混凝土结构用复合氟碳防护涂料的性能评价.pdf
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1、全 国中文核心期刊 钎 建巍 中 国 科 技 核 心 期 刊 混凝土结构用复合氟碳防护涂料的 性台 旨 评价 薛晓芳 , 仇铄 , 蒋正武 ( 1 贵州智诚混凝土有限公司, 贵州 贵阳5 5 0 0 0 0 ; 2 同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室, 上 海2 0 0 0 9 2 ) 摘要 : 通过测试涂覆复合氟碳防护涂料混凝土的吸水率、 耐腐蚀性、 冻融循环和透气性等指标, 对研制的钢筋混凝土结构防护 用复合氟碳防护涂料 的防护性 能进行测试评价, 并与硅烷防护材料进 行对 比。结果表明, 涂覆该复合氟碳 防护涂料 的混凝土试件与 基准组对 比吸水率大幅下降, 强腐蚀环境下的抗压强度
2、耐蚀系数及冻融循环 2 5次后相对动弹性模量较基准 组均 有所提升 , 且复合 氟碳防护涂料具有一定的透气 性。 关键词 : 复合; 氟碳涂料; 硅烷; 吸水率; 透气性 中图分类号: T U 5 6 1 6 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 9 0 0 1 5 0 4 S t u d y o n p r o p e r t i e s e v a l u a tio n o f c o m p o s i t e flu o r o c a r b o n p r o t e c ti n g c o a ti n g f o r c o
3、 n c r e t e s t r u c t u r e s XU E X i a o f a n f, Q I U S h u o , J I A NG Z h e n g w u ( 1 Gu i z ho u Z h i c h e ng Co n c r e t e C o L t d , Gu i y a n g 5 5 0 0 0 0, Gu i z h o u, Ch i n a ; 2 K e y L a b o r a t o r y o f A d v a n c e d C i v i l E n g i n e e r i n g Ma t e ri a l s o
4、 f Mi n i s t r y o f E d u c a t i o n , T o n g j i U n i v e r s i t y , S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2 , C h i n a ) Ab s t r a c t : I n t h i s p a p e r , t h e w a t e r a b s o r p t i o n , c o r r o s i o n r e s i s t a n c e , f r e e z i n g a n d t h a w i n g c y c l e an d g a s p e r
5、me a b i l i t y w e r e c h o s e n t o b e t h e t e s t i n d e x t o e v alu a t e t h e p r o t e c t i n g p r o p e r t i e s o f t h e d e v e l o p e d k i n d o f c o mp o s i t e fl u o r o c a r b o n p r o t e c t i n g c o a t i n g s f o r r e i n f o r c e d c o n c r e t e s t r u c
6、 t u r e s , wh i c h wa s ma d e o f flu o r o c a r b o n a n d s i l a n e An d i t s p r o p e rti e s we r e c o mp a r e d wi t h t h a t o f t h e s i l a n e p r o t e c t i n g c o a t i ng Re s u l t s s h o we d t h a t t h e wa t e r a b s o rpt i o n o f c o n c r e t e s t r u c t u r
7、e s i mp r o v e d o b v i o u s l y a f t e r u s e t h e c o mp o s i t e fl u o r o c arbo n p r o t e c t i n g c o a t i ng s :An d t h e p e r f o rm an c e s o f t h e c o rro s i o n r e s i s t a nc e i n t he e x t r e me c o rro s i o n s u r r o u n d i n g s a n d t h e r e l a t i v e
8、d y n a mi c e l a s t i c i t y mo d u l u s aft e r 2 5 t i me s f r e e z i n g a n d t h a wi n g c y c l e a l s o i mp r o v e d s h a r p l y, c o mp a r e d t o t h e r e f e r e n c e g r o up Th e c o mp o s i t e flu o r o c a r b o n p r o t e c t i n g c o a t i n g s a l s o l e ft c o
9、 n c r e t e g o o d g a s pe rm e a b i l i t y Ke y wor d s: c o mp o s i t e , flu o r o c arb o n c o a t i n g , s i l a ne , wa t e r a b s o r p t i o n, g a s p e r me a b i l i t y 一 般来说, 钢筋混凝土结构具有良好的长期性能与耐久 性。但混凝土结构的服役能力和时间会受到各种环境条件的 限制, 采取有效防护技术以防止混凝土的环境侵蚀、 维护混凝 土的使用性能, 对提高混凝土结构的耐久性与使用寿命具
10、有 重要的现实意义。 基 金项 目: 国家 9 7 3项 目( 2 0 1 1 C B 0 1 3 8 0 5 ) ; 国家 自然科学基金资助项 目( 5 1 2 7 8 3 6 0 、 5 1 3 O 8 4 0 7 ) 国家科技支撑计划项 目( 2 0 1 1 B A E1 4 B 0 6 ) ; 高等学校博士学科点专项科研基金项 目QO 1 3 o o 7 2 1 1 0 0 4 7 ) 收稿 臼期 : 2 0 1 5 0 3 2 0 ; 修订 日期 : 2 0 1 5 0 8 1 3 作者简介 : 薛晓芳 , 女 , 1 9 7 5年生, 陕西白水人 , 工程师 。通讯 作者: 蒋 正
11、武, 地址: 2 0 1 8 0 4上海市曹安公路 4 8 0 0号 材料大楼 4 7 0室, E ma i l : j z h w t o n g j i e d u c a 。 表面防护由于可以从源头防止有害介质进入混凝土内部 而表现出优良的防护性能,目前被广泛应用的混凝土结构防 护涂料种类繁多, 包括环氧树脂涂料 1 _、 聚脲涂层 、 丙烯酸 酯涂料同 等。 硅烷和硅氧烷等有机硅浸渍材料因其突出的憎水 性和化学稳定性, 能在混凝土表面及毛细孔内壁形成保护膜, 有效防止水分的渗透和转移, 达到防腐的目的, 从而提高混凝 土结构耐久性和使用寿命5 - 7 。氟碳涂料作为近几年飞速发展 的新
12、型涂料,具有非常出色的耐老化性、耐磨性和抗冲击性 等, 并且具有自清洁能力, 因此在金属及复合材料的表面防护 领域已经有较为成熟的应用8 - 9 1 。 复合氟碳防护涂料的制备和最佳配比的确定已由先前研 究所获得, 本文对该涂料的耐久性能进行评价, 以了解其对混 凝土的保护程度, 为提升混凝土耐久性, 延长其服役年限提供 理论依据。 N E W BUI L DI NG M ATE RI AL S 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 薛晓芳, 等: 混凝土结构用复合氟碳防护涂料的性能评价 1 试验 1 1 原材料 1 1 1 混凝土试件成型原料 水泥: 海螺水
13、泥有限公司生产的4 2 5 R普通硅酸盐水泥 标准稠度用水量为2 8 4 ; 砂: 天然河砂, 表观密度2 5 9 2 k 咖 , 堆积密度1 6 1 3 k 咖 , 含泥量6 2 5 , 细度模数为3 0 2 , 上海建 工集团股份有限公司提供; 粗骨料: 5 1 0 m m和 1 0 2 0 m m连续 级配人工碎石, 按质量比3 : 7 掺入进行试验, 含泥量小于2 ; 减 水剂: 萘系减水剂。 不同强度等级混凝土试件的配合比见表1 。 表 1 不同强度等级混凝土试件 的配合 比 实验中将涂料涂覆于混凝土试块表面, 以评价其性能。 本 文混凝土成型试验所用模具规格为 1 0 0 m mx
14、 l 0 0 m mx l 0 0 m m ,为了便于在混凝土试块上进行涂覆和后续试验的开展, 同时为节省涂料, 试验中所用混凝土试块皆切割成5 0 m m x 5 0 m m x 5 0 m m使用。 1 1 2 防护涂料配制 氟碳涂料由F E V E氟碳树脂、 脂肪族聚异氰酸酯固化剂 和醋酸丁酯稀释剂按比例优化配制而成; 硅烷膏体的硅烷含 量为8 0 。复合氟碳涂料由氟碳涂料和硅烷组分按一定比例 复配而成, 复合氟碳防护涂料的基本配方见表2 。 表2 复合氟碳防护涂料的基本配方 1 2 试验方案 1 2 1 涂料涂覆方法 清除试件表面上的灰尘、 油污等有害物与污染物, 试块表 面应为面干状
15、态。 将试块放置于电子天平上, 试块的被涂面水 平于桌面。 用毛刷由 左至右在试块被涂面均匀涂刷, 使被涂面 饱和并开始溢流,重复用毛刷从左至右在被涂面涂刷 3 7 次, 保持被涂面至少5 s 润湿状态。同时通过称量控制每个被 涂面的涂料用量。 观察被涂面表面达到表干状态( 表面无溢流 且轻触不黏) 时, 则可涂下一个表面。 1 2 2 性能测试方法 ( 1 ) 吸水率 吸水率参照J T J 2 7 5 -2 0 0 0 ( 港工程混凝土结构防腐蚀 技术规范 进行测试。 l 6 新型建筑材料 2 0 1 5 9 ( 2 ) 耐腐蚀性 耐腐蚀性测试包括水中养护和浸泡腐蚀,其中水中养护 指在试件成
16、型拆模后在养护室中进行标准养护至规定龄期 后, 浸泡在水中进行浸泡养护; 浸泡腐蚀试验要求在试件成型 拆模后在养护室中进行标准养护至规定龄期后,在模拟地下 水及强酸性环境的复合腐蚀溶液 3 5 N a C l + l 0 N a 2 S O 4 + H 2 S O 4 ( p H值= 2 ) 3 种溶液混合1 中进行浸泡养护。试验采用抗压、 抗 折强度耐腐蚀系数 与质量变化率S 为参考指标来确定试 件的耐腐蚀性。 ( 3 ) 冻融循环 将成型并切割后的试块放入标准养护室养护, 2 3 d 后取 出将其放在温度为 1 5 2 0 的水中浸泡4 d , 所有试件都在相 同条件下养护和浸泡, 以保证
17、具有相同的初始强度。 依据G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性试验方法 中 的慢冻法, 对各组试件进行2 5 次冻融循环, 并采用C T S 一 2 5 型 非金属超声波检测仪测量其声速变化。 ( 4 ) 透气性 由于湿度对试块透气性影响较大, 将厚度为2 5 m m的混 凝土试块在烘箱中以4 0 烘干, 以保证试块不含水。之后将 其放在除湿器中待测; 将适量甲醇加入容器中, 保证所有试样 甲醇量一致; 将混凝土试块置于容器上方并用硅酮胶环绕密 封, 避免任何可能的泄漏。待硅酮胶固化后, 首先测试整体质 量, 将试验装置放在恒温水浴箱中加热,要求水没过容
18、器的 2 3 , 即上面 1 3 部分暴露在空气中。记录不同时间间隔下甲 醇的质量损失, 直到稳定无变化为止。 透气性试验装置如图1 所示。 试样 口 蠹 翼蒹潮 誊 巍 基 强: 垒警象 馘 ; : 量 哮 ; 塑 : = 翦圈 图 1 透气性试验装置示意 2 结果与讨论 2 1 复合氟碳防护涂料对混凝土吸水率的影响 复合氟碳防护涂料按表2 配方制备。 1 3 复合氟碳防护 涂料涂刷组合见表3 , 其中1 使用硅烷膏体( 国泰华荣化工 WR G 一 9 0 8 ) , 使用硅烷液体( 道康宁Z - 6 4 0 3 异丁基三乙氧 基硅烷) , 3 使用硅烷液体( 道康宁Z - 6 3 4 1
19、正辛基三乙氧基 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 薛晓芳, 等: 混凝土结构用复合氟碳防护涂料的性能评价 硅烷) ; 4 涂覆材料为丙烯酸乳液( 下同) 。不同防护涂料对混 凝土吸水率的影响见图2 ,涂覆3 种不同防护涂料C 5 0 试件 的吸水增量随时间变化曲线见图3 。 表 3 复合氟碳防护涂料涂刷组合 编号 氟碳组分 硅烷 组分 m 量 旨 糌 O1 O 0 08 0 0 6 0 0 4 0 02 0 基准组 1 2 3 4 # 图 2 涂覆不 同防护涂料对混凝土吸水率的影响 由图2 可见,涂覆防护涂料的试件吸水率普遍比基准试 件小1 个数量级, 以1 一
20、3 降低程度较大。取4 8 h 和 1 2 d的 吸水率作对比,基准试件的4 8 h 吸水率普遍高于 1 2 d的, 即 混凝土的吸水能力随时间延长而下降,这是由于混凝土本身 吸水值有限,基准试件最快趋于饱和而呈现增长速度降低的 状态; 1 L3 试件的1 2 d吸水率略高于4 8 h , 说明涂覆防护涂 料的混凝土试件仍处在吸水率缓慢增大的阶段,这不仅能够 明显降低混凝土试件的吸水率,还能够延长其趋于饱和状态 的时间。 C 2 0 较C 5 0 混凝土试件的吸水率略高, 这是由于其本 身密实程度较低所致。 - C 5 0 基准组 C 5 0 涂覆硅烷 膏体组 皿 4 靶 0 5 0 0 1
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