新型清水混凝土保護(hù)劑在路緣石上的應(yīng)用技術(shù)研究

陳 軍

(中國鐵建港航局集團(tuán)有限公司 廣東珠海 519070)

1 前言

清水混凝土是一種不做任何裝飾、一次澆筑成型的混凝土，因其不僅省去大量化工飾品，減少了環(huán)境污染，還最大程度地展現(xiàn)出混凝土本身的自然美感，如今作為裝飾已被廣泛應(yīng)用于公共建筑以及市政路橋中[1-3]，如異形路緣石。由于異形路緣石一次成型，內(nèi)部存在許多微孔間隙，導(dǎo)致其耐候性較差[4]。尤其在氣候濕潤的沿海城市中，空氣中含有大量的水蒸氣和CO2，異形清水混凝土路緣石在外部環(huán)境的侵蝕下會(huì)出現(xiàn)銹斑、發(fā)黃、破裂等不良缺陷，嚴(yán)重影響其壽命及外觀質(zhì)量，從而失去清水混凝土的裝飾意義[5-6]。涂刷清水混凝土保護(hù)劑既能有效解決上述工程問題，又能滿足現(xiàn)代發(fā)展的環(huán)保性理念。

最早的清水混凝土保護(hù)劑以丙烯酸為主材，出現(xiàn)在上個(gè)世紀(jì)60年代的日本。因丙烯酸類保護(hù)劑存在起效時(shí)間短、效果差等缺點(diǎn)，隨后又研發(fā)出了有機(jī)硅樹脂類以及氟碳聚合物類保護(hù)劑。這兩種保護(hù)劑具有較好的耐久性、環(huán)保性等優(yōu)點(diǎn)，但由于其價(jià)格昂貴、不利于大面積施工等緣故在國內(nèi)未得到廣泛應(yīng)用[7]。因此我國現(xiàn)階段清水混凝土保護(hù)劑仍主要使用丙烯酸類，處于價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)階段[8]。

本文依托廣東省珠海市洪灣物流園新建道路及既有道路景觀提升工程(一期)項(xiàng)目，針對(duì)異形混凝土路緣石在本工程施工過程中存在黃變、色彩暗淡、污染物流痕等不良現(xiàn)象，通過方案優(yōu)化和現(xiàn)場(chǎng)施工試驗(yàn)應(yīng)用，研究了新型清水混凝土保護(hù)劑配比及應(yīng)用于異形混凝土路緣石的新型施工方法。

2 新型保護(hù)劑配方優(yōu)化研究

2.1 改性材料選擇

本文提出一種新型清水混凝土保護(hù)劑，該保護(hù)劑以傳統(tǒng)氟碳聚合物保護(hù)劑配方為基礎(chǔ)，加入納米改性材料來提高其性能。由于氟碳保護(hù)劑價(jià)格昂貴、無法大面積施工，因此改性材料的選擇要考慮成本問題；在傳統(tǒng)氟碳聚合物保護(hù)劑的基礎(chǔ)上加入改性納米材料來達(dá)到降低氟碳保護(hù)劑價(jià)格的目的。常用的改性納米材料主要有納米TiO2、納米SiO2和納米CaCO3等[9-10]。納米TiO2和納米SiO2來源比較局限、價(jià)格相對(duì)昂貴，工藝也比較復(fù)雜，不在本文考慮范圍內(nèi)；納米CaCO3由于其廣泛的來源[11]，價(jià)格相對(duì)較低，市場(chǎng)價(jià)格在10元/kg左右，且粒徑小、比表面積大，能均勻分散到建筑涂料中，對(duì)膜層的耐水性、耐堿性、耐洗刷性等提升效果明顯，因此本文的改性劑采用納米CaCO3。

2.2 新型保護(hù)劑配方

本試驗(yàn)樣品采用的氟碳樹脂乳液具體技術(shù)指標(biāo)如表1所示，新型保護(hù)劑設(shè)計(jì)配方如表2所示。

表1 氟碳乳液的技術(shù)指標(biāo)

表2 保護(hù)劑配方

配方中改性劑為改性后的納米CaCO3，所采用的光觸媒為納米TiO2，采用氣相SiO2作為配方中的消光粉，采用丙醇作為助溶劑，分散劑選用1，3-丙二醇；試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)采用單一增稠劑時(shí)所需劑量較大，達(dá)不到價(jià)格低廉的目的，故采用羥乙基纖維素和羥丙基甲基纖維素的混合劑，混合比例為2∶1；選用消泡能力強(qiáng)、抑泡時(shí)間久的聚醚改性聚二甲基硅氧烷作為消泡劑；選用聚丙烯酸鈉和烷基酚聚氧乙烯非離子表面活性劑作為潤濕劑；為使保護(hù)劑在較低溫度下仍然能增加塑性聚結(jié)成膜，另添加一定量的成膜助劑，成分為十二碳醇酯。

2.3 制備流程

在新型清水混凝土保護(hù)劑的制備過程中，經(jīng)過多次試驗(yàn)與總結(jié)，按照以下流程(見圖1)制備的保護(hù)劑儲(chǔ)存狀態(tài)最穩(wěn)定。具體操作步驟如下:

圖1 新型清水混凝土制備流程

(1)按照配比將增稠劑用助溶劑稀釋；

(2)按照配比將改性劑、成膜助劑、分散劑加入助溶劑中，在常溫下以1 500～2 000 r/min轉(zhuǎn)速機(jī)械分散攪拌20～25 min至均勻；

(3)按照配比將氟碳樹脂乳液、光觸媒、消光粉、潤濕劑、消泡劑及水加入步驟(2)所得溶液中，在溫度60℃下以2 000～3 000 r/min轉(zhuǎn)速攪拌30～35 min；

(4)攪拌完成后，逐滴緩慢加入增稠劑，并時(shí)刻注意觀察稠度，將粘度調(diào)節(jié)至1 200 mPa·s左右為止，靜置得到新型清水混凝土保護(hù)劑。

3 保護(hù)劑性能測(cè)試

3.1 基本性能測(cè)試

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《合成樹脂乳液外墻涂料》(GB/T 9755—2014)對(duì)新型清水混凝土保護(hù)劑進(jìn)行性能指標(biāo)檢測(cè)，同時(shí)和傳統(tǒng)氟碳保護(hù)劑進(jìn)行對(duì)比，具體檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 性能檢測(cè)指標(biāo)

從表3可以看出，新型清水混凝土保護(hù)劑各項(xiàng)指標(biāo)均符合國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，在耐沾污性、耐洗刷性、耐堿性等性能方面均優(yōu)于傳統(tǒng)氟碳保護(hù)劑。

3.2 應(yīng)用性能測(cè)試

3.2.1 吸水率測(cè)試

保護(hù)劑能在清水混凝土表面形成防水涂層從而降低其吸水能力，因此可通過試驗(yàn)測(cè)試涂刷保護(hù)劑后清水混凝土的吸水率來側(cè)面反映保護(hù)劑的應(yīng)用性能。澆筑尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的清水混凝土立方體試樣，將其養(yǎng)護(hù)28 d后放入恒溫干燥箱干燥至恒重，干燥溫度50℃。參照標(biāo)準(zhǔn)《建筑表面用有機(jī)硅防水劑》(JC/T 902—2002)對(duì)不同保護(hù)劑處理的清水混凝土試樣進(jìn)行吸水率測(cè)試[12]，測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

圖2 吸水率與浸泡時(shí)間的關(guān)系

從圖2中可以看出，涂刷保護(hù)劑后，清水混凝土試樣的吸水率遠(yuǎn)小于未處理的空白試樣，這主要是因?yàn)楸Ｗo(hù)劑在試樣表面形成了致密的防水涂層，阻止了試樣的進(jìn)一步吸水；普通清水混凝土試樣的吸水率隨浸泡時(shí)間的增加而增加，而涂刷保護(hù)劑后其吸水率基本保持不變，說明保護(hù)劑的防水效果具有持續(xù)性；與傳統(tǒng)氟碳保護(hù)劑相比，使用新型保護(hù)劑后清水混凝土的吸水率進(jìn)一步降低，說明新型保護(hù)劑形成的防水涂層更為致密，保護(hù)效果更優(yōu)。

3.2.2 抗碳化性能測(cè)試

清水混凝土的碳化現(xiàn)象會(huì)使其表面產(chǎn)生裂紋、銹斑等，嚴(yán)重影響其外觀質(zhì)量，因此檢測(cè)新型保護(hù)劑對(duì)其抗碳化性能的影響具有很好的實(shí)際意義。碳化現(xiàn)象是指混凝土中的水化產(chǎn)物Ca(OH)2遇到空氣中的CO2后生成CaCO3，導(dǎo)致其堿性降低從而更易被侵蝕[13]，因此經(jīng)常采用酚酞試劑對(duì)其進(jìn)行碳化程度測(cè)試。將不同處理后的清水混凝土試樣放入SJ-2標(biāo)準(zhǔn)碳化箱進(jìn)行碳化試驗(yàn)，碳化結(jié)束后將試樣沿中線切成兩半，在橫截?cái)嗝鎳娡糠犹噭?，顯紅區(qū)域最外側(cè)邊緣距試樣邊緣的距離即為碳化深度。新型保護(hù)劑對(duì)清水混凝土抗碳化性能影響結(jié)果如圖3所示。

圖3 碳化深度與碳化時(shí)間的關(guān)系

從圖3中可以看出，涂刷氟碳保護(hù)劑和新型保護(hù)劑的清水混凝土試樣在各個(gè)階段的碳化深度都遠(yuǎn)小于未處理的空白試樣，說明清水混凝土保護(hù)劑可有效降低混凝土的碳化現(xiàn)象；新型保護(hù)劑的碳化深度比傳統(tǒng)氟碳保護(hù)劑更低，說明新型清水混凝土保護(hù)劑形成的涂層更為致密，保護(hù)效果更加優(yōu)異。

3.3 分析與討論

通過上述性能對(duì)比測(cè)試試驗(yàn)，可以看出加入改性材料納米CaCO3的新型清水混凝土保護(hù)劑在常規(guī)測(cè)試滿足規(guī)范要求的同時(shí)，還具備更優(yōu)異的性能。分析其原因是納米CaCO3的加入使保護(hù)劑在形成涂層時(shí)通過多種鍵合方式封閉表面的水溶性基團(tuán)，從而提高了涂層的耐水性和耐堿性；另外納米材料粒徑小，且具有更大的比表面積，加入到傳統(tǒng)的氟碳保護(hù)劑中能有效填充涂層表面缺陷，致使涂層更致密，因此在吸水率和抗碳化性能方面表現(xiàn)優(yōu)異。

4 工程應(yīng)用

4.1 工程概況

廣東省珠海市洪灣物流園新建道路及既有道路景觀提升工程(一期)，道路總長4 209.576 m，紅線寬度16～30 m，全部采用清水混凝土異形路緣石。由于工程所處環(huán)境空氣濕度大、日照充足，因此路緣石清水混凝土的外觀質(zhì)量是該工程的質(zhì)量控制重點(diǎn)，具體施工現(xiàn)狀見圖4。

圖4 施工現(xiàn)狀

4.2 施工工法

在現(xiàn)有清水混凝土保護(hù)劑施工工程的特點(diǎn)和工程實(shí)例的基礎(chǔ)上，結(jié)合該工程具體概況制訂出一套詳盡的施工工法；該工法對(duì)設(shè)計(jì)和施工進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制，在確保清水混凝土質(zhì)量達(dá)標(biāo)的同時(shí)保障清水混凝土表面的美觀效果。本項(xiàng)目采用具體包括以下步驟:

(1)清水混凝土基面清理。對(duì)異形路緣石表面進(jìn)行砂紙打磨，除去浮塵、銹跡、鹽類析出物等，再用高壓水槍沖洗路緣石，直至基面清理干凈。

(2)清水混凝土表面修補(bǔ)。對(duì)高壓水槍沖洗過后的路緣石進(jìn)行晾曬，完全干燥后采用水泥灰漿對(duì)裂紋、孔縫、露筋等情況進(jìn)行修補(bǔ)，僅需修補(bǔ)肉眼可見的明顯缺陷即可。

(3)新型保護(hù)劑稀釋。按照配比將新型保護(hù)劑配置完成，常用的涂刷方式有噴涂和輥涂兩種，根據(jù)不同的施工方式對(duì)保護(hù)劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)丶铀♂尅?/p>

(4)新型保護(hù)劑涂刷。將稀釋后的保護(hù)劑均勻噴灑或輥涂到異形清水混凝土路緣石表面，直至路緣石表層完全濕潤，靜置等待保護(hù)劑被完全吸收。根據(jù)實(shí)際施工效果，清水混凝土保護(hù)劑需重復(fù)涂刷2～3遍，以充分發(fā)揮其保護(hù)作用。

4.3 造價(jià)分析

對(duì)上述工程中新型清水混凝土保護(hù)劑的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行造價(jià)分析，結(jié)合市場(chǎng)行情與傳統(tǒng)氟碳類保護(hù)劑進(jìn)行對(duì)比分析，論證其可大面積應(yīng)用的可行性。從表4可以看出新型清水混凝土保護(hù)劑的造價(jià)僅為5.7～15元/m2，與傳統(tǒng)氟碳保護(hù)劑相比降低了大約62%，說明該新型保護(hù)劑的大面積應(yīng)用具備可行性。

表4 保護(hù)劑造價(jià)

5 結(jié)論

(1)納米CaCO3來源廣泛、價(jià)格低廉、效果明顯，可用于改性清水混凝土保護(hù)劑，進(jìn)而提高異形路緣石外觀質(zhì)量；

(2)該新型清水混凝土保護(hù)劑性能穩(wěn)定，滿足規(guī)范要求，同時(shí)在耐水性、抗碳化性方面均優(yōu)于傳統(tǒng)的氟碳保護(hù)劑；

(3)通過在廣東省珠海市洪灣物流園新建道路及既有道路景觀提升工程(一期)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和施工，工程中的異形路緣石外觀質(zhì)量達(dá)標(biāo)，且成本低廉，因此，將新型清水混凝土保護(hù)劑應(yīng)用于異形混凝土路緣石具備可行性。