不同高分子防腐材料表面涂層粘附性能變化規(guī)律研究

楊東方 張啟志

摘 要：為提高高性能混凝土的耐久性，通過分別在混凝土表面涂一層約3 mm的水性環(huán)氧樹脂類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料和丙烯酸樹脂類防腐涂料，來對比分析有防腐涂料和無防腐涂料的混凝土的抗氯離子性能、抗硫酸根離子性能和抗碳化性能等3種耐久性。試驗結(jié)果表明，相比較于無涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土抗氯離子侵蝕性能、抗硫酸根離子侵蝕性能和抗碳化性能要好；聚氨酯防腐涂料對混凝土抗氯離子侵蝕性能、抗硫酸根離子侵蝕性能和抗碳化性能等耐久性最強，水性環(huán)氧樹脂防腐涂料次之，丙烯酸樹脂防腐涂料最弱。

關(guān)鍵詞：水性環(huán)氧樹脂；聚氨酯；丙烯酸樹脂；涂層混凝土性能；變化規(guī)律

中圖分類號：TQ635.2;TU528

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1001-5922（2024）03-0001-03

Study on the change law of adhesion properties of surface coatings of different polymer anticorrosive materials

YANG Dongfang1，ZHANG Qizhi2

（1.Henan Zhenghua Real Estate Construction Group Co.，Ltd.，Zhumadian 463000，Henan China

2.Huanghuai University，Zhumadian 463000

，Henan China）

Abstract：In order to improve the durability of high-performance concrete，the three durability properties of concrete with anti-corrosion coating and non-anti-corrosion coating were compared and analyzed by coating a layer of about 3 mm of water-based epoxy resin anticorrosive coating，polyurethane anti-corrosion coating and acrylic resin anti-corrosion coating on the surface of concrete.The experimental results showed that compared to uncoated concrete，concrete containing anti-corrosion coatings had better resistance to chloride ion corrosion，sulfate ion corrosion，and carbonation.Polyurethane anti-corrosion coatings had the strongest durability against chloride ion corrosion，sulfate ion corrosion，and carbonation in concrete，followed by waterborne epoxy resin anti-corrosion coatings，and acrylic resin anti-corrosion coatings were the weakest.

Key words：waterborne epoxy resin;polyurethane;acrylic resin;coating concrete performance;change law

海工混凝土由于長期暴露于空氣、腐蝕環(huán)境中，不可避免會受到環(huán)境因素的影響侵蝕［1-5］。在這些腐蝕因素的影響下，混凝土的耐久性會產(chǎn)生一定性能的下降［6-7］。因此，為了提高混凝土在這類環(huán)境中的耐久性，不少研究學(xué)者通過制備高性能混凝土來達(dá)到這一目的，即從混凝土材料本身入手，通過摻入不同的外加劑，如礦渣、硅灰、纖維類材料等，來制備高性能混凝土［8-14］。但這一方法的性價比不高，如纖維類材料較貴、并且如果高性能混凝土被侵蝕后，無法恢復(fù)其耐久性性能［15-16］。因此，對于提高混凝土耐久性性能，可通過外用方法來達(dá)到這一目的，即在混凝土表面涂一層防腐涂料，來達(dá)到隔絕混凝土與外界環(huán)境的接觸，并且這一方法能夠重復(fù)實現(xiàn)，達(dá)到保護(hù)混凝土耐久性性能的目的［17］。在研究中，主要選擇3種防腐材料：水性環(huán)氧樹脂類防腐涂料、聚氨酯類防腐涂料和丙烯酸樹脂類防腐涂料來分析防腐涂料對混凝土耐久性性能的影響和選擇最佳的防腐涂料用于提高混凝土的耐久性性能。

1 材料與方法

根據(jù)GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》制備高性能混凝土，其配合比為：水泥∶中砂∶碎石∶水=1∶1.38∶2.67∶0.45。其中水泥為P·O42.5型波特蘭水泥，其化學(xué)成分比例如表1所示；中砂的粒徑為0～5 mm，其堆積密度約為1 967 kg/m3；碎石的粒徑為5～15 mm，其堆積密度約為1 720 kg/m3，壓碎指標(biāo)為2%；水為普通自來水。根據(jù)上述配合比配制100 mm的立方體混凝土，并將混凝土放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，溫度（25±3）℃，相對濕度在98%以上。

在養(yǎng)護(hù)好的混凝土上分別涂上3種約3 mm厚的防腐涂料，奧諾環(huán)保水性環(huán)氧樹脂類防護(hù)涂料由廊坊奧諾環(huán)?？萍加邢薰旧a(chǎn)；利豐牌聚氨酯類防護(hù)涂料由壽光魯豐防水材料有限公司生產(chǎn)；MZ-202M型丙烯酸樹脂類涂料由河北米陽防腐材料有限公司有限公司生產(chǎn)。

根據(jù)GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》，對未涂防護(hù)涂料的混凝土和涂防護(hù)涂料的混凝土進(jìn)行氯離子侵蝕和硫酸根離子侵蝕試驗，其環(huán)境分別為5%NaCl和5%NaSO4溶液，時間為28 d。根據(jù)GB/T 11974—1997《加氣混凝土碳化試驗方法》，對未涂防護(hù)涂料的混凝土和涂防護(hù)涂料的混凝土進(jìn)行碳化試驗，其碳化環(huán)境為100%二氧化碳，時間為28 d。

2 表面涂層粘附抗氯離子性能變化規(guī)律

圖1為3種涂料混凝土和普通混凝土在氯離子環(huán)境下的抗氯離子性能變化規(guī)律。

由圖1可知，隨著混凝土深度的增加，氯離子含量迅速下降，如無涂料混凝土，在混凝土表面的氯離子含量為5.0%；當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為2 mm時，氯離子含量為4.8%；當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為4 mm時，氯離子含量為4.1%。相比較于無涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土的抗氯離子侵蝕性能要強的多，如當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為10 mm時，含水性環(huán)氧樹脂防腐涂料混凝土的氯離子含量為0.5%，含聚氨酯防腐涂料混凝土的氯離子含量為0.3%，含丙烯酸樹脂防腐涂料混凝土的氯離子含量為0.8%。因為這3種防腐涂料在混凝土表面形成致密的防腐層，能阻止有害物質(zhì)滲透到混凝土內(nèi)部，從而提高混凝土的抗氯離子侵蝕的耐久性。從圖1也可看出，聚氨酯防腐涂料對混凝土抗氯離子侵蝕性能提高最強，水性環(huán)氧樹脂防腐涂料次之，丙烯酸樹脂防腐涂料最弱。出現(xiàn)這一情況可能是和防腐涂料的化學(xué)成分相關(guān)，聚氨酯防腐涂料是由多官能度的氨基甲酸酯和多元醇通過縮聚反應(yīng)而成的高分子涂料，不僅具有較好的耐磨性和柔韌性，而且其熱導(dǎo)率和吸水率較低，從而導(dǎo)致其性能要優(yōu)于其他2種防腐涂料。

3 表面涂層粘附抗硫酸根離子性能變化規(guī)律

圖2為3種涂料混凝土和普通混凝土在硫酸根離子環(huán)境下的抗硫酸根離子性能變化規(guī)律。

由圖2可知，隨著混凝土深度的增加，硫酸根離子含量迅速下降，如無涂料混凝土，在混凝土表面的硫酸根離子含量為5.0%；當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為2 mm時，硫酸根離子含量為4.9%；當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為4 mm時，硫酸根離子含量為4.6%。相比較于無涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土的抗硫酸根離子侵蝕性能要強的多，如當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為10 mm時，含水性環(huán)氧樹脂防腐涂料混凝土的硫酸根離子含量為1.6%，含聚氨酯防腐涂料混凝土的硫酸根離子含量為1.2%，含丙烯酸樹脂防腐涂料混凝土的硫酸根離子含量為1.9%。這是因為這3種防腐涂料在混凝土表面及孔隙內(nèi)壁形成憎水分子層，不會對孔隙造成封閉，保持混凝土結(jié)構(gòu)原有的透氣性，從而提高混凝土的抗硫酸根離子侵蝕的耐久性。從圖2也可看出，聚氨酯防腐涂料對混凝土抗硫酸根離子侵蝕性能提高最強，水性環(huán)氧樹脂防腐涂料次之，丙烯酸樹脂防腐涂料最弱。

4 表面涂層粘附抗二氧化碳性能變化規(guī)律

圖3為3種涂料混凝土和普通混凝土在二氧化碳環(huán)境下的抗碳化性能變化規(guī)律。

由圖3可知，隨著混凝土深度的增加，二氧化碳含量迅速下降，如無涂料混凝土，在混凝土表面的二氧化碳含量為100%；當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為2 mm時，二氧化碳含量為97.6%；當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為4 mm時，二氧化碳含量為90.3%。相比較于無涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土的抗二氧化碳侵蝕性能要強的多，如當(dāng)混凝土內(nèi)部深度為10 mm時，含水性環(huán)氧樹脂防腐涂料混凝土的二氧化碳離子含量為25.7%，含聚氨酯防腐涂料混凝土的二氧化碳含量為17.8%，含丙烯酸樹脂防腐涂料混凝土的二氧化碳含量為31.9%。這是因為這3種防腐涂料在利用混凝土表面的可滲透性，滲入到混凝土內(nèi)部發(fā)生原位反應(yīng)形成固結(jié)體，填充混凝土內(nèi)部毛細(xì)孔和微裂紋，從而提高混凝土的抗二氧化碳侵蝕的耐久性。從圖3也可以看出，聚氨酯防腐涂料對混凝土抗二氧化碳侵蝕性能提高最強，水性環(huán)氧樹脂防腐涂料次之，丙烯酸樹脂防腐涂料最弱。

5 結(jié)語

（1）對于無涂料混凝土，其內(nèi)部深度為10 mm時，氯離子含量為1.4%；硫酸根離子含量為3.3%；二氧化碳含量為48.7%；

（2）對于含水性環(huán)氧樹脂防腐涂料混凝土，其內(nèi)部深度為10 mm時，氯離子含量為0.5%；硫酸根離子含量為1.6%；二氧化碳含量為25.7%；

（3）對于含聚氨酯防腐涂料混凝土，其內(nèi)部深度為10 mm時，氯離子含量為0.3%；硫酸根離子含量為1.2%；二氧化碳含量為17.8%；

（4）對于含丙烯酸樹脂防腐涂料混凝土，其內(nèi)部深度為10 mm時，氯離子含量為0.8%；硫酸根離子含量為1.9%；二氧化碳含量為31.9%。

【參考文獻(xiàn)】

［1］ 章玉容，徐雅琴，袁偉斌，等.考慮成本和環(huán)境影響的RC梁可持續(xù)優(yōu)化［J］.浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2020，48（5）：541-548.

［2］ 曹琛，鄭山鎖，胡衛(wèi)兵.酸雨環(huán)境下混凝土結(jié)構(gòu)性能研究綜述［J］.材料導(dǎo)報，2019，33（11）：1869-1874.

［3］ 林志偉，汪小平，帥云飛，等.硫酸銨腐蝕環(huán)境下的混凝土碳化深度試驗研究與應(yīng)用［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（15）：258-265.

［4］ 魏博文，袁冬陽，謝斌，等.基于雞群算法優(yōu)化相關(guān)向量機的混凝土壩變形預(yù)報模型［J］.水利水電技術(shù)，2020，558（4）：101-108.

［5］ 王柏文，劉揚，王龍，等.耦合作用下鋼筋混凝土試件黏結(jié)性能退化分析［J］.工業(yè)建筑，2020，564（1）：129-133.

［6］ 張晶，楊玉飛，楊金忠，等.造粒飛灰瀝青混凝土路面利用的地下水環(huán)境風(fēng)險評估［J］.環(huán)境污染與防治，2019，41（1）：89-94.

［7］ 袁英杰，郭為強，王坤林，等.預(yù)濕輕細(xì)骨料內(nèi)養(yǎng)護(hù)混凝土微觀結(jié)構(gòu)與滲透性能［J］.公路交通科技，2019，36（1）：22-30.

［8］ 張雪松，吳相豪，李志衛(wèi)，等.高溫對礦渣混凝土抗壓強度與微觀結(jié)構(gòu)的影響［J］.建筑科學(xué)，2019，35（7）：72-76.

［9］ 宋少民，劉小端，張鵬飛.S105級礦渣粉對混凝土性能的影響研究［J］.混凝土，2019，352（2）：76-79.

［10］ 高小建，李雙欣.微波養(yǎng)護(hù)對摻礦渣超高性能混凝土力學(xué)性能的影響及機理［J］.材料導(dǎo)報，2019，33（2）：271-276.

［11］ 馬蕾，溫勇，彭彬，等.不同齡期下半柔性路面灌注性水泥膠漿強度研究［J］.混凝土，2019（6）：147-150.

［12］ 馮忠居，胡海波，王富春，等.高海拔強鹽沼澤區(qū)橋梁樁基損傷現(xiàn)場模擬試驗［J］.交通運輸工程學(xué)報，2019，19（3）：46-57.

［13］ 侯敏，陶燕，陶忠，等.短切碳纖維混凝土的基本力學(xué)性能與分析［J］.混凝土，2020，363（1）：79-82.

［14］ 許金余，白二雷.纖維混凝土及其在防護(hù)工程中的應(yīng)用［J］.空軍工程大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2019，20（4）：1-11.

［15］ 楊雪楓，吳海林，劉亞楠.鋼筋鋼纖維混凝土軸拉構(gòu)件裂縫性態(tài)試驗研究［J］.水力發(fā)電，2019，541（5）：117-121.

［16］ 王振山，宗夢媛，趙凱，等.硫酸鈉環(huán)境下玄武巖纖維混凝土耐腐蝕性能及力學(xué)性能試驗研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)，2020，50（20）：118-123.

［17］ 孫紅堯，張興鐸，李森林，等.防護(hù)涂料在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)表面的國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.涂料工業(yè)，2019（5）：79-87.

［18］ 曹潔，譚正德，李敏，等.改性石墨烯/水性環(huán)氧樹脂復(fù)合涂料的制備及性能研究［J］.材料保護(hù)，2020，493（2）：112-118.

［19］ 張月，黃微波，呂平，等.提高聚氨酯涂料防腐性能的改性研究進(jìn)展［J］.聚氨酯工業(yè)，2020，35（3）：5-7.

［20］ 束樹軍.水性丙烯酸樹脂在可剝離涂料應(yīng)用中的制備及研究［J］.涂料工業(yè)，2020，428（2）：86-93.

收稿日期：2023-10-21；修回日期：2024-01-04

作者簡介：楊東方（1984-），男，高級工程師，一級建造師，主要從事工程管理研究;E-mail：393901904@qq.com。

通訊作者：張啟志（1968-），男，教授級高級工程師，一級建造師，主要從事教學(xué)與工程管理研究;E-mail：13939676800@163.com。

基金項目：國家自然科學(xué)基金（項目編號：51808509）；

中國管理科學(xué)研究院工程技術(shù)課題（項目編號：ZGYGC7578）；

中國設(shè)備管理協(xié)會建筑工程“十四五”規(guī)劃重點課題（項目編號：JKY40067）。

引文格式：楊東方，張啟志.不同高分子防腐材料表面涂層粘附性能變化規(guī)律研究［J］.粘接，2024，51（3）：1-3.