前言

地下市政基礎設施建設是城市安全有序運行的重要基礎。防水層施工是這些基礎設施施工中關(guān)鍵的工序之一，直接影響后期運營的質(zhì)量、安全和壽命。

1998 年，噴涂聚脲材料在我國研發(fā)成功，至今已有 20 余年的歷史。朱祖熹在 2010 年即撰文介紹了聚脲防水材料用于隧道工程的優(yōu)勢。經(jīng)過十余年的發(fā)展，噴涂聚脲在材料技術(shù)和施工工藝上進一步成熟，應用案例也逐漸增加。


01
城市地下市政基礎設施的防水要求

城市地下市政基礎設施工程防水防腐是一個系統(tǒng)工程，一旦防水層出現(xiàn)破損或老化，很難從迎水面進行維修，只能從背水面進行堵漏或排水處理，且維修難度大、成本高，因而在材料選擇和施工時尤其需要嚴格按照設計標準執(zhí)行，選擇性能更有保障的材料。
02
噴涂聚脲的技術(shù)優(yōu)勢

噴涂聚脲是一種新型無溶劑環(huán)保涂料。該材料防水、防腐性能好，具有固化速度快、防護時間久、機械化噴涂效率高等優(yōu)勢，目前在地下市政基礎設施工程中的應用逐漸得到普及。
2. 1 防腐防水性能
地下市政基礎設施埋設于地下，地質(zhì)條件復雜，要求防水材料具有優(yōu)異的不透水性以及耐環(huán)境介質(zhì)腐蝕的能力。噴涂聚脲在 0.4 MPa 水壓下不透水性長達 120 min，同時可長期耐受海水、酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)，在地下市政基礎設施防水及不同介質(zhì)環(huán)境下耐腐蝕防護中具有良好的匹配性。
2. 2 物理性能
噴涂聚脲具有優(yōu)異的物理性能，國內(nèi)外主流廠家噴涂聚脲的主要物理性能見表 1。國內(nèi)新型噴涂聚脲的拉伸強度最高可達 47.5 MPa，遠超目前國外同類產(chǎn)品。
2. 3 耐老化性能
地下市政基礎設施的使用年限要求較長，防水材料的耐老化性能是重要考核指標之一。聚脲是一種微相分離的嵌段高分子材料，在動態(tài)荷載下，其軟段和硬段在不同加載速率下應變速率不同，具有一定的自修復能力，從而能更好地抵御結(jié)構(gòu)的破壞。聚脲的主要結(jié)構(gòu)是碳和氮結(jié)合成的脲鍵，其分解溫度峰值為 260 ℃，高于氨甲酸酯分解溫度峰值 241 ℃，因而聚脲的耐熱老化和耐濕老化性能均優(yōu)于聚氨酯材料。李敬瑋等通過人工老化性能試驗研究得出聚脲在 20 ℃環(huán)境下的臨界老化壽命為 194 a，而 30 ℃的臨界老化壽命為 50 a。
2. 4 附著力
附著力對于噴涂聚脲工程的預期壽命至關(guān)重要。聚脲與底材的附著力是復雜的物理和化學現(xiàn)象，由于噴涂聚脲反應速度快、浸潤時間短，因而必須選擇適當?shù)牡灼嶙鳛閷娱g附著力的促進劑。Air++102 噴涂聚脲與配套底漆組成的涂層體系，粘結(jié)強度高達 4.86 MPa，遠優(yōu)于《噴涂聚脲防水涂料》（GB/T 23446—2009）中 2.5 MPa 這一技術(shù)指標，可滿足地下基礎設施長效防水的要求。
2. 5 施工性能
噴涂聚脲不僅是一種新材料，更是一種專業(yè)的施工方法。噴涂聚脲固化速度快，一般 10 s 凝膠，2 min 即可達到在其上步行的強度；對溫度和水分不敏感，施工時受環(huán)境溫、濕度影響小；一次施工即可達到設計厚度，克服了多層施工的弊病。運用專業(yè)噴涂設備，單臺套單日施工面積可達 1 000 m 2 以上，效率優(yōu)勢明顯。
03 噴涂聚脲在城市地下基礎設施中的應用

3. 1 噴涂聚脲在明挖法隧道中的應用大連灣海底隧道是中國北方第一條跨海隧道，主線全長 5.1 km，其中南北岸暗埋段、敞開段長約 1.8 km。該隧道所處的環(huán)境類別既屬于海洋氯化物環(huán)境，又屬于凍融環(huán)境，隧道暗埋段與敞開段要求結(jié)構(gòu)不允許滲水，結(jié)構(gòu)表面可有少量濕漬，防水要求高、難度大。經(jīng)過方案論證，在主體結(jié)構(gòu)采用放坡開挖形式時，側(cè)墻與頂板施作1.5 mm 厚的噴涂聚脲防水材料，在變形縫位置加設 0.5 mm 厚噴涂聚脲加強層  [4] 。目前，已有部分工段施工完畢并開始注水，防水效果達到預期。其他明挖法隧道如港珠澳大橋島隧工程、博鰲通道、金雞湖隧道、春申湖隧道、尹山湖隧道等水下隧道均采用了噴涂聚脲防水方案，大連灣海底隧道頂板噴涂聚脲施工見圖 1，大連灣海底隧道側(cè)墻噴涂聚脲施工見圖 2。
3. 2 噴涂聚脲在沉管法隧道中的應用
天津海河隧道是我國北方首條采用沉管法施工的河底隧道，也是國內(nèi)首條采用聚脲外包防水施工工藝的沉管法隧道。海河隧道設計使用年限是 100 a，防水設計文件要求達到二級防水標準，但實際施工完畢后已達到了一級防水標準，即無滲水，結(jié)構(gòu)表面也無濕漬。沉管法隧道管節(jié)外表面采用了 1.2 mm 厚的聚脲防水涂層，為隧道穿上了“雨衣”，至今為止，該“雨衣”為海河隧道抵御腐蝕性河水的沖刷已有多年。此外，廣州金光東隧道在預制管節(jié)的側(cè)墻、頂板表面采用 1.5 mm 厚噴涂聚脲，并在沉管管節(jié)端鋼殼頂板、側(cè)墻和管節(jié)混凝土結(jié)構(gòu)交接縫處涂刷一道 2.0 mm 厚聚脲涂料作為加強防水層，達到了預期的防水效果。
3. 3 噴涂聚脲在綜合管廊及人防工程中的應用
盡管噴涂聚脲在埋設于綜合管廊內(nèi)的污水管道等市政管道上的防腐應用早已普及，但在綜合管廊中的應用尚處于起步階段。為保證防水效果，綜合管廊的主體結(jié)構(gòu)宜選用柔性防水材料設置在結(jié)構(gòu)迎水面；預制式拼裝結(jié)構(gòu)的綜合管廊，除需做好接縫密封防水以外，還宜在結(jié)構(gòu)迎水面增設柔性防水層。已有深圳媽灣一路、雄安新區(qū)啟動區(qū)等地下綜合管廊開始設計采用聚脲作為防水材料。
在人防工程中，不僅對防水、防爆的要求較高，由于地下空間較密閉，故對材料的環(huán)保性要求也更嚴格。目前，噴涂聚脲已在人防工程防爆門中取得成功應用。
04 最新研究進展

4. 1 噴涂聚脲對混凝土抗拉強度的影響
有研究顯示，在混凝土試樣上噴涂聚脲，其剛度、峰值荷載、屈服強度、延展性和能量耗散等參數(shù)都得到明顯改善，使得這些試樣在更大的位移下才發(fā)生坍塌，這表明聚脲可以在關(guān)鍵或敏感區(qū)域有效控制能量耗散。另一個重要發(fā)現(xiàn)是關(guān)于未完全破壞混凝土板的回彈能力，在移除荷載后，聚脲使試樣恢復到接近原始形狀。這些結(jié)果
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