潮差区混凝土结构表面湿固化封闭底漆的研制

0引言

海洋大气腐蚀环境下的钢筋混凝土结构氯离子渗透危害严重[ 1] , 特别是潮差区部位由于海水涌动, 氧气含量高, 属于富氧环境。因此处于潮差区的混凝土结构遭受的腐蚀环境最恶劣。有多种方法可提高潮差区混凝土结构的使用寿命, 其中, 表面涂料涂层技术是一种比较简便而实用的防腐技术[ 2] 。由于潮差区的环境特点, 混凝土结构表面处于周期性的干湿交替状态, 有着较高的含水率, 同时, 由于涨潮落潮的影响, 部分混凝土结构只有不到2h 位于水面之上, 这样对保护涂层体系提出了特殊的涂装要求和性能, 特别是封闭底漆要求能够在潮湿的混凝土表面涂装, 并能获得优异的附着力, 为上层涂膜提供牢固的基础[3] 。

1实验

1 1原料

所用的几种环氧固化剂基本性能见表1。

1 2试验方法

试验用混凝土块材质为C30, 尺寸为100 mm*100 mm *100 mm, 成型的混凝土块养护28 天后使用, 局部孔洞采用环氧砂浆修补。表面处理后浸泡在清水中24 h后捞出, 从水中捞起后, 用湿布抹除涂装面的水滴, 在标准条件下自然停放15 m in, 然后采用刷涂法进行涂装。

2结果与讨论

2 1固化体系在潮湿混凝土基面适应性研究

2 1 1潮湿混凝土基面的润湿性和渗透性

混凝土基面具有一定的孔隙度, 能够允许涂料的渗透。涂料的渗透增加了混凝土表面的强度和密度, 保证涂层与混凝土良好的结合。广泛采用的环氧- 聚酰胺封闭底漆对干燥的混凝土表面具有优异的渗透性, 但是对潮湿的混凝土表面适应性较差。如果涂料不能对潮湿混凝土基面产生有效的润湿和渗透, 即使涂层有着很好的湿固化功能, 也不能与混凝土产生有效的结合, 长期使用后, 会因附着力下降引起涂层脱落。同时润湿性是渗透性的基础, 没有好的润湿性就谈不上渗透性。因此考虑封闭底漆的性能首先考虑涂层在潮湿混凝土表面的润湿性和渗透性。采用刷涂方法考察封闭底漆在混凝土试块上的湿施涂性。为了观察清楚, 选择在不同含水率的混凝土试块上刷涂试验, 如果混凝土表面存在明水更容易观察。通过这种方法考察的润湿性排序: 7 2 4 6 5。润湿性好的7 可以将水完全逼开, 涂膜均匀地展布在湿的混凝土表面。而润湿性差的5 , 涂料和水在混凝土表面出现明显分离状态, 一片涂料, 一片水, 表示涂料在湿的混凝土表面上润湿性不好。

测定涂料渗透深度的原理是利用已经渗入封闭漆的混凝土不能够吸水的特点进行的。将试验用封闭底漆调整到同一黏度, 分别刷涂在湿的混凝土表面, 空气中固化12 h后浸入水中, 3天后取出式样, 然后将式样沿剖面据开。观察剖面, 未被水浸透的沿表面的一层即为已经浸入封闭漆的部分, 测量它的厚度, 即为渗透深度, 试验结果见表2。

由表2可见, 渗透深度与湿表面的润湿铺展性有关, 润湿性越好, 渗透性越好, 同时如果分子尺寸越小渗透性越好。

2 1 2涂料的表干性能和湿固化性能

处于潮差区部位的涂层, 由于波浪的冲击, 要求涂料具有较快的固化速度, 以便涂层经过短期的空气固化后便可获得一定的强度, 浸水后能够抵御水流波动的冲击。为此, 考察涂层的表干性能(表3)。

表干时间是涂装后的漆膜不沾手时间, 此时漆膜已具备一定的强度。作为混凝土封闭漆, 由于其强渗透性, 在混凝土表面形成的漆膜非常薄, 一般达到表干便可抵抗水流波动的冲击。潮差区的涂料要求具备水下固化的特征。水不能进入涂料相是涂料能够实现水中固化的前提条件。将涂料倒入盛水的塑料杯里, 由于涂料的密度比水小, 便浮在水的上面, 观察界面等情况。所选用的涂料界面处清晰, 1 ~ 7 界面非常清晰, 下部水层也是完全透明的; 8 和9 界面也较清晰, 但水层有轻微混浊。8和9在水层的混浊现象是由固化体系中含有少量的游离脂肪胺造成的。这个试验说明选用的涂料品种在水中能够安然存在, 为实现涂料的完全固化创造了条件。进一步考察涂料的水下固化性能, 将涂有涂料的钢板在空气中停放4 h后, 放置在水中, 固化3天、7天、14天后测定硬度, 同时测定空气中固化对照样的硬度, 测定结果见表4。试验表明: 所选用的固化剂中1 ~ 7 水中固化性能良好, 水中固化基本上获得和空气中固化相同的硬度, 漆膜表观与在空气中时基本一致; 8 、9表面漆膜发粘, 水中固化性能稍差。

2 1 3潮湿混凝土基面的附着力

涂料在混凝土基面的附着力是涂层系统提供混凝土保护的基础。由于混凝土自身的收缩作用和微裂纹作用, 要求涂层具备一定的强度和韧性, 此外, 混凝土中含有水分, 如果内部水蒸汽压大于外部水蒸汽压, 会存在水蒸汽背压的作用。用于潮差区的涂层系统屏蔽作用强, 呼吸作用弱, 再加上海水的反复冲刷, 要求涂层对混凝土表面具有更强的附着力。

2 1 1中讲到封闭底漆应具备良好的潮湿混凝土基面的润湿性和较高的渗透性, 这是涂层对潮湿混凝土基面具有优异附着力的基础, 同时由于混凝土的高碱性, 要求涂层具备耐碱能力, 这样涂料才不会由于碱的皂化作用, 引起涂层附着力随时间延长而降低。为表征涂层的湿态附着力和耐碱性, 进行混凝土表面涂层的拉拔试验, 试验结果见表5。

拉拔试验分为两种情况: 一种是潮湿基面涂漆后, 漆膜固化30天后测试性能; 一种是将试块反复浸泡在饱和Ca( OH ) 2溶液中, 30天后测试附着力。从试验结果看, 7 涂层的湿态附着力最好, 8 和9的湿态附着力较弱, 其他涂层体系湿态附着力尚可。涂层体系耐碱后涂层附着力除9 外, 几乎无变化, 体现涂层优异的耐碱性能。

2 2湿固化混凝土封闭底漆的制备

根据以上固化体系性能的比较, 选择不同环氧值的环氧树脂和复配的固化剂进行配方试验, 调节配方以维持涂料较高的湿表面附着力和一定的表干速度。为了提高涂层的渗透性能, 考察助剂的作用, 我们选用了BYK - 306、BYK- 052、BYK - 354、A - 530进行试验。欲望获得涂料的润湿性能, 采用BYK- 306有机硅类流平剂, 但在实际施涂过程中, 由于该助剂降低了表面能, 混凝土出现了大量气泡。BYK- 052是一种不混容型消泡剂, 使用时容易产生气泡, 但气泡容易消除, 易产生气泡的特性可能会对涂料的渗透性不利, 同时漆膜的缩孔现象比较严重。A - 530是一种稳泡型消泡剂, 在消泡的同时对稳泡有一定作用, 少量加入有利涂料的渗透作用。BYK - 354是一种丙烯酸酯类的流平剂, 促进流平的同时, 还会产生一定的消泡作用。最终的涂料中选用了A- 530和BYK- 354按一定比例复配添加在配方中, 获得良好的施涂效果。由于海上作业难度大, 特别是潮差区部位, 施工紧张。因此, 为避免在紧张的施工过程中发生漏涂现象, 在涂料配方中采用了少量的铁红颜料。

3结语

由于结构特征上的差异, 不同环氧固化剂表现出与潮湿混凝土基面不同的容忍性。选择在潮湿混凝土基面上具有良好湿施涂性、润湿渗透性和附着力的固化剂, 制备出适用于潮差区涂装、性能优良的环氧封闭底漆。由该封闭底漆+ 中间漆+ 面漆组成的881湿固化涂层体系成功应用于杭州湾跨海大桥海中混凝土承台涂装。现场拉拔试验断裂处绝大部分发生在混凝土内部, 体现了封闭底漆对潮湿混凝土表面极高的容忍性。