聚脲在高速铁路客运专线上的应用

我国是经济高速发展的发展中大国，铁路基础设施的建设，特别是高速铁路建设是我国经济快速发展的重要保证和经济发展的增长点。当前我国高速铁路以史无前例的速度发展，取得了举世瞩目的成就。而“中长期铁路网规划”的大力推进，使我国进入高速铁路发展的黄金时代。
高速铁路建设的发展给聚脲行业带来了难得的机遇，京津城铁聚脲防护工程是全球迄今为止最大的聚脲工程，防护总面积100万平米，使用聚脲主料2000多吨，为聚脲行业的良好发展创造了前所未有的时机。
高速铁路桥梁和隧道对防护材料性能的要求
●优良的防水渗透性、极低的吸水率，能有效屏蔽水的渗透。组织致密、性能强韧、粘结力强、整体无缝的“皮肤式”防水是；
●良好的防腐性，耐酸、碱、盐（氯离子）等腐蚀介质的侵蚀；
●与混凝土基材粘结强度高，防止脱层和窜水；
●良好的耐候性，耐紫外线老化、冷热冲击和冻融循环；
●优良的耐磨、耐冲击、抗穿刺、抗碾压性，以适应高速、重载、强振动、高冲击环境；
●优异的抗混凝土基材开裂性、对基材开裂的防护性（遮盖性）及对基材的修复和补强性。要求涂层有优异的综合力学性能，抗拉强度高、断裂伸长率大、粘结强度高；
●良好耐高低温性，高耐热性及低温韧性，适应不同使用环境；
●环保性好，绿色环保涂料，有机挥发物（VOC）符合国家环保规定；
●工艺性好，施工速度快、周期短、效率高、质量好。可在复杂型面上施工，可在迎水面防水，亦可在背水面防水，可在潮湿基面施工。节点细部施工性好、质量高；
●外观装饰性好，使桥梁、隧道成为优美景观；
●可靠性、耐久性好，使用寿命长，与桥梁、隧道使用寿命相匹配；
●高的性能价格比，寿命周期费用低，年均防护成本低。
新型桥梁隧道防护材料——喷涂聚脲弹性体涂料
喷涂聚脲弹性体涂料是一种高反应性、无污染的喷涂技术，以其优异的理化性能、优良的工艺性和环保性，充分显示出传统防护技术无法比拟的优越性，广泛应用于建筑、能源、交通、化工、环保等领域。
表①为喷涂聚脲弹性体涂料主要性能指标，表中列出了国家标准《喷涂聚脲防水涂料》中的Ⅰ型和Ⅱ型的性能指标。
关于表①的几点说明：
鉴于铁道部尚未制定出客运专线桥梁、隧道防水材料标准（或暂用技术条件），现推荐《喷涂聚脲防水涂料》国家标准的技术性能指标用于客运专线桥梁和隧道防水应用。国标Ⅰ型聚脲用于一般客运专线桥梁、隧道防护，国标Ⅱ型聚脲用于运行速度更高、使用环境恶劣，要求使用寿命更长的高速铁路桥梁、隧道防护。
在国标20项性能指标中，对客运专线桥梁、隧道使用性能、可靠性及耐久性影响较大的是断裂伸长率、拉伸强度、粘结强度、撕裂强度、耐磨、耐冲击六项指标，可用它们评价聚脲性能的高低，要求六项指标必须全部达到国标要求。六项指标中断裂伸长率、拉伸强度和粘结强度三项是关键指标，可用做检验聚脲性能的尺度，现场抽样对他们做复验检查。其中，定伸时老化、热处理、碱处理、酸处理、盐处理、人工气候老化是六项耐久性指标，对使用寿命影响较大。断裂伸长率对桥梁隧道防护性能影响最大，是聚脲性能优劣的最主要判断依据。
低温弯折性、不透水性、吸水率、固体含量、凝胶时间、表干时间、加热伸缩率和硬度八项指标也都很重要；但对于喷涂聚脲弹性体涂料（双组份、快固型），这些指标一般都能达到国标要求。
聚脲材料性能的加权评价法：
为了用数据综合评价聚脲材料的综合理化性能，可以使用六项主要性能指标加权评价法。
表②说明：
●断裂伸长率加权系数为2，拉伸强度的加权系数为1.5，粘结强度的加权系数为1.3，其余3项的加权系数为1。将各项性能指标得分乘以加权系数为该项的加权得分；
●将某型号聚脲的六项性能指标的加权得分连加，其和分数高者综合性能优于其和分数低者；
●国标六项耐久性指标具有一项否决权，耐久性指标不合格者为不合格商品，不得在客运专线上使用，不得参与加权评价。
表③为客运专线桥梁、隧道防护材料性能加权评价比较表：
说明：
●按六项指标加权总计得分排序：BASF聚脲Ⅱ型（36.7分）＞BASF聚脲Ⅰ型（33.2分）＞国标Ⅱ型（26.9分）＞国标Ⅰ型（17.6分）。
●按四项指标加权总计得分排序：BASF聚脲Ⅱ型（26.7分）＞BASF聚脲Ⅰ型（24.2分）＞国标Ⅱ型（20.9分）＞京津城铁聚脲（14.9分）＞国标Ⅰ型（13.6分）。
客运专线桥梁聚脲涂料性能价格比比较（聚脲材料的选择）
聚脲涂层的抗拉能力（涂层不被拉断的能力）是由抗拉强度和涂层厚度的乘积决定的。
若涂层的厚度相同（如厚2mm），则抗拉强度高的材料的抗拉能力强。国标Ⅰ型材料的抗拉强度为10Mpa，Ⅱ型为16Mpa，，则Ⅰ型的抗拉能力为：10×2＝20，Ⅱ型的抗拉能力为：16×2＝32，Ⅱ型的抗拉能力是Ⅰ型1.6倍。
若要求涂层的抗拉能力相同，则抗拉能力高的材料可采用较薄的涂层。如Ⅰ型聚脲的涂层厚度为2mm，其抗拉能力为：10×2＝20；Ⅱ型选用厚度为1.25mm涂层，其抗拉能力为： 16×1.25＝20，即Ⅰ型聚脲厚2mm和 Ⅱ型厚1.25mm有相同的抗拉能力。还应特别指出的是1.25mm的Ⅱ型聚脲比2mm的Ⅰ型聚脲有更好的综合物理性能，如Ⅰ型聚脲的断裂伸长率为300％，Ⅱ型聚脲为450％，Ⅱ型聚脲对基材开裂的防护性能及耐久性是Ⅰ型聚脲的1.5倍。
虽然Ⅰ型聚脲单位重量（公斤）的价格低于Ⅱ型聚脲，但在相同防护性能条件下，Ⅱ型聚脲单位面积（m2）的造价却低于Ⅰ型聚脲，即Ⅱ型聚脲有较高的性能价格比，因为Ⅱ型聚脲的性能比Ⅰ型大幅提高，但价格增加的幅度小的多。故选择单位重量价格略高，但使用性能好，可靠性、耐久性高，使用年限长，单位面积造价低，年均防护成本低，寿命周期费用低的Ⅱ型聚脲较为合算。
高速铁路是国家交通命脉，若因防水故障而维修和翻新，不但维修费用巨大，而且因为此停运而造成的间接损失难以估量。
因此，选取一次性成本略高，但性能优越、可靠性、耐久性、维修性好，使用年限长，寿命周期费用低，年均防护成本低的聚脲弹性体涂料，比选用一次性成本略低，但使用年限短、寿命周期费用高，年均防护成本高的其他防水材料更经济、更合理。  ■
(作者：北京深思融信科技有限公司）