長適用期建筑密封膠防腐性能分析

葉劍標，余曉云

(亳州職業(yè)技術學院 建筑工程系，安徽 亳州 236800)

在建筑施工中使用優(yōu)質(zhì)的材料，保證建筑使用壽命和質(zhì)量是現(xiàn)代化工材料發(fā)展趨勢，建筑密封膠在建筑后期裝修裝飾中作用也很大。在我國，建筑密封膠主要包括聚氨酯密封膠、聚硫密封膠、有機硅密封膠[1-4]。建筑密封膠綠色環(huán)保，性能優(yōu)良，其防腐性能可提高建筑物的使用壽命，對此，文獻[5]對聚苯胺及其復合材料的防腐性能研究現(xiàn)狀進行了簡單介紹，綜述了聚苯胺復合材料制備方法，并對聚苯胺復合防腐材料發(fā)展前景進行了展望。文獻[6]以馬尾松為研究對象，研究不同防腐劑對木材耐腐性能的影響，應用于古建筑及傳統(tǒng)民居木構件防護工程。文獻[7]敘述了幾類重要的水性防腐蝕涂料的研究進展，提出了目前水性防腐蝕涂料改性研究存在的問題，歸納了納米粒子作為填料對水性涂料防腐蝕性能的影響，指出今后水性防腐蝕涂料的發(fā)展趨勢。

本文根據(jù)以往研究經(jīng)驗，通過對制備好的雙組份聚硫密封膠實施防腐性能試驗，分析長適用期建筑密封膠的實際應用性能。

1 材料及方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試驗試劑

試驗用主要原料包括液體聚硫橡膠、促進劑TETD、促進劑TETD、增塑劑(氯化蠟-52、鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸丁芐酯)、填料(鈦白粉、碳酸鈣類、沉淀二氧化硅、氣相二氧化硅)、偶聯(lián)劑(γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷)及其試劑生產(chǎn)企業(yè)、試驗試劑的名稱、規(guī)格，具體如表1所示。

1.1.2 試驗器械

試驗樣品制備過程中采用的主要儀器為無錫精派機械有限公司生產(chǎn)的雙行星攪拌釜、電子天平、上海人和科儀三輥研磨機[8]；剝離強度試驗使用高溫烘箱、萬能電子拉力器；耐凍融循環(huán)性能試驗使用恒溫水池進行試驗；拉伸剪切試驗使用WE/20型液壓式萬能試驗機。

表1 試驗試劑明細表

1.1.3 雙組份聚硫密封膠樣品的制備

1) A組份的制備。

在雙行星攪拌釜內(nèi)，加入一定劑量的填料、液體聚硫橡膠、增塑劑抽真空[9]，對各種材料混合后攪拌5 min以上直至均勻，再加入其他助劑和偶聯(lián)劑，抽真空攪拌35 min后放入塑料圓筒內(nèi)實施密封待用。

2) B組份的制備。

在雙行星攪拌釜內(nèi)，加入配好的一定劑量填料、固化劑、促進劑、增塑劑等材料，抽真空后攪拌10 min，將混合均勻的材料利用三輥研磨機研磨[10]。隨后繼續(xù)在雙行星攪拌釜內(nèi)，抽真空攪拌35 min后放入塑料圓筒內(nèi)實施密封待用。

3) 在編號為1～3的燒杯內(nèi)分別加入用電子天平準確稱量的密封膠，A、B組份按質(zhì)量比100∶10、100∶20、100∶30，使用刮刀沿同一方向均勻攪拌，在攪拌時避免帶入氣泡，制備成雙組份聚硫密封膠樣品，型號分別為MO-1、MO-2、MO-3。

4) 耐化學侵蝕試驗、耐凍融循環(huán)性能試驗的樣品制備。

制備樣品的基材是20 mm×20 mm×40 mm的12塊水泥砂漿磚塊，在基材上分別涂刷MO-1、MO-2、MO-3型號雙組份聚硫密封膠待固化后，在20 ℃室溫條件下養(yǎng)護15 d，完成樣品PT-1、PT-2、PT-3制備，該組作為留樣樣品。以相同方法制備3組樣品作為試驗樣品。

5) 腐蝕性樣品的制備。

制備樣品的基材為15 mm冷軋帶肋鋼筋，在基材上涂刷MO-1、MO-2、MO-3型號雙組份聚硫密封膠待固化后，在20 ℃室溫條件下養(yǎng)護15 d，完成樣品NT-1、NT-2、NT-3制備。

1.2 試驗方法

1.2.1 耐腐蝕性試驗

雙組份聚硫密封膠最重要的性能就是耐腐蝕性，該性能能夠直觀顯示密封膠的防腐性能。

腐蝕性試驗方法：在溫度為65 ℃試驗條件下，將樣品NT-1、NT-2、NT-3浸泡15%氯化鈉水內(nèi)20 d后，觀察樣品覆蓋下膠層是否有裂紋、粘附力發(fā)生變化情況、有無發(fā)粘現(xiàn)象、鋼筋表面是否發(fā)生腐蝕現(xiàn)象[11-12]。

1.2.2 剝落強度試驗

使用萬能電子拉力器進行剝落強度試驗。剝落強度用破壞狀態(tài)、最大剝離強度(N/mm)描述。剝落強度影響密封膠的粘結性能，而粘結性能同時影響著密封膠的防腐性能。

剝落強度試驗流程：將制備好MO-1、MO-2、MO-3樣品在20 ℃下實施拉伸，每4 h測1次記錄下剝離強度；在溫度為120 ℃的高溫烘箱內(nèi)，將樣品靜置7 d，隨后取出;在標準室溫下放置24 h，記錄下剝離強度，測試剝離強度的依據(jù)是GB/T528-2009規(guī)定。

1.2.3 耐凍融循環(huán)性能試驗

依據(jù)JG/T25—2009《建筑涂料涂層耐凍融循環(huán)性測定法》的方法實施耐凍融循環(huán)性能試驗。

在25℃的恒溫水池內(nèi)，將養(yǎng)護15 d的PT-1、PT-2、PT-3樣品浸泡20 h，然后取出將樣品放進-19 ℃的低溫箱內(nèi)冷凍3 h，然后放進53 ℃的烘箱中恒溫3 h。取出樣品，重復操作上述流程10遍。在20 ℃室溫下放置3 h，觀察樣品膠層是否發(fā)生起泡、開裂、無粉化、剝落等情況[13]。

1.2.4 耐化學侵蝕試驗

根據(jù)國家標準GB/T16777—2009《建筑防水涂料試驗方法》的方法進行耐化學侵蝕試驗。將養(yǎng)護15 d后的PT-1、PT-2、PT-3樣品，分別浸泡在各種不同的化學介質(zhì)內(nèi)[14]，保證樣品全部浸入液體中，液面比樣品高15 mm，連續(xù)浸泡170 h后取出備用；用清水沖干樣品表面，在20 ℃室溫下放置5 h，觀察膠層是否發(fā)生膨脹或變色等情況。

1.2.5 拉伸剪切強度試驗

將MO-1、MO-2、MO-3型號雙組份聚硫密封膠樣品在腐蝕介質(zhì)中實施拉伸剪切強度試驗。拉伸剪切強度試驗依據(jù)GB/T528—2010標準，拉伸剪切強度>12 MPa，拉伸剪切試驗使用WE/20型液壓式萬能試驗機。將加載速率設置為15 mm/min，拉伸剪切強度計算公式為

(1)

式中：S是有效搭接面積；τ是拉伸剪切強度；P是破壞時的加載值。

測定在不同介質(zhì)中浸泡72h后的MO-1、MO-2、MO-3樣品拉伸剪切強度，粘結強度的保持率，具體方法如公式(2)，即

(2)

式中：φ0是耐化學試劑試驗前常態(tài)下的粘結強度；K是粘結保持率；φ是耐化學試劑試驗后粘結強度。

1.2.6 適用期試驗

多組份聚硫密封膠按比例混合后或單組份聚硫密封膠在原包裝打開后，可使用時間就是密封膠適用期，適用期就是密封膠從混合到無回彈整體過程的時間。密封膠的施工工藝性能主要受適用期影響較大，適用期過短，會導致密封膠固化，造成浪費；適用期過長，密封膠的硫化速度過慢，減慢施工速度[15]。掌握合適的適用期對密封膠的性能發(fā)揮具有非常重要的意義。

據(jù)分析可知，碳酸鈣用量對雙組份聚硫密封膠適用期影響較大，因此適用期試驗過程是在制備好的MO-1、MO-2、MO-3樣品中分別加入不同比例碳酸鈣，記錄表干時間。

2 試驗結果與分析

2.1 耐腐蝕性試驗結果與分析

NT-1、NT-2、NT-3 3種樣品耐腐蝕性試驗測試結果如表2所示。

表2 3種樣品耐腐蝕性試驗測試結果

由表2可知，在溫度為65 ℃試驗條件下，將樣品NT-1、NT-2、NT-3浸泡15%氯化鈉水內(nèi)20 d后，NT-2、NT-3鋼筋表面上發(fā)生腐蝕和裂紋現(xiàn)象、同時具有粘附力,NT-3鋼筋表面上還發(fā)生發(fā)粘的現(xiàn)象。而MO-1雙組份聚硫密封膠覆蓋下NT-1樣品鋼筋表面上沒有發(fā)生任何變化，對比結果表明MO-1雙組份聚硫密封耐腐蝕性能強。

2.2 剝落強度試驗結果與分析

根據(jù)GB/T528—2009規(guī)定，按照常溫剝落強度大于2.5 MPa、高溫下剝落強度大于5 MPa的標準對20 ℃下3種密封膠樣品的剝落強度試驗結果進行分析，如圖1所示。

圖1 20 ℃下3種密封膠樣品剝落強度

由圖1可知，在20 ℃下MO-1密封膠樣品最大剝落強度3 MPa，符合規(guī)定剝落強度技術標準。而MO-2、MO-3密封膠樣品沒有達到規(guī)定剝落強度技術標準。

根據(jù)GB/T528—2009規(guī)定，按照常溫剝落強度大于2.5 MPa、高溫下剝落強度大于5 MPa的標準對120 ℃高溫下3種密封膠樣品的剝落強度試驗結果進行分析，如圖2所示。

圖2 120 ℃高溫下3種密封膠樣品剝落強度

由圖2可知，在120℃高溫下MO-1密封膠樣品最大剝落強度6 MPa，符合規(guī)定剝落強度技術標準。而MO-2、MO-3密封膠樣品沒有達到規(guī)定剝落強度技術標準。

綜合圖1、2分析結果可知：MO-1密封膠樣品剝落強度最高，符合規(guī)定剝落強度技術標準。

2.3 耐凍融循環(huán)性能試驗結果與分析

依據(jù)4種試驗現(xiàn)象和判定標準對耐凍融循環(huán)性能進行評價，如表3所示。

表3 耐凍融循環(huán)性能試驗評價方法

耐凍融循環(huán)性能試驗采用1組密封膠樣品(PT-1、PT-2、PT-3，)，將試驗結果與留樣樣品對比。3種樣品的耐凍融循環(huán)性測試結果如表4所示。

表4 3種樣品的耐凍融循環(huán)性測試結果

由表4可知，對PT-1、PT-2、PT-3樣品在進行10次凍融循環(huán)后，PT-2、PT-3涂層均發(fā)生剝落的情況、同時涂層上均發(fā)生不同程度開裂與粉化情況。而MO-1雙組份聚硫密封膠覆蓋下PT-1樣品涂層上沒有發(fā)生任何變化，對比結果表明MO-1雙組份聚硫密封膠耐凍融循環(huán)性能強。

2.4 耐化學侵蝕試驗結果與分析

PT-1、PT-2、PT-3樣品的耐化學侵蝕試驗結果如表5所示。

表5 3種密封膠樣品的耐化學侵蝕試驗結果

由表5數(shù)據(jù)可知, 在不同介質(zhì)中,PT-1樣品15d后涂層上無變化，PT-1樣品綜合性能最優(yōu);PT-2樣品涂層上發(fā)生了不同程度的變化，但在15%氫氧化鈉作用下PT-2樣品在15 d后，涂層上無變化；PT-3樣品也發(fā)生了不同程度的變化，PT-3密封膠除了在95#汽油中浸泡15 d后，涂層上無變化。MO-1雙組份聚硫密封膠覆蓋下PT-1樣品涂層上沒有發(fā)生任何變化，對比結果表明MO-1雙組份聚硫密封膠耐化學侵蝕性能強。

2.5 拉伸剪切強度試驗結果與分析

3種樣品在不同介質(zhì)中浸泡72 h后測試拉伸剪切強度,結果如表6所示。

表6 72 h后3種樣品的拉伸剪切強度

由表6可知，MO-1樣品在不同介質(zhì)中的平均拉伸剪切強度為14.93 MPa，MO-1平均拉伸剪切強度分別比MO-2、MO-3高4.45 MPa、5.27 MPa。通過對比結果可知MO-1的拉伸剪切強度最高，符合GB/T528—2010標準。

3種樣品在不同介質(zhì)中的粘接強度保持率如表7所示。

表7 3種樣品在不同介質(zhì)中的粘接強度保持率

由表7可知,MO-1樣品在不同介質(zhì)中的平均粘結強度保持率為97.25%，MO-1平均粘結強度分別比MO-2、MO-3高14.5%、18.8%。通過對比結果可知MO-1的平均粘結強度保持率最高，耐腐蝕性能最佳。

2.6 適用期試驗結果

在MO-1、MO-2、MO-3樣品中分別加入不同比例碳酸鈣，記錄表干時間，試驗結果如圖3所示。

圖3 納米碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)對密封膠適用期的影響

由圖3可知，納米碳酸鈣與密封膠適用期成反比，隨著納米碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)的增大，密封膠的適用期會隨之縮短。當納米碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)大于7%時適用期降低的速度放緩；當納米碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)等于10%時，MO-1、MO-2、MO-3雙組份聚硫密封膠的適用期分別為0.5、1.0、1.5 h，比納米碳酸鈣質(zhì)量低時適用期縮短。綜上可知：隨著納米碳酸鈣質(zhì)量分數(shù)的增大，會促進液體聚硫橡膠的固化，使整個雙組份聚硫密封膠的適用期縮短。根據(jù)建筑的特殊要求，一般選擇加入10%納米碳酸鈣0.5 h的MO-1雙組份聚硫密封膠適用期最合適。

4 結論

1) 通過分析耐腐蝕性試驗結果可知：MO-1雙組份聚硫密封膠的耐腐蝕性能強。

2) 通過剝落強度試驗結果可知：MO-1密封膠樣品剝落強度在同類中最高，符合規(guī)定剝落強度技術標準。

3) 通過耐凍融循環(huán)性能試驗結果可知：MO-1雙組份聚硫密封膠覆蓋下，PT-1樣品涂層上沒有發(fā)生任何變化，MO-1雙組份聚硫密封膠凍融循環(huán)性能最佳。

4) 通過耐化學侵蝕試驗結果可知：MO-1雙組份聚硫密封膠覆蓋下，PT-1樣品涂層上沒有發(fā)生任何變化，MO-1雙組份聚硫密封膠耐化學侵蝕性能最高。

5) 通過拉伸剪切強度試驗結果可知：MO-1的拉伸剪切強度最高，符合GB/T528—2010標準；MO-1的平均粘結強度保持率最高，其耐腐蝕性能最佳。

6) 通過分析適用期試驗結果可知：加入10%納米碳酸鈣0.5h的MO-1雙組份聚硫密封膠適用期最合適。

通過以上結論表明：本文制備的A、B組份質(zhì)量比為100∶10長適用期雙組份聚硫密封膠防腐性能優(yōu)良，非常適合作為建筑物密封材料。