单组分聚氨酯防水涂料在抽水蓄能电站中的应用试验研究初探

孟 昕 ¹， 孙乙庭 ¹， 李永林 ²， 刘传军 ²， 刘建新 ²， 刘加利 ²

（1．中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130061；

2．山东文登抽水蓄能有限公司，山东 威海 264200）

摘要：为简化施工过程，提高施工质量，降低施工成本，本项目采用室内试验测试与现场施工应用结合的研究方法，探究了一种新型单组分聚氨酯作为抽水蓄能电站大坝表面防水材料的可行性，进行了研究。结果表明，该聚氨酯防水涂料具有优异的物理力学性能及抗老化性，满足工程应用要求，有效地简化了施工并降低成本。同时本文还分析了目前聚氨酯涂料存在的不足，并提出相应的应对措施，为国内抽水蓄能电站的设计、施工和建设提供新的技术参考。

关键词：聚氨酯防水涂料；水利工程；混凝土；防水防渗

引言

近年来，随着水利行业的迅速发展，水工建筑物防渗作为减少建筑物渗漏，保证工程质量安全的一项重要措施，越来越受到人们的关注。传统的水工建筑物主要靠建筑物主体混凝土材料或面板、心墙等防渗体防渗，但随着近年水工建筑物高度和水头不断提高，以及抽水蓄能电站的出现，水库反复蓄水放空，其表面混凝土承受更大水压，对水工建筑防渗提出了更高的要求。因此，寻找一种新的水工建筑物防渗材料与喷涂技术成为了水工建筑物防渗的迫切需要。

随着有机合成的迅速发展，有机防水涂料的出现为水工建筑物防渗提供了一种新的方法。目前，水工建筑物表面防水涂料多采用聚脲^[1]，包括双组分喷涂聚脲和手刮聚脲等，其具有强度高，耐磨性好等优势，但其成本高昂，且需人工刮涂或双组分混合，大大影响了施工效率和质量。
本项目依托某在建抽水蓄能电站工程，在其下水库钢筋混凝土面板堆石坝部分开展涂料应用研究，旨在寻找一种能实现工程防渗作用的同时，又能降低工程造价、简化施工过程的防水材料。
目前，聚氨酯防水材料以其优异的防水性能和成本优势在建筑地下防渗^[2]、地铁^[3]等多个领域已进行了应用，但其作为水工防水涂料在国内应用较少，只曾在少数水利项目^[4-5]有过应用，且其尚未作为抽水蓄能电站大坝表面防水涂层材料应用过，同时由于抽水蓄能电站具有反复抽放水等特 点，水位及水压反复变化，其大坝涂层材料需要更强的抗渗能力及适应水压变化能力，因此有必要对聚氨酯作为抽水蓄能电站防水材料的可行性做进一步探究。
聚氨酯防水涂料是以异氰酸酯、聚醚为主要原料，配以各种助剂制成的反应型柔性防水涂料，按组分主要分为单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料。与双组分聚氨酯及传统聚脲涂料相比，单组分聚氨酯涂料具有仅需简单调配即可使用，施工过程简便、挥发性有机化合物（VOC）含量低、计量误差小等优点。
同时，单组份聚氨酯中含端—NCO基的预聚体通过与空气中的湿气反应即可固化成膜，减少了传统聚氨酯采用MOCA作为固化交联剂对环境造成的污染，同时研究表明，用水做固化剂时与潮湿基面粘结强度比用MOCA固化可提高46%^[6]，由于水工建筑物多位于潮湿环境，因此单组分聚氨酯更适合在水工建筑物等潮湿基面上施工。综上，单组分聚氨酯材料成为了本次研究的首选材料。

1 RT-S 单组分聚氨酯涂层材料

1.1 RT-S 单组分聚氨酯涂层材料简介

针对本项目研究，委托中科润唐公司对原有生产的RT-S单组分聚氨酯涂料进行材料配比优化改进，制得本项目所用的RT-S单组分聚氨酯涂料，该涂料为反应固化型（湿气固化）涂料。传统聚脲涂料等必须在干燥基底上才能施工，而 RT-S单组分聚氨酯涂料可在潮湿基底上施工，并且附着力优异。
并且本项目聚氨酯涂料施工采用喷涂的施工方法，不同于传统涂料采用刮涂施工，提高了施工效率，降低了成本。
1.1.1 防水机理

本项目采用聚氨酯涂料属于单组分湿固化聚氨酯防水涂料，使用时无需额外加入固化剂，在湿气环境中可缓慢交联并固化，形成性能优异的防水涂层。
厂家试验表明，在基底表层涂覆RT-S型涂料，一部分涂料可渗入基层中，如图1所示，使防水层与基层混凝土有效融合，克服了层面间窜水现象，具有极强的“自防窜”性能，可降低传统防水涂料因表面刮擦而导致的漏水现象^[8]。由于RT-S型聚氨酯涂料具有优异的表面粘附力、耐水性及耐水解性，可有效保护防水基层，达到经久耐用、滴水不漏的效果。

1.2 RT-S 防水涂层材料性能测试

在现场应用之前，首先对RT-S单组分聚氨酯涂料进行了室内试验检测，以测定其各项性能是否满足相关规范及设计要求，其中室内力学试验采用的是固化后的防水涂料，试验环境见表1；随后进行了涂料涂覆涂料后混凝土的抗渗性能对比试验，验证其防渗效果。
1.2.1 常规性能测试

对固化后的防水涂料进行了室内试验检测，依据GB/T 19250-2013等规范，对固化后涂料的拉伸性能、撕裂强度、低温弯折性、不透水性、老化性能等进行了检测，又进行了涂料的粘结强度测试，试验组数及部分检测结果见表1。

从表中可以看出，RT-S聚氨酯涂料各项力学性能及耐久性优异，各项性能均达到国家标准GB/ T 19250-2013 III型聚氨酯要求，其中断裂伸长率等性能更是远远高于国家标准GB/T 19250-2013中 III型聚氨酯要求。
1.2.2 RT-S 防水涂层材料对混凝土抗渗性能影响试验
为研究涂料涂覆后对混凝土抗渗性能的影响，依据《水工混凝土试验规程》（DL/T 5150-2017），制备两组混凝土抗渗试件，进行了室内混凝土试件抗渗性能测试，一组试件表面涂附RT-S聚氨酯涂料，涂层厚度1.5mm，凝固后进行封样、测试，一组不涂涂料作为空白对比试件，分别测试两组试件的抗渗性能，测试水压从0.1MPa开始，每隔8h水压增加0.1MPa，逐级加压直至1.2MPa,结果发现两组试件表面均未出现渗水现象，后将试件劈裂进行渗水高度测试，发现涂刷聚氨酯涂料组试件内部无渗水，对比试件渗水高度达10cm，表明涂附聚氨酯涂料可明显提高混凝土的抗渗防水性能。
2 现场施工应用实验
2.1 施工应用

选择工程部分坝段，采用单组分表面喷涂的施工方法对单组分聚氨酯涂层材料进行了现场施工应用，施工流程主要包括基底修整及清洁、涂料喷涂施工、喷涂后的试验检测等。
2.2 施工后涂料性能测试

喷涂涂料后进行了现场的涂料与混凝土附着力测试，测试结果见表2中测点1—3，测试结果满足相关规范及设计要求。

同时，在涂料现场使用周期内，每隔一定时间对现场涂料进行与大坝面板混凝土附着力测试，并与涂附早期的附着力测试结果进行对比，对比结果见表2中测点4—7，其附着力基本保持在2.4—2.6MPa，表明该涂料附着力稳定，耐候性能优异。
2.3 应用效果

目前，经过一年时间在大坝部分坝段喷涂应用，其外观与刚涂附完成时对比无明显变化，无老化迹象，同时涂料与大坝表面附着力随时间基本无变化，满足设计性能要求，耐久性良好，可作为本工程防水涂料使用。

3 聚氨酯涂料应用过程可能遇到的问题及应对方法

通过本次试验应用实践及类似工程应用经验，总结出以下几点聚氨酯涂料应用过程中可能遇到的问题及解决方法，供类似项目应用参考。
3.1 涂层上下厚度不均问题

由于为涂料固化需要一定时间，未完全固化涂料具有一定流变性，其在固化过程中在大坝斜坡表面发生流淌，造成大坝表面上下涂层厚度不均。本项目通过掺加及调整催化剂等其他助剂含量的方法，调整了涂料的粘度并缩短了其固化时间，获得了同时满足施工粘度要求及施工质量要求的涂料，避免了施工后涂料在斜面上发生流淌造成的涂层不均匀现象。
3.2 防水涂料的起泡问题

在类似项目中，聚氨酯涂料表面或内部产生封闭、半封闭空洞，这主要是由于固化过程中产生了CO₂气体，涂料固含量高，粘度大，不利于产生气泡的扩散，进而在涂层内部或表面产生气孔。本项目采用降低单次涂覆量的方法，使产生的气体及时排出，有效减少了成膜后的起泡。
3.3 涂层起鼓问题

基层有起皮、起砂、开裂，使涂膜粘结不良，或基层含水量过大，形成气泡造成涂膜空鼓。基层施工应认真操作、养护，待基层干燥后，再按防水层施工工艺逐层涂刷。
试验表明，本RT-S型单组分聚氨酯防水涂料具有优异的物理力学性能，良好的抗老化及耐低温性能，同时可有效提高混凝土抗渗性能、与混凝土基底的附着力良好，可达到规范及设计技术要求。与传统涂料相比，其还具有适应变形性强、施工过程简便、可在潮湿基底施工、施工效率高、成 本低、便于质量控制等优点，可满足本项目的应用要求。

来源：《吉林水利》2023年第 8 期（总第495期）