【摘要】我國很多地區(qū)冬季混凝土凍融循環(huán)破壞非常嚴重,沿海地區(qū)尤為嚴重,因此本文通過對混凝土進行涂層保護來提高混凝土的抗凍融性能。本試驗主要研究一種新型的綠色涂料噴涂聚脲彈性體材料對混凝土抗凍融性能的影響。
【關(guān)鍵詞】凍融循環(huán);涂層;噴涂聚脲彈性體
0前言
為了方便交通,在下雪后向路面撒除冰鹽,使混凝土由于凍融循環(huán)和除冰鹽的共同作用而過早破壞。沿海地區(qū)由于海水中含有很高的鹽分,因此附近的建筑物和橋梁在冬季由于受凍融循環(huán)的影響而加速破壞。據(jù)國外調(diào)查[ 1 ] ,凡使用除冰鹽的橋梁, 15年左右出現(xiàn)腐蝕破壞,英國為修復因除冰鹽腐蝕破壞的橋梁,已花費62億英鎊等。解決這些問題的途徑是采用優(yōu)質(zhì)的混凝土,或采用合成高分子涂層對混凝土進行保護。噴涂聚脲彈性體( Sp ray Polyurea, 以下簡稱SPUA)技術(shù)是近10年來國外為適應環(huán)保需求而研制開發(fā)的一種新技術(shù)。在我國,海洋化工研究院于1995年開展SPUA技術(shù)的前期探索研究,并于1999年開始投入商業(yè)生產(chǎn)。我們與該院合作開展了該技術(shù)在建筑中的應用研究,結(jié)果表明, SPUA材料可以很好地提高混凝土的抗凍融性。
1 SPUA的性能特點與經(jīng)濟性評價
(1) 無毒性。100%固含量,不含有機揮發(fā)物,符合環(huán)保需求,適合在密閉狹小的空間施工。
(2) 優(yōu)異的綜合力學性能。拉伸強度最高達27.5MPa,伸長率最高可達10000% , 撕裂強度為4319～105.4kN /m?？筛鶕?jù)不同應用場合的需求,在很寬范圍內(nèi)對硬度進行調(diào)節(jié)。
(3) 良好的不透水性。0. 3MPa壓力下2h不透水,材料無任何變化[ 2 ]。
(4) 附著力強。SPUA與多種底材(如混凝土、砂漿、鋼材、瀝青、塑料、鋁及木材等)都有良好的附著力。附著力強度超過SPUA自身強度的體系。
(5) 固化快。SPUA反應速度極快, 5 s凝膠, 1min即可達到步行強度并可進行后續(xù)施工,使施工效率大大提高。SPUA材料由于固化快,可避免一般噴涂材料由于表干時間較長,多層噴涂間隔時間長,影響施工進度及涂層質(zhì)量。固化快速還解決以往噴涂工藝中易產(chǎn)生的流掛現(xiàn)象,可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型,涂層表面平整光滑,可對基材形成良好的保護和裝飾效果[ 3 ]。
(6) 戶外耐老化性能。由于不含催化劑, SPUA材料耐老化性能優(yōu)異。雖然芳香族SPUA材料會出現(xiàn)泛黃和褪色,但是絕無粉化和開裂現(xiàn)象出現(xiàn)。表1是芳香族SPUA材料經(jīng)過50℃人工加速老化試驗前后的性能變化,脂肪族SPUA材料的耐老化性能則更好[ 4 ]。
(7) 經(jīng)濟性評價。傳統(tǒng)防護材料及施工的總造價以50元/m2 計,惡劣條件使用期限一般不超過1年。SPUA材料及施工的總造價以150元/m2 計,惡劣條件使用期限為20年。SPUA技術(shù)具有技術(shù)性能和經(jīng)濟性能雙方面的優(yōu)勢。
2 試驗方法
2.1 原材料與混凝土的配合比
試驗水泥用為P·O 32. 5;細骨料采用表觀密度為2.64g/ cm3 ;中砂,顆粒級配良好的河砂;粗骨料選用碎石,表觀密度2. 62 g/ cm3 ,最大粒徑30cm;涂料選用SPUA和聚氨酯材料。本次試驗中設(shè)計的水灰比為0. 45的素混凝土,配合比見表2。強制攪拌機攪拌,機械振動,鋼模成型,振動密實,24h后脫模,移入溫度20 ±3℃,相對濕度≥90%的標準養(yǎng)護室中養(yǎng)護。
2.2 凍融循環(huán)實驗
混凝土的凍融循環(huán)試驗按照GBJ82 - 85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》中抗凍性能試驗的“快凍法”進行。溶液濃度對混凝土的除冰鹽剝落性能影響較大,濃度過高和過低混凝土剝落都會減小,即存在一個臨界質(zhì)量分數(shù)。文獻報道的臨界質(zhì)量分數(shù)一般為3.0% ～4.0%[ 5 ] ,本試驗采用3. 5%的質(zhì)量分數(shù),與海水中鹽的濃度一致。
2. 3基材處理
由于本試驗要對混凝土進行涂層,因此,在養(yǎng)護24d時,將配制0. 5的水泥凈漿,用刮刀將水泥凈漿涂覆在潤濕試塊上,將試塊的空洞及缺陷抹平,直至試塊表面無孔且平整。待將所有的試件處理好后放在自然環(huán)境中涼干,然后再在試件表面涂環(huán)氧底漆,以提高SPUA 材料與混凝土的粘結(jié)性能。上述工作完成后,實施噴涂,涂層厚度為0.5～1mm。噴涂后試件放在自然環(huán)境下養(yǎng)護4～5d后開始試驗。在實際工程中,可根據(jù)底材和氣候條件,采用專用的配套底漆進行基材處理,達到平整度要求后,再噴涂施工。
2. 4檢測準則
GBJ82 - 85規(guī)定遇到下列情況之一即可停止試驗: ①已達到300次凍融循環(huán); ②相對動彈性模量下降到60%以下;③質(zhì)量損失率≥5%。
3 試驗結(jié)果與分析
3.1試件在NaCl溶液中凍融循環(huán)后質(zhì)量的變化圖1列出不同涂層和無涂層混凝土試件在3.5%NaCl溶液中凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失規(guī)律。在NaCl溶液凍融破壞中,無涂層混凝土小于100次凍融質(zhì)量損失超過5%而達到破壞?；炷猎贜aCl溶液中遭受凍融循環(huán)質(zhì)量損失非常嚴重。試件剝落最為嚴重的是成型面,并且剝落也是先從成型面開始的,剝落速度也比其它面快。涂聚氨酯的試件在剛開始質(zhì)量有所下降,但到后來質(zhì)量開始增加。在開始質(zhì)量下降可能是由于涂層隔斷了混凝土與外界的聯(lián)系,外面的水分不能進入混凝土,而混凝土內(nèi)部由于反應及失水造成混凝土質(zhì)量下降。其它原因都不可能使其質(zhì)量下降。
3 .2 試件在NaCl溶液中凍融循環(huán)后動彈性模量的變化圖2是不同涂層及無涂層試件在NaCl溶液中凍融循環(huán)后橫向基頻變化情況。圖3是不同涂層及無涂層試件動彈性模量變化圖。從圖2、圖3可看出無涂層混凝土試件的動彈性模量下降很快,而兩種涂層混凝土試件的動彈性模量下降緩慢,近乎一條直線?？梢娀炷羶?nèi)部幾乎沒有開裂。兩種涂層混凝土試件是滿足抗凍要求的。但是,聚氨酯涂層所表現(xiàn)出來的耐凍融性比聚脲的要差。雖然聚氨酯涂層混凝土動彈性模量的變化不大,但是其質(zhì)量卻有增加,這說明外界水分已經(jīng)滲透進混凝土內(nèi)部,這將會降低混凝土的耐久性。而涂聚脲的混凝土的動彈性模量和質(zhì)量都幾乎沒有變化,顯然聚脲涂層要比涂聚氨酯涂層更具有耐久性。為了保證涂層能對混凝土起到保護作用,保持涂層的完整和連續(xù)是十分重要的。如果涂層有破損,整個涂層就會喪失對混凝土的保護功能。所以,試驗和施工過程中,一道噴涂結(jié)束后,應對破損或涂層針孔進行修補,然后再噴涂,直到涂層完整沒有孔洞及破損,并達到規(guī)定厚度,才能使用。
4 結(jié)語
(1) 混凝土的除冰鹽和凍融循環(huán)雙重作用可以加速混凝土的腐蝕破壞,對于無涂層混凝土,其破壞首先從成型面開始。在NaCl溶液中凍融循環(huán)后試件質(zhì)量和動彈性模量都有很大程度的下降。
(2) 涂層對混凝土的抗凍融性能有很大的提高。用SPUA材料做涂層的混凝土在試驗中表現(xiàn)出很高的抗凍融能力,經(jīng)歷275個循環(huán)后質(zhì)量幾乎沒有變化,相對動彈性模量略有下降,但是下降得不大。而聚氨酯涂層的混凝土雖然相對動彈性模量也下降得不多,但是質(zhì)量卻增加,可見外界的溶液已經(jīng)滲透進混凝土,將會降低混凝土的耐久性。因此SPUA材料可以很好提高混凝土的抗凍融性。
參考文獻：
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