彩色透水混凝土用罩面劑的性能研究與應(yīng)用

劉娜 ，孫德文 ，劉玉亭 ，李波 ，尹浩 ，萬赟 ，冉千平

（1.江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103；2.高性能土木工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 211103；3.南京博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 211103）

0 前言

透水混凝土是用粗骨料表面包裹一層薄漿料相互粘接而成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，鋪裝作為城市可持續(xù)排水系統(tǒng)的一部分，對實(shí)現(xiàn)雨水徑流的收集、儲存、凈化和回用補(bǔ)充地下水有重要意義[1-2]。

彩色透水混凝土是透水混凝土的一種，由粗骨料、水泥、外加劑、色彩強(qiáng)化劑等經(jīng)一定比例調(diào)配拌制而成的一種多孔輕質(zhì)的新型環(huán)保地面鋪裝材料，具有很強(qiáng)的藝術(shù)裝飾效果[3]。混凝土中含有大量的Ca（OH）2，同時具有孔隙結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在外界環(huán)境作用下，由于水泥水化作用以及水分蒸發(fā)導(dǎo)致可溶性Ca（OH）2等隨水遷移至混凝土外表面并析出白色結(jié)晶物質(zhì)，并與空氣中二氧化碳反應(yīng)生成不溶于水的白色CaCO3，混凝土表面發(fā)白泛堿[4-5]，嚴(yán)重影響彩色透水混凝土的外觀感及力學(xué)性和耐久性。同時在使用過程中透水混凝土容易出現(xiàn)骨料松動脫落等現(xiàn)象，影響正常使用，因此需要罩面產(chǎn)品進(jìn)行密封保護(hù)，減少泛堿發(fā)白、提高混凝土使用耐久性。目前透水混凝土研究大多集中在透水混凝土工作性能及施工性能上，對配套罩面產(chǎn)品等方面的研究較少。

本研究根據(jù)透水混凝土工作原理，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，制備透水混凝土專用SBT-TC101罩面保護(hù)劑，并對其性能進(jìn)行測試，結(jié)果表明該材料可以作為彩色透水混凝土的罩面保護(hù)材料，有效防止彩色透水混凝土發(fā)白泛堿并且對透水性能無不良影響。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

丙烯酸樹脂：工業(yè)級，海明斯；催化劑：美國氣體化學(xué)；助劑、溶劑等：市售；固化劑：自制；混凝土試件：C30，自制；水泥：P·Ⅱ52.5 水泥，市售；粗骨料：5～10 mm 卵石，市售；氧化鐵顏料，市售；PCA-I高性能聚羧酸減水劑、PRC-I透水混凝土增強(qiáng)劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司。

1.2 透水混凝土的制備

透水混凝土根據(jù)CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技術(shù)規(guī)程》相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)并制備，配合比如表1所示。按照配合比拌制透水混凝土，裝模，搗棒插搗25次，表面抹平；平板振動器振動30 s，表面抹平。編號、拆模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期。

表1 透水混凝土的配合比 kg/m3

1.3 SBT-TC101罩面保護(hù)劑及涂膜的制備

甲組分：稱取定量丙烯酸樹脂與溶劑加入反應(yīng)釜中，慢速攪拌分散均勻后，加入所需助劑、催化劑高速攪拌分散0.5～1.0 h，100目篩網(wǎng)過濾、出料、包裝。

乙組分：固化劑。

將甲、乙組分按照質(zhì)量比1：1混合均勻后倒入噴漆罐中，調(diào)整好噴槍壓力與流量，將涂料均勻噴涂在基材上，保證干膜厚度在50～200 μm，標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)7 d。

1.4 性能測試方法

干燥時間、硬度、耐磨性、耐沖擊性、耐水性、耐化學(xué)性、耐人工氣候老化性按照GB/T 22374—2008《地坪涂裝材料》進(jìn)行測試；拉伸粘接性按照GB/T 5210—2006《色漆清漆拉開法附著力試驗(yàn)》進(jìn)行測試；光澤度按照GB/T 9754—2007《色漆和清漆不含金屬顏料的色漆漆膜的20°、60°和85°鏡面光澤度的測定》進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 SBT-TC101罩面保護(hù)劑的耐紫外老化性

透水混凝土處于戶外工作環(huán)境，因此對涂膜的耐老化性能有較高要求。采用QUV老化試驗(yàn)機(jī)模擬老化條件，測試涂膜的耐紫外老化性能。圖1為SBT-TC101罩面保護(hù)劑涂膜表面光澤度隨老化時間的變化情況。

圖1 涂膜光澤度隨老化時間變化

由圖1可見，隨著老化時間的延長，涂膜表面光澤度未出現(xiàn)明顯降低現(xiàn)象。

利用成型透水混凝土試塊進(jìn)行戶外老化試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。

圖2 涂膜戶外老化前后對比

由圖2可見，戶外老化2年后，透水混凝土罩面保護(hù)劑涂膜亦并未出現(xiàn)變色、粉化現(xiàn)象，表明SBT-TC101罩面保護(hù)劑具有優(yōu)異的耐老化性能，適用于戶外工作環(huán)境。

2.2 SBT-TC101罩面保護(hù)劑的耐化學(xué)品性能

為研究罩面保護(hù)劑的耐化學(xué)品性，分別采用2%H2SO4、0.1%NaOH+飽和 Ca（OH）2溶液、飽和 NaCl溶液、90#汽油等腐蝕介質(zhì)浸泡涂膜168 h，然后觀察涂膜表面變化情況，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可見，SBT-TC101涂膜在酸、堿、鹽、油中浸泡168h后，涂膜基本保持不變，表明該SBT-TC101罩面保護(hù)劑具有良好的耐化學(xué)品性能。

圖3 SBT-TC101涂膜在腐蝕介質(zhì)中浸泡168 h后的狀況

2.3 SBT-TC101罩面保護(hù)劑的耐磨性

對處于經(jīng)常受到機(jī)械磨損作用的使用環(huán)境中的地坪漆，涂膜的耐磨性是涂料的重要技術(shù)指標(biāo)。SBT-TC101罩面保護(hù)劑的耐磨性能及基本性能如表2所示。

表2 SBT-TC101涂膜的性能

由表2可以看出，SBT-TC101罩面保護(hù)劑的性能符合GB/T 22374—2008標(biāo)準(zhǔn)要求，且該涂膜在750 g/500 r的測試條件下，磨損質(zhì)量為0.015 g，遠(yuǎn)優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求，表明該材料適用于地坪磨損環(huán)境。

2.4 SBT-TC101罩面保護(hù)劑的耐泛堿性

透水混凝土由于水泥水化作用，在混凝土表面容易出現(xiàn)泛堿、發(fā)白現(xiàn)象，對混凝土的外觀起到負(fù)面影響。在混凝土養(yǎng)護(hù)完成后，噴涂SBT-TC101罩面保護(hù)劑，可有效防止混凝土表面出現(xiàn)泛堿現(xiàn)象，同時涂膜光澤度高、豐滿度好，如圖4（b）所示。利用掃描電鏡對透水混凝土面層進(jìn)行觀察，結(jié)果如圖5所示。與罩面前的透水混凝土[見圖4（a）]相比，噴涂SBTTC101罩面保護(hù)劑后未出現(xiàn)白色碳酸鈣泛堿層，分析原因可能是罩面保護(hù)劑涂膜形成一層憎水薄膜與大氣隔開，使可溶性物質(zhì)不能析出，使混凝土氣孔通道封閉并阻止干燥和吸濕[4]，從而有效減少由于氫氧化鈣濃度提高析出而導(dǎo)致混凝土表層發(fā)白泛堿的現(xiàn)象。

圖4 透水混凝土噴涂SBT-TC101罩面保護(hù)劑前后狀態(tài)

圖5 透水混凝土噴涂SBT-TC101罩面保護(hù)劑前后面層掃描電鏡照片

2.5 SBT-TC101罩面保護(hù)劑對透水混凝土透水性的影響（見圖6）

圖 6 透水系數(shù)隨罩面劑用量的變化曲線

從圖6可見，噴涂罩面劑前后，透水混凝土的透水系數(shù)無明顯變化，表明SBT-TC101罩面劑并沒有明顯影響透水混凝土的連通孔隙結(jié)構(gòu)，說明罩面保護(hù)劑完全適用于透水混凝土的罩面保護(hù)。

3 施工應(yīng)用

3.1 施工概況

某停車場設(shè)計(jì)為透水混凝土結(jié)構(gòu)，總鋪裝面積約2200 m2。停車場路面結(jié)構(gòu)自上而下依次為SBT-TC101罩面保護(hù)層、10 cm透水混凝土面層、25 cm透水混凝土基層、30 cm級配碎石底層、透水土工布和夯實(shí)素土層。基層透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C25，面層透水混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C30。

3.2 施工流程

為提高透水混凝土工程質(zhì)量，同時降低現(xiàn)場拌合導(dǎo)致的噪聲、粉塵等污染，采用預(yù)拌透水混凝土施工。透水混凝土拌合物運(yùn)輸至攤鋪現(xiàn)場后立即攤鋪、刮平。振動抹平機(jī)分2～3次往返振實(shí)，振動整平輥壓至所要求的平整度。攤鋪完成并復(fù)查合格后，進(jìn)行覆膜結(jié)合澆水養(yǎng)護(hù)7 d。養(yǎng)護(hù)完成后，清水徹底清洗透水混凝土，待表面完全干燥后，應(yīng)用無氣噴涂機(jī)將SBT-TC101罩面劑均勻噴涂于表面，噴涂用量為3～5 m2/kg，如圖7所示。

圖7 SBT-TC101罩面保護(hù)劑噴涂施工及施工完成效果

3.3 SBT-TC101罩面保護(hù)劑的施工特性

通過停車場透水混凝土施工的檢驗(yàn)，證明SBT-TC101罩面保護(hù)劑具有諸多保障施工質(zhì)量和進(jìn)度的優(yōu)點(diǎn)，即：（1）涂料黏度適中，可噴涂施工，施工工藝簡單。（2）涂料具有較高的屈服應(yīng)力，噴涂施工不易流淌，可防止透水混凝土孔隙堵塞而影響透水性。（3）可操作時間合理，涂料固化時間約為2 h，既保障了合適的噴涂時間，同時減少了多變氣候?qū)ν磕ば阅艿挠绊懀苊怅柟馄貢駥?dǎo)致溶劑急劇揮發(fā)形成涂膜缺陷和突然降雨沖擊涂膜影響固化效果等。

4 結(jié)語

根據(jù)彩色透水混凝土工作原理并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，制備了透水混凝土專用SBT-TC101罩面保護(hù)劑，試驗(yàn)結(jié)果表明，該罩面保護(hù)劑的性能符合GB/T 22374—2008標(biāo)準(zhǔn)要求。該涂膜光澤度高、豐滿度好，具有優(yōu)異的耐磨性、耐紫外老化以及耐化學(xué)腐蝕性，可以有效減少混凝土表面出現(xiàn)發(fā)白現(xiàn)象，同時提高透水混凝土外觀美觀性，延長使用壽命。適用于戶外環(huán)境的彩色透水混凝土及清水混凝土的罩面保護(hù)。