，這好似一個不太貼切的比喻，混凝土結構防水好比人體防病，人體很健康，自防病能力強是根本，穿衣保暖防感冒、防紫外光直射損傷皮膚有如結構的附加防水措施，生病了吃藥打針好比混凝土結構出現(xiàn)裂縫需灌漿補強，所以，提高自防水能力是根本。八十年代前，南方的住宅未做防水，但混凝土質量好，其漏水率反而低過現(xiàn)在的商品房，現(xiàn)在在建的港珠澳大橋，要求使用壽命120年，其中過海大沉管隧道，用鋼模板澆筑，單節(jié)重量上萬噸，無法實現(xiàn)全包防水防腐施工，因此，只能實施一些特殊措施增強結構自身的抗?jié)B能力，以防止海水和氯離子等有害物質的滲入，其試驗結果顯示，只做結構自防水依然能確保使用壽命120年，現(xiàn)已開始施工建造。這樣的工程應用實例在發(fā)達國家的類似重要工程中也為數(shù)不少，說明了剛性防水中提高其結構自防水能力是十分重要的，是防水之本。當然，在可以進行防水防腐施工的情況下，重要工程還是應通過復合防水防腐的方式來確保達到設計使用壽命，這在經濟上也是合算的。二、一種優(yōu)秀的剛性防水材料－高滲透改性環(huán)氧系列材料1、環(huán)氧樹脂防水材料的特點及在國內外的應用環(huán)氧樹脂有幾十種，其用途最廣、用量最大的雙酚A型環(huán)氧樹脂，常稱為通用型環(huán)氧樹脂，因其分子結構中含有羥基、醚基、活潑的環(huán)氧基極性基因，因而具有獨特的高粘接力，固結體呈立體網狀結構，收縮率小，耐酸、耐堿、耐溶劑、耐水性能好，機械強度高，力學性能好，所以，已廣泛用作粘合劑、防腐涂料、防水涂料和灌漿材料。德國的道橋防水基層處理原用溶劑瀝青打底，防水與粘接性差，后改用環(huán)氧樹脂做底涂，兩遍總用量0.9－1.1KG/m2,上面再鋪厚度4.5－5.5mm的改性瀝青卷材做復合防水，2009年此ZTV標準已成為歐洲標準⑴日本也有環(huán)氧樹脂防水涂料，并形成了系列產品。香港地鐵八十年代后新建的地鐵車站和大開挖地段的結構頂板和邊墻采用環(huán)氧樹脂防水涂料噴涂，直接噴涂在混凝土面上，達到香港A級防水要求，此做法在香港地鐵后期項目中占了大多數(shù)⑵，為國內地鐵防水工程提供了參考和借鑒。我國水利水電工程應用環(huán)氧涂層作防滲防漏和環(huán)氧化灌漿材對結構裂縫灌漿補強始于上世紀六十年代，也有使用環(huán)氧砂漿噴涂1－2cm厚作防水層，均取得較好的效果，但未實現(xiàn)環(huán)氧類材料的商品化，也未能在其他民用建筑工程中推廣應用。2005年，廣州科化防水防腐補強有限公司推出了國內首創(chuàng)的高滲透改性環(huán)氧防水涂料，它與國外產品相比，力學性能差不多，但濕粘接強度更高，還可在潮濕的混凝土基面施工，其防水機理是在混凝土結構表面涂刷后能沿著毛細管道和肉眼難于發(fā)現(xiàn)的裂紋自外而內滲入混凝土內2－10mm（標號不同，用量不同，滲入深度不同）固化后形成一個不透水的固結增強層，不僅水難于進入，空氣之中的有害氣體也難于進入，并且使?jié)B入層的強度拉高30%以上，起到防水、防腐、修補結構基層表面和補強的作用。2009年9月通過了建設部的評估鑒定，專家們形象地稱之為“植根式涂膜”，同年底列為建設行業(yè)推廣項目，并獲《國家重點新產品證書》。幾年來，在許多防水與滲漏治理工程中應用效果顯著，也帶動了國內一批科研單位和企業(yè)研發(fā)生產環(huán)氧類防水涂料，目前，科化公司作為副主編單位參加了《環(huán)氧樹脂防水涂料》行業(yè)標準的制定。2、高滲透改性環(huán)氧防水涂料及系列材料的性能特點：高滲透改性環(huán)氧防水涂料的基本技術源自國家發(fā)明專利“高滲透呋喃環(huán)氧化灌漿材”即中化－798第一代漿材，科化公司董事長葉林宏研究員做為該項專利發(fā)明人之一，向原工作單位購買了該項專利，并在此基礎上運用研究長達七年之久的漿液滲透機理和各組分間的反應機理做指導，研制出了性能更好的第三代中化－798高滲透改性環(huán)氧化灌漿材（即中化－798－Ⅲ）。還針對混凝土屬多孔介質的特性和工程要求，研制出了混凝土專用的高滲透改性環(huán)氧系列材料：防腐涂料（KH-1）、防水涂料（KH-2）、化灌漿材（KH-3）、防水與粘接又功能界面粘合劑（KH-5）、噴涂聚脲專用底涂（KH-7），統(tǒng)稱為中化－798－Ⅲ高滲透改性環(huán)氧系列材料，2011年列為國家火炬計劃，科化公司成為廣交會優(yōu)質供應商。系列材料的固結體雖然有一定韌性，均屬剛性體，都具有防水功能，所以，都屬剛性防水材料。共有物理力學性能見下表：項目技術指標1密度（g/ml）1.03—1.122粘度（mPa.s）2.6—10.33初凝時間（h）4—1004抗壓強度（Mpa）60—1005抗拉強度（Mpa）15－266抗剪強度7－157粘接強度（Mpa）干燥基面≥4.6-5.6潮濕基面≥3.6-4.28透水壓力比（%）≥300－3709凍融循環(huán)前后重量變化率（%）≤1.3－3.210耐化學質介浸泡14天5%HCL≤無變化飽和Ca(OH)2≤無變化11耐紫外線老化1000小時無變化12C30混凝土滲入深度（mm）3-10mm高滲透改性環(huán)氧與國內外同類產品相比較，具有以下特點：1）、具有優(yōu)異的滲透性，能滲入大壩基礎泥層與軟弱巖石中使其加固，能滲入混凝土表層下3－10mm,這是絕大多數(shù)同類產品不具備的。見圖1、圖2、圖3圖1圖2圖32）、具有優(yōu)良的力學性能，特別是與混凝土基層的濕粘接強度，遠高于同類產品。3）、國內產品大多用糠醛－丙酮稀釋體系，屬非活性稀釋劑，而本公司產品獨有催化劑能將丙酮活化參加反應，因而韌性、耐久性都大幅提高。4）、施工方便，不像同類產品對混凝土干燥度有要求，可直接在潮濕基面施工5）、固結體無毒，不產生污染6）、從中化－798第一代到現(xiàn)在的第三代，均具有優(yōu)異的耐老化性，用于結構裂縫止水補強工程最長已23年，用于屋面與地下室防水工程最長已20年，均無滲漏。7）、性價比優(yōu)良，與國外同類產品相比，價格不到它們的三分之一。三、高滲透改性環(huán)氧系列材料在工程中的應用高滲透改性環(huán)氧化灌漿材（KH-3），一是用于大壩基礎低滲透含泥地層與軟弱巖體的加固，已用于多個大壩，卓有成效，因不屬防水范圍，不作介紹。二是用于大壩防水帷幕和混凝土裂縫止水補強，屬剛性防水，連同防水、防腐、粘接、卷材及聚脲、底涂系列材料在預防水及滲漏治理工程中的部分應用案例介紹如下：1、在水利、水電工程中的應用：1）、大壩裂縫滲漏治理與補強大壩裂縫的治理和一般民用建筑結構滲漏治理不同的是不僅要止水還必須補強，所以基本上不選擇只有堵水效果，但無補強功能的聚氨脂材料，而選用環(huán)氧類化灌漿材。在工程實踐中業(yè)主方體會到使用滲透型，尤其是高滲透型的環(huán)氧類灌漿材料耐久性好，因為這類漿材能往裂縫壁內滲透一定深度，形成植根式的固結增強層。加上非活性溶劑丙酮的活化，提高了裂縫內充填的漿材固結體的韌性，可抵御輕微的變形。自然耐久性大幅提高。前年云南小彎電站大壩大量裂縫補強灌漿就選用了這兩種環(huán)氧漿材，總用量達到了500多噸2）、在廣州抽水蓄能電站中的應用1990年，廣州抽水蓄能電站輸水管高壓堵頭出現(xiàn)嚴重漏水，堵頭動水頭壓力大于8MPa,靜水頭壓力達到6MPa，堵頭噴漏水量達11.5m3/h,其處理方案為水泥－化灌復合灌漿方法，環(huán)堵頭洞壁布置三排環(huán)形灌漿孔，使用速凝水泥進行灌漿，第一環(huán)灌完后，漏水量和漏水壓力明顯減少，接著灌第二環(huán)、第三環(huán)，到滲漏水量很小時，使用中化－798進行化學灌漿，處理結果，堵頭迎面不再漏水。各方均滿意，《南方日報》進行了報道。2006年輸水管出現(xiàn)大量空洞，被迫停機搶修，先在空洞壁涂刷KH-5,再用混凝土修復，最后在管內側涂刷KH-2兩遍，至今完好無滲漏。3）、治理水電廠混凝土輸水管缺陷象山梯級電站一條預應力混凝土輸水管使用20多年出現(xiàn)了三種缺陷。一是管外碳化引起的白色沉淀堆積和“鼓泡”。二是出現(xiàn)貫穿性裂縫。三是銹蝕在管外多處存在黃褐色銹斑。經多次論證后“就地維護”取代了“換管”方案。治理上述三種缺陷的方法為使用高滲透改性環(huán)氧漿材進行裂縫灌漿補強。對白色沉淀堆積和鼓泡及銹蝕點采取清理后進行表面涂刷法處理。業(yè)主方經八年觀察結果統(tǒng)計，灌注后的裂縫無一返滲，碳化嚴重的點滲、鼓泡及其10cm半徑所包的面積內反滲的占已處理量的5%。大面積高密集度碳化點出現(xiàn)反滲的僅占已處理面積的2%-3%之間。業(yè)主方面認為：“使用高滲透改性環(huán)氧材料對碳化、開裂混凝土輸水管的處理，已獲得良好的防蝕效果和耐久性長的使用功能，因而有關各方均表滿意?！边@也對水電廠混凝土輸水管道的缺陷治理，避免換管，節(jié)省投資開創(chuàng)了一個好的工程應用先例。2、在地鐵工程中的應用1）、KH-3化灌材料在結構裂縫滲漏治理與補強工程中的應用地鐵工程中，大多數(shù)混凝土結構工程在地下，一旦出現(xiàn)裂縫，均會產生不同程度的滲漏，需要進行化灌處理止水補強；化灌后的效果，是否還滲漏，立即可查。其耐久性，可觀察再出現(xiàn)復漏的時間來判定，不同的化灌漿材，化灌后的耐久性差別很大，這已成為業(yè)主方重視和考慮選材的重要問題了。廣州地鐵公園前站是1號線和2號線的交換站，分上下兩層，在建時混凝土結構裂縫多，滲漏水較嚴重，1997年初，曾分區(qū)域使用三種材料進行施工止水補強。其跟蹤觀察結果如下：使用時間聚氨酯一般改性環(huán)氧中化798－Ⅱ高滲透改性環(huán)氧漿材使用時間3年2個月復漏5年半復漏已14年無滲漏比此更長時間的是廣州黃沙珠江隧道大沉管裂縫的灌漿補強，大沉管長105m，寬38m，高7.95m，澆筑后產生了92條裂縫，總長447.4m，縫寬大多為為0.1mm.使用第一代和第二代中化－798化灌漿材做化灌處理。經沉水、試壓檢查無一滲漏后沉入江底安裝?，F(xiàn)已使用近20年，至今仍無滲漏。2008年，廣州地鐵2號線進行大修時，鑒于上表中的使用效果和過江隧道使用效果，將中化－798－Ⅲ化灌漿材KH-3列為2號線大修指定使用的化灌漿材。2009年，深圳地鐵也鑒于原來深圳地鐵1號線使用高滲透改性環(huán)氧化灌漿材的良好效果，也列為5號線14個在建車站滲漏化灌處理指定使用的化灌漿材。天津、成都、昆明地鐵結構裂縫治理也是使用中化－798－Ⅲ化灌漿材，均取得良好效果。2）、地鐵高架橋面復合防水廣州地鐵4號線至南沙的30公里為高架橋路段，橋面原設計使用水泥基滲透結晶防水涂料與SBS改性瀝青自粘卷材組成復合防水，后因水泥基滲透結晶涂料施工速度慢，涂刷后要養(yǎng)護至少2天才能貼卷材，難于保證工期且造價較高。后改用高滲透改性環(huán)氧防水與粘接雙功能界面粘合劑KH-5替代，與上述卷材組成復合防水系統(tǒng)（見圖4、圖5）。圖4圖5設計用量0.5kg/m2，實際使用量約0.4m2，涂刷兩遍。涂后2-4小時即可鋪設卷材。復合防水層做粘接強度和剝離強度檢測時，都是卷材在粘接面外斷裂，完全實現(xiàn)了高強度滿粘。施工時正值7至9月份，是廣州雷雨季節(jié)，為趕工期，雨后不到一小時橋面完全潮濕就施工，依然粘接效果好。不僅提前了工期，還節(jié)省了投資，質量也比用水泥基滲透結晶涂料好，現(xiàn)已投入使用5年，檢查未發(fā)現(xiàn)有滲漏。3）、車站頂板復合防水正因為在4號線橋面用上述復合防水系統(tǒng)取得良好效果，后來廣州地鐵這一復合防水系統(tǒng)用在車站頂板的防水上。目前，廣州地鐵5號線.、6號線及廣佛地鐵均在施工。4）、大開挖地段的頂板與側墻復合防水原來1號線大開挖地段的頂板與側墻曾使用熱溶型卷材，效果不理想，去年三元里至嘉禾段6公里大開挖地段已使用上述復合防水系統(tǒng)，已完成該路段施工。5）、樁頭防水國外使用無溶劑環(huán)氧做防水涂料，從涂刷到焊筋、釘模板到澆筑?？刹僮鲿r間只有19個小時，施工較緊張。國內原來使用水泥基滲透結晶結晶防水涂料，新老混凝土間粘接不好，現(xiàn)在使用KH-5防水與粘接又功能界面粘合劑，不僅防水與粘接效果好，可操作時間可達40小時以上，施工方便，現(xiàn)已推廣到深圳地鐵、佛山地鐵和廣州、中山等地的建筑工地應用。6）、盾構管片防腐與防水工程中的應用：國外盾構管片的防腐與防水，基本上都使用無溶劑環(huán)氧涂料，用量在0.5-0.6kg/m2。因不能滲透，要求涂層厚度達到0.3mm左右，國內前幾年曾用過環(huán)氧一瀝青涂料、環(huán)氧聚氨脂涂料、水泥基滲透結晶涂料，但柔性涂料在管片安裝時容易被盾構機尾掃掃掉一部分，完整的涂層部分受到破壞、因而只用過少量工程。而水泥基滲透結晶涂料本身是水泥的活性成分，對防水有作用，對防腐是起不到作用的。曾有少量盾構工程中用過，去年深圳地鐵5號線其中一個標段設計使用，在麻涌管片廠涂刷后放水池養(yǎng)護14天，取出后發(fā)現(xiàn)脫皮剝落，后改為用KH-1?，F(xiàn)在國內地鐵工程中大量使用的是高滲透改性環(huán)氧防腐涂料KH-1。深圳地鐵1號線延長線和2號線的一部分和5號線全線均使用KH-1，用量是0.4kg/m2，總面積約100萬m2，天津地鐵2號線3號線盾構管片使用面積達100萬m2，使用效果均超過設計要求。天津地鐵朱敢平總工等人寫的文章“高滲透改性環(huán)氧涂料在天津地鐵盾構管片外防腐防滲中的應用”已發(fā)表在《中國建筑防水》2010年第二期上。因為效果好，天津地鐵4號線5號線、深圳地鐵7號、9號、11號線將繼續(xù)使用高滲透改性環(huán)氧防腐防水涂料，大連地鐵也開始使用KH-1。涂刷后盾構管片的情況見圖6、圖7圖6圖73、在污水處理池、化工車間、軍港碼頭防腐工程中的應用.1）、生活污水處理池防水與防腐生活污水處理池過去也曾使用過水泥基滲透性結晶涂料，防腐效果不如環(huán)氧類材料。2006年汕尾污水處理池使用KH-1作防腐防水，用量0.6kg/m2,涂刷兩遍，已運行五年多，效果良好。2）、工業(yè)污水處理池防水與防腐廣州開發(fā)區(qū)—電鍍廠污水處理池水溫80℃，原使用環(huán)氧玻璃鋼做內防腐，因環(huán)氧玻璃鋼與池壁剝離并滲漏需每年重新更換，后改用KH-1，用量0.6kg/m2,現(xiàn)已使用四年，完好無損。3）、軍港碼頭的防水與防腐2010年，先后對廣東的幾個軍用碼頭潮差帶用KH-1作了防腐處理，效果令部隊很滿意?，F(xiàn)在珠海神華集團新建的煤碼頭也設計使用KH-1.4、在國家文物保護工程中的應用北京云居寺文物地庫滲漏治理工程，由北京海馬建筑防水工程施工，采取了不拆除面磚，用專用工具在磚塊縫間灌注KH-2。三天后在花崗巖上涂刷無色的KH-2防水涂料，治理效果使庫內濕度下降到35%。滿足40-45%的要求，比原拆除地磚重做防水層方案工期提前90%，工程成本降低65%（詳見《防水工程與材料會訊》2008節(jié)四期）。廣州六榕塔加固維修由中科化灌公司施工，裂縫和磚縫采用第二代中化-798化灌漿材灌注，已經使用12年，效果良好。5、民用建筑工程中的應用1）、在預防水方面的應用2006年開始，KH-2納入了由建設部工程質量安全監(jiān)督與行業(yè)發(fā)展司組織，由中國建筑標準設計研究院主編的《全國民用建筑工程設計技術措施—建筑產品選用技術》，但因推廣力度不夠等原因，并未在預防水工程中大量應用。從此前同類配方所做的工程來看，效果與耐久性還是令人滿意的。中科院廣州分院1998年，分院大樓大修時屋面防水和新建的住宅高樓，其地下室和屋面使用第二代化灌漿材作預防水。用量為0.5kg/m2,未做復合防水，不規(guī)范，但已使用13年，仍無滲漏。2005年廣州生物基地使用PVC卷材與KH-2復合作地下室與屋面防水，分院所屬5個研究所住宅屋面單層防水，至今無一滲漏。室內裝修時，廚衛(wèi)間使用KH-2的已越來越多，現(xiàn)已開始在頤和集團商品住宅小區(qū)開始應用。2）、地下工程混凝土裂縫的止水補強這方面的應用越來越廣，目前，高滲透改性環(huán)氧防水材料與灌漿材料均已納入《地下工程滲漏治理技術規(guī)范》。廣州站前路5萬m2地下商城采用逆作法施工，竣工前幾十處滲漏，施工方選用KH-3采取單一或復合灌注方式解決了裂縫漏水問題，對混凝土墻壁滲水工程，先找有無集中滲漏點，有就用聚氨酯點灌。沒有的先用堵漏靈涂刷，然后再刷兩遍KH-5，解決了滲水問題。5月武漢保利的一個地下車庫，地面滲漏水每天約2噸，使用KH-3采用復合灌漿方式先堵水，然后在地面先涂刷KH-2一遍，再用KH-2與水泥粉按1：1混合涂刷一遍，解決了滲水問題。業(yè)主方十分滿意，愿意長期合作。3）、穿墻管結合部滲漏裝修公司碰到的此類問題最多，解決方法是在將管周圍2cm樓面混凝土鑿深度約0.5cm的環(huán)形槽，在槽內及管結合部涂KH-2兩遍，每遍間隔約40分鐘，然后用水泥砂漿將槽抹平，效果十分理想理想。見圖8、圖9圖8圖94）、新建游泳池的滲漏治理2005年5月，廣州淘金花園新建的游泳池滲漏嚴重，施工隊將飾面磚和原來卷材防水層剝掉，在混凝土澆注的池壁和池底尋找滲漏裂縫，大于0.15mm的裂縫用KH-3灌漿，小于0.15mm的裂縫用KH-2沿縫3遍涂刷。其余地方均用KH-2涂一遍，用量0.2kg/m2,再用KH-2按1：1比例加水泥粉調勻后涂刷一遍。在涂層未完全干時批水泥砂漿，再在砂漿上貼飾面磚?，F(xiàn)已使用6年多，未發(fā)現(xiàn)滲漏。見圖10。圖106、在京滬高鐵橋面和水電大壩噴涂聚脲防水層工程中的應用KH-7是專門針對京滬高鐵噴涂聚脲防水層作底涂使用的，檢測部門透露是幾十家送樣樣品中檢測指標最高的，經2009年8月底中鐵15局現(xiàn)場試驗檢測，不論是拋丸的與未拋丸的粘結強度都遠遠超過《暫行技術條件》要求。而且不拋丸的更高，因KH-7能滲入橋面浮灰層提高其強度。但底涂未作為甲供材料，是由施工方自行采購，由于施工中標價低，價格不相宜。所以，KH-7僅在濟南附近使用了很小一段。2011年6月，水電三局在云南洛札渡大壩迎水面用噴涂聚脲做防水層，要求濕粘接強度≥3MPa,開始