前言

地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是城市安全有序運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。防水層施工是這些基礎(chǔ)設(shè)施施工中關(guān)鍵的工序之一，直接影響后期運(yùn)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(shì)。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(jìn)一步成熟，應(yīng)用案例也逐漸增加。


01
城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的防水要求

城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施工程防水防腐是一個(gè)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(jìn)行維修，只能從背水面進(jìn)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(shí)尤其需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)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(shì)

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(hù)時(shí)間久、機(jī)械化噴涂效率高等優(yōu)勢(shì)，目前在地下市政基礎(chǔ)設(shè)施工程中的應(yīng)用逐漸得到普及。
2. 1 防腐防水性能
地下市政基礎(chǔ)設(shè)施埋設(shè)于地下，地質(zhì)條件復(fù)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(dá) 120 min，同時(shí)可長期耐受海水、酸、堿、鹽等腐蝕介質(zhì)，在地下市政基礎(chǔ)設(shè)施防水及不同介質(zhì)環(huán)境下耐腐蝕防護(hù)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(qiáng)度最高可達(dá) 47.5 MPa，遠(yuǎn)超目前國外同類產(chǎn)品。
2. 3 耐老化性能
地下市政基礎(chǔ)設(shè)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(biāo)之一。聚脲是一種微相分離的嵌段高分子材料，在動(dòng)態(tài)荷載下，其軟段和硬段在不同加載速率下應(yīng)變速率不同，具有一定的自修復(fù)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(yàn)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(duì)于噴涂聚脲工程的預(yù)期壽命至關(guān)重要。聚脲與底材的附著力是復(fù)雜的物理和化學(xué)現(xiàn)象，由于噴涂聚脲反應(yīng)速度快、浸潤時(shí)間短，因而必須選擇適當(dāng)?shù)牡灼嶙鳛閷娱g附著力的促進(jìn)劑。Air++102 噴涂聚脲與配套底漆組成的涂層體系，粘結(jié)強(qiáng)度高達(dá) 4.86 MPa，遠(yuǎn)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(biāo)，可滿足地下基礎(chǔ)設(shè)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(dá)到在其上步行的強(qiáng)度；對(duì)溫度和水分不敏感，施工時(shí)受環(huán)境溫、濕度影響??；一次施工即可達(dá)到設(shè)計(jì)厚度，克服了多層施工的弊病。運(yùn)用專業(yè)噴涂設(shè)備，單臺(tái)套單日施工面積可達(dá) 1 000 m 2 以上，效率優(yōu)勢(shì)明顯。
03 噴涂聚脲在城市地下基礎(chǔ)設(shè)施中的應(yīng)用

3. 1 噴涂聚脲在明挖法隧道中的應(yīng)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(shí)，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(shè) 0.5 mm 厚噴涂聚脲加強(qiáng)層  [4] 。目前，已有部分工段施工完畢并開始注水，防水效果達(dá)到預(yù)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(yīng)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(shè)計(jì)使用年限是 100 a，防水設(shè)計(jì)文件要求達(dá)到二級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際施工完畢后已達(dá)到了一級(jí)防水標(biāo)準(zhǔn)，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(yù)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(qiáng)防水層，達(dá)到了預(yù)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(yīng)用
盡管噴涂聚脲在埋設(shè)于綜合管廊內(nèi)的污水管道等市政管道上的防腐應(yīng)用早已普及，但在綜合管廊中的應(yīng)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(shè)置在結(jié)構(gòu)迎水面；預(yù)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(shè)柔性防水層。已有深圳媽灣一路、雄安新區(qū)啟動(dòng)區(qū)等地下綜合管廊開始設(shè)計(jì)采用聚脲作為防水材料。
在人防工程中，不僅對(duì)防水、防爆的要求較高，由于地下空間較密閉，故對(duì)材料的環(huán)保性要求也更嚴(yán)格。目前，噴涂聚脲已在人防工程防爆門中取得成功應(yīng)用。
04 最新研究進(jìn)展

4. 1 噴涂聚脲對(duì)混凝土抗拉強(qiáng)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(qiáng)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(gè)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(fù)到接近原始形狀。這些結(jié)果
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