不同材料對(duì)混凝土防護(hù)效果研究

      混凝土廣泛應(yīng)用于建筑工程、公路橋梁、碼頭等領(lǐng)域，目前，對(duì)混凝土性能除強(qiáng)度要求外，混凝土的腐蝕性及耐久性已收到廣泛的關(guān)注與研究。影響混凝土腐蝕性的因素有很多，包括物理因素和化學(xué)因素，物理因素主要是指外力撞擊、結(jié)晶、溶解、凍融等引起的開裂、脫落等問題 ?；瘜W(xué)因素主要是指融雪鹽中含有的氯離子、酸雨、汽車尾氣、其他離子腐蝕等。這些因素可以破壞混凝土的堿性環(huán)境，使混凝土炭化腐蝕，從而出現(xiàn)開裂、粉化、剝落、強(qiáng)度降低等問題[1-2]。

目前關(guān)于混凝土防護(hù)，從機(jī)理上說分為兩大類；..類為滲透性防護(hù)，即選用低分子量的硅烷偶聯(lián)劑，可以滲透浸入混凝土的內(nèi)部，其含有的硅羥基可以與混凝土內(nèi)部的無(wú)機(jī)材料發(fā)生反應(yīng)，從而對(duì)混凝土起到補(bǔ)強(qiáng)的作用，且有機(jī)硅材料較低的表面能賦予混凝土表面一定的疏水性，具有防水的作用。第二類為封閉性防護(hù)，如環(huán)氧涂層、丙烯酸聚氨酯涂層等在混凝土表面形成封閉涂層，阻止腐蝕介質(zhì)滲入混凝土，但該方法封閉性太好，會(huì)影響混凝土的自由“呼吸”，當(dāng)熱脹冷縮或出現(xiàn)局部施工問題時(shí)，易引起涂層開裂、脫落等問題[3]。本實(shí)驗(yàn)對(duì)常用的混凝土防護(hù)材料進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，研究不同材料對(duì)混凝土的防護(hù)效果。

1、試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)原料

      水性丙烯酸樹脂，巴德富集團(tuán)；環(huán)氧樹脂，南亞環(huán)氧樹脂有限公司；水性環(huán)氧樹脂、水性環(huán)氧樹脂固化劑，上海華誼精細(xì)化工銷售有限公司；改性聚胺固化劑，上海君江新材料銷售有限公司；鈦白粉，攀枝花；分散劑、消泡劑，畢克；硅烷偶聯(lián)劑，南京聯(lián)硅化工有限公司；水泥砂漿塊，標(biāo)格達(dá)；聚酯多元醇、聚氨酯固化劑，萬(wàn)華化學(xué)；羥基丙烯酸樹脂，蘇州嘉祥樹脂有限公司。

1.2試驗(yàn)儀器

      電子天平TC3K,常熟市雙杰測(cè)試儀器廠；..拉伸機(jī)ASG-H，日本島津公司；砂磨機(jī)QSM-II，天津是科聯(lián)材料試驗(yàn)機(jī)有限公司；電子拉拔儀AT-A,美國(guó)；高速攪拌機(jī)SDF，上海維特電機(jī)有限公司。

1.3防護(hù)材料類型

      試驗(yàn)選用的防護(hù)材料及其配套涂層如表1所列。

表1防護(hù)材料類型

2、結(jié)果與討論

2.1底漆附著力試驗(yàn)

      混凝土內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)使其含水率比較高，空氣中的二氧化硫、二氧化碳等氣體以及融雪劑中的氯離子等物質(zhì)可以滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，破壞混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境，破壞鋼筋鈍化膜，引起鋼筋腐蝕，造成混凝土強(qiáng)度的降低、粉化、開裂等問題[4]。本實(shí)驗(yàn)選用有機(jī)硅滲透性底漆、溶劑型環(huán)氧防護(hù)底漆、水性環(huán)氧防護(hù)底漆，水性丙烯酸防護(hù)底漆4類材料對(duì)混凝土表面進(jìn)行防護(hù)，并就這4種材料對(duì)混凝土的加固性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表2所列。

表2不同材料對(duì)混凝土附著力的影響

      由表2可知，空白混凝土基材的附著力為1.36 M Pa，有機(jī)硅滲透性材料附著力為2.93 M Pa，可以顯著提高混凝土的附著力，這是因?yàn)橛袡C(jī)硅類滲透性材料為硅烷類單體，其分子量小，可深度滲入混凝土內(nèi)部，其無(wú)機(jī)結(jié)構(gòu)可以與混凝土起到補(bǔ)強(qiáng)的作用，提高混凝土的附著力[5]。溶劑型環(huán)氧防護(hù)材料以及水性環(huán)氧防護(hù)材料均可以提高混凝土的強(qiáng)度，起到加固混凝土的作用，這是因?yàn)榄h(huán)氧防護(hù)材料多選用低分子量的環(huán)氧樹脂，具有一定的滲透作用，且低分子量環(huán)氧樹脂固化后交聯(lián)密度大，硬度高，可以提高混凝土的附著力，且環(huán)氧樹脂固化后含有的大量羥基對(duì)混凝土材料具有優(yōu)異的附著性能，因此，環(huán)氧樹脂可以加固混凝土，起到補(bǔ)強(qiáng)的作用。水性丙烯酸防護(hù)材料對(duì)混凝土的加固并不明顯，這是因?yàn)樗员┧針渲肿恿勘容^大，滲透困難，可以在混凝土表面形成薄膜保護(hù)，但加固增強(qiáng)性較差。

2.2底漆耐堿性試驗(yàn)

      混凝土材料是由水泥、填充砂礫、助劑經(jīng)水合澆筑形成的水合硅酸鹽材料，呈堿性，因此要求底漆具有優(yōu)異的抗泛堿性能，本實(shí)驗(yàn)對(duì)有機(jī)硅滲透性底漆、溶劑型環(huán)氧防護(hù)底漆、水性環(huán)氧防護(hù)底漆、水性丙烯酸防護(hù)底漆4類材料進(jìn)行耐堿性測(cè)試，結(jié)果如表3所示。

表3不同材料對(duì)混凝土耐堿性的影響

      由表3可以看出，溶劑型環(huán)氧防護(hù)底漆以及水性環(huán)氧防護(hù)底漆具有優(yōu)異的耐堿性能。這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂涂膜交聯(lián)密度高，成膜致密，具有優(yōu)異的封閉抗?jié)B透性能，因此，耐堿性能優(yōu)異。而有機(jī)硅滲透性材料，可以滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部，對(duì)混凝土起到補(bǔ)強(qiáng)的作用，但是其不能在混凝土表面形成連續(xù)的膜，抗?jié)B透性能差，腐蝕介質(zhì)仍可以進(jìn)入混凝土內(nèi)部，破壞混凝土內(nèi)部穩(wěn)定的環(huán)境，造成混凝土炭化腐蝕，且無(wú)機(jī)材料的耐堿性較差，造成涂膜起泡的問題。水性丙烯酸防護(hù)材料為單組分樹脂，交聯(lián)密度低，抗?jié)B透性能差，不能起到更好的阻隔作用，因此會(huì)引起涂膜起泡的問題。

2.3面漆柔韌性試驗(yàn)

      混凝土材料除了受到化學(xué)腐蝕引起開裂、粉化、脫落以外，還經(jīng)常受到機(jī)械的破壞引起開裂，包括沖擊、超重、震動(dòng)等[6]。，因此混凝土防護(hù)涂層需要具有優(yōu)異的柔韌性。本實(shí)驗(yàn)選用彈性聚硅氧烷面漆、水性丙烯酸面漆、丙烯酸聚氨酯面漆、彈性聚氨酯面漆，測(cè)試幾種材料的拉伸強(qiáng)度及斷裂伸長(zhǎng)率，結(jié)果如表4所示。

表4不同材料彈性測(cè)試

      由表4可知，選用低T g的彈性丙烯酸樹脂，其涂層具有優(yōu)異的彈性，斷裂生產(chǎn)伸長(zhǎng)率可高達(dá)800%，在混凝土遭到?jīng)_擊、震動(dòng)時(shí)，不易出現(xiàn)開裂，對(duì)混凝土表面起到優(yōu)異的防護(hù)及裝飾作用。彈性聚硅氧烷面漆中含有的Si-o-Si鍵賦予涂層優(yōu)異的抗氧化性能及耐候性能，因此大量應(yīng)用于混凝土的防護(hù)中，且聚硅氧烷面漆具有優(yōu)異的彈性，對(duì)混凝土出現(xiàn)的腐蝕問題能起到有效的保護(hù)作用。丙烯酸聚氨酯面漆及彈性聚氨酯面漆均為雙組分涂料，因此其彈性較差，斷裂伸長(zhǎng)率較低，很可能由于局部的破壞，導(dǎo)致腐蝕介質(zhì)的浸入，從而引起更嚴(yán)重的腐蝕破壞。

2.4面漆耐腐蝕性試驗(yàn)

      混凝土受空氣中二氧化碳、融雪鹽中的氯離子、汽車尾氣等的侵蝕，破壞混凝土中的堿性環(huán)境，造成混凝土腐蝕炭化，引起開裂、粉化、脫落、強(qiáng)度降低等問題。本試驗(yàn)對(duì)彈性聚硅氧烷面漆、水性丙烯酸面漆、丙烯酸聚氨酯面漆、彈性聚氨酯面漆的耐腐蝕性進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果如表5所示。

表5不同材料的耐腐蝕性

2.5配套涂層性能測(cè)試

      結(jié)合以上研究，本試驗(yàn)設(shè)計(jì)3種配套體系，分別為：配套1---硅類體系（有機(jī)硅滲透性底漆+彈性聚硅氧烷面漆）；配套2---溶劑型環(huán)氧丙烯酸聚氨酯體系（溶劑型環(huán)氧防護(hù)底漆+溶劑型丙烯酸聚氨酯面漆）；配套3---水性體系（水性環(huán)氧防護(hù)底漆+水性丙烯酸面漆）。對(duì)這3種配套體系的混凝土防護(hù)性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表6所示。

      由表6可以看出，溶劑型環(huán)氧丙烯酸聚氨酯配套體系選用溶劑型環(huán)氧底漆與彈性丙烯酸聚氨酯面漆配套，這兩種涂料都是雙組分，交聯(lián)密度高，具有優(yōu)異的屏蔽性能，但是屏蔽性能太好，易影響涂層的呼吸性能，在混凝土內(nèi)部氣壓發(fā)生變化時(shí)，易引起涂膜脫落開裂，從而引起混凝土的腐蝕、炭化，且當(dāng)該配套涂層出現(xiàn)機(jī)械破壞、局部破壞時(shí)，腐蝕介質(zhì)浸入混凝土內(nèi)部，引起混凝土的炭化腐蝕。硅類配套體系選用有機(jī)硅滲透性底漆及彈性聚硅氧烷面漆，有機(jī)硅滲透性底漆選  用的是小分子量的硅烷偶聯(lián)劑，可以滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，但并不會(huì)封堵混凝土內(nèi)部的孔隙，腐蝕介質(zhì)仍可以滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部，引起混凝土的炭化腐蝕，彈性聚硅氧烷面漆交聯(lián)密度低，抗?jié)B透性能差，屏蔽性能差，因此其配套體系的混凝土防腐性能較差。水性混凝土配套體系包括水性環(huán)氧防護(hù)底漆和彈性水性丙烯酸面漆，水性環(huán)氧防護(hù)底漆涂膜交聯(lián)密度高，具有優(yōu)異的屏蔽性能，丙烯酸面漆彈性好，斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)800%，該配套體系保證了涂層屏蔽性及呼吸性能的平衡，使涂層具有優(yōu)異的防腐性能，且高彈性的面漆可以在混凝土經(jīng)物理撞擊開裂時(shí)仍具有優(yōu)異的防護(hù)屏蔽作用。

3、 結(jié)語(yǔ)

      通過上述試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論：

      1）有機(jī)硅氧烷類滲透性防護(hù)底漆可以深入滲入混凝土內(nèi)部，起到補(bǔ)強(qiáng)的作用，但是并不會(huì)填充混凝土內(nèi)部的空隙，其涂膜是不連續(xù)的，腐蝕介質(zhì)仍可以滲入混凝土內(nèi)部，引起混凝土的炭化腐蝕。

     2）溶劑型環(huán)氧涂層、丙烯酸聚氨酯涂層對(duì)混凝土可以起到封閉保護(hù)的作用，但封閉性太好，混凝土內(nèi)部的氣壓變化會(huì)導(dǎo)致涂層起泡脫落，從而引起混凝土的腐蝕炭化。

     3）水性彈性丙烯酸涂層斷裂伸長(zhǎng)率高達(dá)800%，對(duì)于物理、化學(xué)破壞引起的開裂等問題具有很好的封閉保護(hù)作用，且不影響混凝土的自由呼吸，可達(dá)到涂層屏蔽性及呼吸性能的平衡，具有優(yōu)異的混凝土防腐性能。