【摘要】我國(guó)很多地區(qū)冬季混凝土凍融循環(huán)破壞非常嚴(yán)重,沿海地區(qū)尤為嚴(yán)重,因此本文通過對(duì)混凝土進(jìn)行涂層保護(hù)來提高混凝土的抗凍融性能。本試驗(yàn)主要研究一種新型的綠色涂料噴涂聚脲彈性體材料對(duì)混凝土抗凍融性能的影響。
【關(guān)鍵詞】?jī)鋈谘h(huán);涂層;噴涂聚脲彈性體
0前言
為了方便交通,在下雪后向路面撒除冰鹽,使混凝土由于凍融循環(huán)和除冰鹽的共同作用而過早破壞。沿海地區(qū)由于海水中含有很高的鹽分,因此附近的建筑物和橋梁在冬季由于受凍融循環(huán)的影響而加速破壞。據(jù)國(guó)外調(diào)查[ 1 ] ,凡使用除冰鹽的橋梁, 15年左右出現(xiàn)腐蝕破壞,英國(guó)為修復(fù)因除冰鹽腐蝕破壞的橋梁,已花費(fèi)62億英鎊等。解決這些問題的途徑是采用優(yōu)質(zhì)的混凝土,或采用合成高分子涂層對(duì)混凝土進(jìn)行保護(hù)。噴涂聚脲彈性體( Sp ray Polyurea, 以下簡(jiǎn)稱SPUA)技術(shù)是近10年來國(guó)外為適應(yīng)環(huán)保需求而研制開發(fā)的一種新技術(shù)。在我國(guó),海洋化工研究院于1995年開展SPUA技術(shù)的前期探索研究,并于1999年開始投入商業(yè)生產(chǎn)。我們與該院合作開展了該技術(shù)在建筑中的應(yīng)用研究,結(jié)果表明, SPUA材料可以很好地提高混凝土的抗凍融性。
1 SPUA的性能特點(diǎn)與經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)
(1) 無毒性。100%固含量,不含有機(jī)揮發(fā)物,符合環(huán)保需求,適合在密閉狹小的空間施工。
(2) 優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。拉伸強(qiáng)度最高達(dá)27.5MPa,伸長(zhǎng)率最高可達(dá)10000% , 撕裂強(qiáng)度為4319～105.4kN /m?？筛鶕?jù)不同應(yīng)用場(chǎng)合的需求,在很寬范圍內(nèi)對(duì)硬度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(3) 良好的不透水性。0. 3MPa壓力下2h不透水,材料無任何變化[ 2 ]。
(4) 附著力強(qiáng)。SPUA與多種底材(如混凝土、砂漿、鋼材、瀝青、塑料、鋁及木材等)都有良好的附著力。附著力強(qiáng)度超過SPUA自身強(qiáng)度的體系。
(5) 固化快。SPUA反應(yīng)速度極快, 5 s凝膠, 1min即可達(dá)到步行強(qiáng)度并可進(jìn)行后續(xù)施工,使施工效率大大提高。SPUA材料由于固化快,可避免一般噴涂材料由于表干時(shí)間較長(zhǎng),多層噴涂間隔時(shí)間長(zhǎng),影響施工進(jìn)度及涂層質(zhì)量。固化快速還解決以往噴涂工藝中易產(chǎn)生的流掛現(xiàn)象,可在任意曲面、斜面及垂直面上噴涂成型,涂層表面平整光滑,可對(duì)基材形成良好的保護(hù)和裝飾效果[ 3 ]。
(6) 戶外耐老化性能。由于不含催化劑, SPUA材料耐老化性能優(yōu)異。雖然芳香族SPUA材料會(huì)出現(xiàn)泛黃和褪色,但是絕無粉化和開裂現(xiàn)象出現(xiàn)。表1是芳香族SPUA材料經(jīng)過50℃人工加速老化試驗(yàn)前后的性能變化,脂肪族SPUA材料的耐老化性能則更好[ 4 ]。
(7) 經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)防護(hù)材料及施工的總造價(jià)以50元/m2 計(jì),惡劣條件使用期限一般不超過1年。SPUA材料及施工的總造價(jià)以150元/m2 計(jì),惡劣條件使用期限為20年。SPUA技術(shù)具有技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)性能雙方面的優(yōu)勢(shì)。
2 試驗(yàn)方法
2.1 原材料與混凝土的配合比
試驗(yàn)水泥用為P·O 32. 5;細(xì)骨料采用表觀密度為2.64g/ cm3 ;中砂,顆粒級(jí)配良好的河砂;粗骨料選用碎石,表觀密度2. 62 g/ cm3 ,最大粒徑30cm;涂料選用SPUA和聚氨酯材料。本次試驗(yàn)中設(shè)計(jì)的水灰比為0. 45的素混凝土,配合比見表2。強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌,機(jī)械振動(dòng),鋼模成型,振動(dòng)密實(shí),24h后脫模,移入溫度20 ±3℃,相對(duì)濕度≥90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)。
2.2 凍融循環(huán)實(shí)驗(yàn)
混凝土的凍融循環(huán)試驗(yàn)按照GBJ82 - 85《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中抗凍性能試驗(yàn)的“快凍法”進(jìn)行。溶液濃度對(duì)混凝土的除冰鹽剝落性能影響較大,濃度過高和過低混凝土剝落都會(huì)減小,即存在一個(gè)臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)。文獻(xiàn)報(bào)道的臨界質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為3.0% ～4.0%[ 5 ] ,本試驗(yàn)采用3. 5%的質(zhì)量分?jǐn)?shù),與海水中鹽的濃度一致。
2. 3基材處理
由于本試驗(yàn)要對(duì)混凝土進(jìn)行涂層,因此,在養(yǎng)護(hù)24d時(shí),將配制0. 5的水泥凈漿,用刮刀將水泥凈漿涂覆在潤(rùn)濕試塊上,將試塊的空洞及缺陷抹平,直至試塊表面無孔且平整。待將所有的試件處理好后放在自然環(huán)境中涼干,然后再在試件表面涂環(huán)氧底漆,以提高SPUA 材料與混凝土的粘結(jié)性能。上述工作完成后,實(shí)施噴涂,涂層厚度為0.5～1mm。噴涂后試件放在自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù)4～5d后開始試驗(yàn)。在實(shí)際工程中,可根據(jù)底材和氣候條件,采用專用的配套底漆進(jìn)行基材處理,達(dá)到平整度要求后,再噴涂施工。
2. 4檢測(cè)準(zhǔn)則
GBJ82 - 85規(guī)定遇到下列情況之一即可停止試驗(yàn): ①已達(dá)到300次凍融循環(huán); ②相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到60%以下;③質(zhì)量損失率≥5%。
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1試件在NaCl溶液中凍融循環(huán)后質(zhì)量的變化圖1列出不同涂層和無涂層混凝土試件在3.5%NaCl溶液中凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失規(guī)律。在NaCl溶液凍融破壞中,無涂層混凝土小于100次凍融質(zhì)量損失超過5%而達(dá)到破壞?；炷猎贜aCl溶液中遭受凍融循環(huán)質(zhì)量損失非常嚴(yán)重。試件剝落最為嚴(yán)重的是成型面,并且剝落也是先從成型面開始的,剝落速度也比其它面快。涂聚氨酯的試件在剛開始質(zhì)量有所下降,但到后來質(zhì)量開始增加。在開始質(zhì)量下降可能是由于涂層隔斷了混凝土與外界的聯(lián)系,外面的水分不能進(jìn)入混凝土,而混凝土內(nèi)部由于反應(yīng)及失水造成混凝土質(zhì)量下降。其它原因都不可能使其質(zhì)量下降。
3 .2 試件在NaCl溶液中凍融循環(huán)后動(dòng)彈性模量的變化圖2是不同涂層及無涂層試件在NaCl溶液中凍融循環(huán)后橫向基頻變化情況。圖3是不同涂層及無涂層試件動(dòng)彈性模量變化圖。從圖2、圖3可看出無涂層混凝土試件的動(dòng)彈性模量下降很快,而兩種涂層混凝土試件的動(dòng)彈性模量下降緩慢,近乎一條直線?？梢娀炷羶?nèi)部幾乎沒有開裂。兩種涂層混凝土試件是滿足抗凍要求的。但是,聚氨酯涂層所表現(xiàn)出來的耐凍融性比聚脲的要差。雖然聚氨酯涂層混凝土動(dòng)彈性模量的變化不大,但是其質(zhì)量卻有增加,這說明外界水分已經(jīng)滲透進(jìn)混凝土內(nèi)部,這將會(huì)降低混凝土的耐久性。而涂聚脲的混凝土的動(dòng)彈性模量和質(zhì)量都幾乎沒有變化,顯然聚脲涂層要比涂聚氨酯涂層更具有耐久性。為了保證涂層能對(duì)混凝土起到保護(hù)作用,保持涂層的完整和連續(xù)是十分重要的。如果涂層有破損,整個(gè)涂層就會(huì)喪失對(duì)混凝土的保護(hù)功能。所以,試驗(yàn)和施工過程中,一道噴涂結(jié)束后,應(yīng)對(duì)破損或涂層針孔進(jìn)行修補(bǔ),然后再噴涂,直到涂層完整沒有孔洞及破損,并達(dá)到規(guī)定厚度,才能使用。
4 結(jié)語
(1) 混凝土的除冰鹽和凍融循環(huán)雙重作用可以加速混凝土的腐蝕破壞,對(duì)于無涂層混凝土,其破壞首先從成型面開始。在NaCl溶液中凍融循環(huán)后試件質(zhì)量和動(dòng)彈性模量都有很大程度的下降。
(2) 涂層對(duì)混凝土的抗凍融性能有很大的提高。用SPUA材料做涂層的混凝土在試驗(yàn)中表現(xiàn)出很高的抗凍融能力,經(jīng)歷275個(gè)循環(huán)后質(zhì)量幾乎沒有變化,相對(duì)動(dòng)彈性模量略有下降,但是下降得不大。而聚氨酯涂層的混凝土雖然相對(duì)動(dòng)彈性模量也下降得不多,但是質(zhì)量卻增加,可見外界的溶液已經(jīng)滲透進(jìn)混凝土,將會(huì)降低混凝土的耐久性。因此SPUA材料可以很好提高混凝土的抗凍融性。
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