C40自密实镜面混凝土镜面效果持久性试验研究

2018-03-09刘晓明徐清王秀潘潮昊

新型建筑材料 2018年2期

刘晓明，徐清，王秀，潘潮昊

（昆明理工大学，云南昆明 650000）

0 引言

镜面混凝土配制及成功应用的关键在于镜面效果的形成和长久维持，但受外界环境的影响，镜面混凝土的镜面效果会随时间慢慢消失。由于镜面混凝土表面不经过抹灰和二次装修而直接使用，因长期暴露在大自然中，不可避免的受到空气中的有害物质、水及酸雨等因素的侵蚀，使镜面混凝土表面出现泛白甚至镜面效果消失等现象[1]。目前，我国对镜面混凝土的研究尚浅，且缺乏镜面混凝土应用的具体规范和标准。关于镜面混凝土应用于不同环境中其镜面效果持久性的研究也非常少。

本文从原材料选择、配比设计、模板选用、试件成型等方面入手，通过试验，采用同一配比成型制作镜面胶砂试件。试件养护28 d后，对部分试件表面进行一次打蜡或涂刷常温固化型氟树脂（FEVE）涂料等处理，再将其放置于不同环境，观察并分析试件镜面效果的变化情况。

1 试验

1.1 原材料及配比

水泥：宜良红狮水泥有限公司生产的P·O42.5水泥，安定性合格，C3A含量少，含碱量低且活性较高，性能指标如表1所示；粉煤灰：昆明阳宗海火力发电厂产，Ⅱ级，性能指标如表2所示；聚羧酸高效减水剂：江苏苏博特新材料股份有限公司生产，减水率为25%，掺量为1%，并掺入一定的消泡剂；细骨料：山砂（细度模数1.1）和机制砂（细度模数3.4），用4.75 mm方孔筛对机制砂进行过筛，筛除4.75 mm以上的颗粒后，将山砂和机制砂按4∶6的质量比混合使用。

表1 水泥的主要物理力学性能

表2 粉煤灰的主要物理性能

常温固化型氟树脂（FEVE）涂料：常熟市东环化工有限公司生产，羟值（25±3）mgKOH/g，酸值（3±0.5）mgKOH/g，主要性能指标见表3。

表3 FEVE涂料的性能指标

镜面胶砂试件配比（kg/m3）为：m（水泥）∶m（水）∶m（细骨料）∶m（粉煤灰）∶m（减水剂）=375∶200∶850∶125∶5。

1.2 试件成型及养护

按照上述试验配比成型18块镜面胶砂试件。本次试验选用尺寸为40 mm×40 mm×160 mm钢模为底模，并在底模内表面粘贴1 mm厚PET透明薄膜。为防止浆体产生气泡，影响试件镜面效果，底模不进行涂油处理[2]。

为了保证成型试件的密实度、强度和良好的镜面效果，采用二次振捣方式。具体方法为：先在钢模中浇筑10～20 mm厚的砂浆并将其放置振动台上进行振捣，然后再将余下砂浆装满钢模继续振捣，待试件振捣至表面呈水平状且不出现明显的气泡时停止振捣。

镜面胶砂试件成型后，应在48 h以后拆模，拆模后立即进行养护，以避免试件表面产生收缩和颜色不均匀等现象[3]。养护方式为：在试件表面覆盖塑料薄膜并均匀洒水相结合的方式进行养护，养护时间为28 d。

1.3 试件表面处理及放置方案

镜面胶砂试件养护28 d后，将具有良好镜面效果的18块试件分成3组：第1组6块试件在有镜面效果的表面进行一次打蜡处理，第2组6块试件在有镜面效果的表面涂刷0～0.5 mm厚的常温固化型氟树脂（FEVE）涂料，第3组6块试件其镜面表面不做任何处理。每组的6块试件分别在浸水环境（2块）、室内自然环境（2块）、室外自然环境（2块）放置，并对其镜面效果的保持情况进行观察。其中浸水环境：试件完全浸没在水中，温度（20±3）℃，相对湿度不低于95%；室内自然环境：温度（17±5）℃，相对湿度（70±10）%；室外自然环境：温度5～29℃，年平均相对湿度74%。

2 试验结果及分析

按照上述方案将镜面胶砂试件置于不同环境后，定期对其镜面效果进行观察，结果见表4。试件浸水30 d、放置室内自然环境360 d、放置室外自然环境180 d后的镜面效果见图1。图1中①试件表面无任何处理；②试件表面进行一次打蜡处理；③试件表面涂刷FEVE涂料。

表4 试件镜面效果的变化情况

图1 不同环境下试件的镜面效果照片

由表4和图1可以发现：浸水环境下不到15 d，表面不做任何处理的试件镜面效果完全消失；试件表面进行一次打蜡处理后，浸水90 d左右时试件表面开始出现少量白斑，随着时间的推移，白斑面积扩大，试件镜面效果变差；试件表面涂刷FEVE涂料后，浸水观察360 d以上的时间，其镜面效果保持良好。将试件置于室内自然环境360 d以上时间，表面不作处理的试件其表面开始出现白斑；表面进行一次打蜡处理后，浸水180 d左右时试件表面开始出现少量白斑，随着时间的推移，白斑面积扩大，试件镜面效果变差；表面涂刷FEVE涂料的试件在室内自然环境中放置360 d以上时间，其镜面效果保持良好。将试件置于室外自然环境90 d，表面不做任何处理的试件表面开始出现白斑，360 d以上时间镜面效果变差；表面进行一次打蜡处理后，试件在室外环境下中放置180 d表面开始出现白斑，随着时间的推移，白斑面积慢慢扩大，试件镜面效果变差；试件表面涂刷FEVE涂料后，放置室外环境中观察360 d以上的时间，其镜面效果一直保持良好。

产生上述现象的原因为：（1）在浸水（或潮湿）环境中，试件的镜面表面直接接触水。由于水中具有一定的碱、氯盐、硫酸盐等各种腐蚀性物质，使得水泥的水化产物氢氧化钙和水中的硫酸盐反应生成硫酸钙。硫酸钙和氯盐不断地析出结晶于试件表面，呈现泛白现象，使试件的镜面效果变差甚至完全消失[4]。

（2）在室外自然环境中，试件的镜面直接暴露在外界中，易受空气中CO2、SO2、H2S和水等物质的作用。水泥中的氢氧化钙与CO2、SO2和H2S等酸性物质发生反应，生成白色可溶的CaCO3、CaSO4和CaS，水分蒸发后，这些白色物质从水中析出并结晶在试件的镜面表面，形成白斑[5]。随着时间，白斑面积逐渐变大，使试件镜面效果消失。

（3）常温固化型氟树脂（FEVE）涂料一种新型的高性能涂料，其主要通过引入官能团（能溶于常用溶剂），官能团和交联剂的交联可以在中、低温条件下固化成膜，也可以在常温下成膜干燥。由于FEVE的氟原子电负性高，原子半径小，氟原子与碳形成的C—F共价键键长极短，且键能高达486 kJ/mol，这就使得FEVE涂料的分子结构稳定，极性低。此外，由于FEVE涂料在受热能、光能和其它腐蚀性介质作用下，C—F键很难被热、光或其它化学因素破坏，显示出超强的耐候性、憎水性、耐腐蚀性、耐化学品性、耐沾污性、耐热性等性能[6]。

在试件镜面表面涂刷FEVE涂料后，涂料在试件镜面表面形成一层透明的保护膜，可以将试件与空气、水和腐蚀性物质隔离开来，有效地控制外界环境对试件表面的污染。此外，这层保护膜还可以使试件镜面表面质感及颜色均匀，增强镜面外观效果，从而起到增强试件耐久性并保持其自然机理和质感的作用[7]。