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MMA防水涂料在橋梁中的應用及存在問題
余鐵林

安慶曙光化工有限公司

 

    摘要：隨著我國高標準大規模基礎建設的深入推進，橋梁易受雨水侵蝕問題越來越受專業人士關注。MMA防水涂料作為一種高端高分子防水保護材料目前正在國內橋梁建設中鋪開使用。介紹了MMA防水涂料在國內橋梁防水中的應用，并對應用中存在的問題進行分析，提出了解決問題的方法和措施。

 

    關鍵詞：MMA；涂料；應用；分析

 

 

    1·MMA防水涂料概況

 

    MMA全稱甲基丙烯酸甲酯，通過生產丙烯腈的副產物氫氰酸與丙酮作用生成丙酮氰醇，丙酮氰醇用濃硫酸處理生產甲基丙酰胺硫酸鹽，再與甲醇直接酯化生成。MMA防水涂料是以MMA為主要成分的反應性液體樹脂，通過與引發劑（固化劑）過氧化苯甲酰（BPO）反應，發生自由基聚合，而形成具有強韌性甲基丙烯酸甲酯高分子固化物的防水涂料。在國外，MMA廣泛應用于市政道路、混凝土橋面板、鋼結構橋面板、橋墩、管道、工業地坪、玻璃鋼制品等，如美國曼哈頓大橋、土耳其博斯普魯斯海峽吊橋等；國內MMA最主要的用途是生產高聚物PMMA，主要消費領域為廣告燈箱、標牌、生活用品、家具等行業，基本屬于中低端市場，近年來在高鐵橋梁、公路鋼梁等工程中逐漸大面積使用。隨著MMA原材料和生產成本的降低，MMA防水涂料將在高端工程領域市場進一步發展。

 

    2·MMA防水涂料在橋梁防水中的應用

 

    2.1 MMA防水涂料的生產原理

 

    將MMA原料的硬單體（甲基丙烯酸甲酯等）、軟單體（丙烯酸預聚物等）與過氧化苯甲酰按照一定比例投入帶控溫和攪拌裝置的反應器中，升溫反應一定時間后加入鏈終止劑，停止聚合反應并降溫，得到預聚物。將預聚樹脂用軟單體、硬單體及交聯單體（聚乙二醇二甲基丙烯酸酯等）稀釋后，再按比例加入促進劑、密封蠟、流平劑、消泡劑等助劑生產MMA防水涂料。MMA防水涂料是采用氧化還原引發體系進行室溫固化，硬單體為涂膜提供剛性，軟單體為漆膜提供柔韌性，交聯單體因含有大量的醚鍵，有效提高了漆膜的彈性、強度和撕裂性能。通過試驗選擇MMA防水涂料配方，實現了包括拉伸強度、撕裂強度、沖擊韌性、硬度、耐低溫性以及斷裂伸長率在內的各種物理特性的平衡組合。

 

    2.2 MMA防水涂料的施工工藝

 

    MMA防水層自下至上依次為底漆（基層處理劑,含修補）、第一層防水膜、第二層防水膜，其施工工藝如下：

 

    2.2.1 混凝土基面處理

 

    用無塵自動噴砂機處理混凝土表面，使混凝土表面粗糙度在CSP3-CSP5之間，噴砂機不能處理的地方用手動打磨機處理，最后用修補膩子對基面上的局部大孔、深孔等缺陷進行修補。

 

    2.2.2 混凝土基面處理劑施工

 

    用滾涂方式涂裝一層MMA防水膜配套混凝土基面處理劑到混凝土表面，涂層均勻，無漏涂，無明顯缺陷。當基面處理劑實干并檢驗合格后,才可進行MMA防水層施工。

 

    2.2.3 第一層防水膜施工

 

    防水膜施工應采用特種雙組份高壓無氣噴涂設備，按照施工產品使用說明書的要求準備相應質量的A組分、B組分和固化劑，先將固化劑加入到B組分中，攪拌均勻后再與A組分混合，在噴涂器中度量、混合后噴出。

 

    2.2.4 第二層防水膜施工

 

    首層防水膜完成施工后，檢查防水膜表觀情況，對局部地區進行手工修補。待修補區域固化后，直接在底層防水膜上噴涂面層防水膜，顏色與底層防水膜區分開。待面層防水膜固化后，檢查防水膜表觀情況，對局部地區進行手工修補，并檢測防水膜總厚度和防水層與混凝土的粘結強度。每層干膜厚度不小于0.75mm，總厚度不小于1.5mm，MMA防水材料總用量不少于2.25kg/m2。

 

    3·MMA防水涂料在橋梁防水應用中的問題分析

 

    3.1 在橋梁防水應用中的主要問題及解決措施

 

    影響質量的主要問題是MMA防水體系連同橋梁甲板和底層水泥砂漿一起脫落，因高空中橋梁上有交通運輸工具，脫落會對人身設備造成安全風險。問題分析：一是水泥砂漿下面的基層在施工期間清理不干凈，致使水泥砂漿層與基層聯結不牢，并在雨水的侵蝕下逐漸分離，同時受交通運輸工具的風力作用而脫落；二是施工時可能氣溫較低，且雨雪較多，基面潮濕；三是工程工期緊張，施工管理人員和監理人員在沒有達到防水膜條件下野蠻施工。解決措施：一是嚴格控制橋梁甲板和底層水泥砂漿質量，嚴格拋丸處理流程，確保橋梁主體結構及橋面工程混凝土強度；二是嚴格施工工藝，確保基面含水率小于10%方可進行漆膜施工；三是嚴格依法建設風險管理要求，當工程質量和進度發生沖突時質量管理放于首位。

 

    3.2 MMA防水涂料與其他防水材料的性能比較

 

    目前橋面防水涂料使用范圍較廣的是聚脲SPUA、聚氨酯、防水卷材等，MMA防水涂料同它們相比具有明顯的優勢，主要表現為極好的層間粘接力（無需界面粘結劑）；與混凝土基面粘接強度高；優異的耐老化性能和抗黃變性，使用壽命長（20年以上）；濕度和低溫環境下施工均能快速固化（下雨天除外）；采用雙組分無氣噴涂設備冷噴施工，無需對物料進行預熱，施工速度快，日均施工超過2000平方米，且施工1小時后就可通行（無需養護處理）。MMA防水涂料和聚脲SPUA比較如下：

 

    （1）層間結合力。MMA體系相容性較好，不存在層間附著問題；SPUA存在層間附著力不佳，一般剝離強度不高。

 

    （2）立面施工。MMA在坡度較大的基面上施工較為困難；SPUA幾秒鐘即可固化，不存在立面施工問題。

 

    （3）搭接縫。MMA體系相容性好，不存在重涂性問題，可間歇施工，無搭接縫；SPUA不能重復間隔施工，舊聚脲上繼續施工需要涂刷專用層間粘結劑，否則搭接縫處易剝離。實際施工時，為確保質量，MMA防水層噴涂中斷時，防水系統在每一道預留搭接位約50mm寬。

 

    （4）耐候性。MMA丙烯酸防水材料具有優異的耐候性能，無需其他材料防護可直接施工于鐵路面層；SPUA聚脲防水材料一般為芳香族聚脲，耐候性能有限，容易黃變，不能用于鐵路面層，需施工耐候性材料加以保護。

 

    （5）低溫施工。MMA防水涂料可在-20℃條件下進行固化；SPUA一般在5℃以上進行施工，溫度較低，相關配套材料很難正常固化，影響施工質量。

 

    （6）重涂及修補。MMA材料具有很好的層間結合力，可以重涂施工，方便修補維護；SPUA層間粘結力很差，不能重涂施工，在搭接縫處需要施工專用層間粘結劑，不易修補維護。

 

    （7）施工設備。MMA防水材料反應相對較慢，采用預先混合方式、專業的無氣噴涂設備均施工作業，物料不需要在槍嘴處混合,可以采用單管的形式,相對簡便；SPUA聚脲防水材料需要專有的高溫高壓噴涂設備，材料反應較快，在噴槍處瞬間混合固化，操作人員需要進行專業培訓，龐大的設備也給施工帶來不便。

 

    3.3 MMA防水涂料與其他防水材料的鑒別方法

 

    因MMA原材料價格較高，常有不法供應商為贏得暴利以假亂真，用聚氨酯、聚氨酯脲（半聚脲）、純聚脲等防水涂料代替MMA原材料，導致橋面防水效果不好。MMA防水涂料與其他防水材料的鑒別方法主要有三種：

 

    3.3.1 直觀鑒別

 

    MMA樹脂防水涂料是以A組分、B組分以及固化劑（過氧化苯甲酰BPO）三組分來包裝的，其中A組分、B組分均為液體，固化劑為粉末，且由于MMA中含有相當量的甲基丙烯酸甲酯單體，因此MMA樹脂防水涂料的氣味主要為甲基丙烯酸甲酯的特有辛辣氣味;聚氨酯、聚氨酯脲（半聚脲）、純聚脲等防水涂料均是雙組分包裝，不含粉末固化劑。用戶只需認清產品的包裝和氣味就可簡單鑒別出MMA樹脂防水涂料。

 

    3.3.2 試驗測試

 

    按照防水膜施工工藝，若A、B組分不加固化劑混在一起則無任何反應，不成膜，不固化，不放熱，添加固化劑效果相反，則可判定該材料為MMA防水涂料；聚氨酯、聚氨酯脲（半聚脲）、純聚脲等防水涂料均由A、B組分直接混合后就可成膜固化，無需添加任何固化劑。

 

    3.3.3 專項檢驗

 

    按照MMA防水涂料物理力學性能指標及試驗方法：一測表干時間，MMA樹脂防水涂料成膜的表干時間一般為10～30分鐘；聚氨酯防水涂料的表干時間為2～4小時，聚氨酯脲（半聚脲）、純聚脲防水涂料的表干時間為2分鐘以內。二測拉伸強度，MMA樹脂防水膜的拉伸強度≥12MPa，或用刀裁下一塊100mm×10mm的試片，用手很難拉斷；聚氨酯、聚氨酯脲（半聚脲）、純聚脲防水膜的拉伸強度均≤6MPa，用手很容易就拉斷了，因而聚氨酯、聚氨酯脲、純聚脲防水膜均需7天養護才能達到最終強度。三測干膜硬度，用硬度儀測得MMA樹脂防水膜的硬度（邵氏D）一般≥50；聚氨酯、聚氨酯脲（半聚脲）、純聚脲防水膜的硬度（邵氏D）一般≤45。

 

    3.4 MMA防水涂料的質量控制措施

 

    （1）對防水產品的生產和過程進行標識，防止生產過程中不同產品的混用，實現可追溯性。

 

    （2）嚴格控制生產投料，并對每種原料的投料量、時間控制、條件控制等進行記錄，對整個生產過程進行嚴密監控。

 

    （3）生產過程中禁止不合格半成品進入下一道工序，避免造成損失。

 

    （4）混凝土橋面最少養護7天，表面強度達到規定要求，基面必須堅實、平整、干燥、潔凈，無明顯凹凸不平、洞眼、裂縫，無浮漿、脫模劑、油脂等污物。

 

    （5）底涂施工前應對混凝土表面進行處理，去除混凝土基層表面浮漿、松散顆粒、油污以及其他污染物，保持混凝土表面清潔、干燥，平整度及表面粗糙度應達到規定要求。

 

    （6）噴涂MMA防水層防水涂料的施工以機械化噴涂施工為主，邊角部位以人工刷涂為輔。打開包裝桶蓋后一次性用完，若開蓋后沒用完的A料及時封閉，B料加入固化劑后報廢處理。

 

    （7）防水膜總厚度用超聲波測厚儀檢測，每間隔10米布設4個測點，軌道中間布設2個，左右防護墻各布設1個。結合現場粘結強度測試，用游標卡尺測量試驗拔出錠子表面的MMA樹脂防水層厚度。

 

    （8）防水層施工過程重點控制基面含水率、基層質量、涂刷基層處理劑質量、MMA防水層質量等，監理跟蹤檢驗。防水層施工完畢，經自檢合格后報請監理部門核實，合格后方可驗收。

 

    （9）基層處理劑涂刷完畢后24小時內不允許上人踩踏或進行其他作業，必要時應整體遮蓋，以防被水沾污和灰塵影響MMA防水層涂膜與基層的粘結力。

 

    4·MMA防水涂料的應用前景

 

    MMA防水涂料具有強度高、附著力強、超耐候、施工方便、斷裂伸長率較大等優點，且為無溶劑室溫快速固化，符合綠色環保及國家可持續發展要求。隨著日本立邦、英國ICI等跨國公司進入，高檔涂料、新型配方涂料生產引入國內，對MMA的需求量將大幅度增加。國內使用聚脲SPUA等防水涂料因固化速度快，層間附著力不佳導致使用后大面積脫落，防水卷材因需要保護層加大了橋梁承載荷載，目前橋梁防水急需一種成熟的產品替代，MMA橋梁防水涂料完全符合要求。建議對彈性要求高且不外露的可繼續使用聚脲SPUA，除此之外，應大力推廣MMA涂料。