封闭剂对低模量聚氨酯密封胶与潮湿混凝土黏结性能研究

2022-12-09梁文伟姜文英袁金仪王建彬

河南化工 2022年11期

高健，梁文伟，姜文英，袁金仪，王建彬

(中船双瑞(洛阳)特种装备股份有限公司，河南洛阳 471000)

低模量聚氨酯密封胶主要采用现场浇注施工手段，材料固化后形成聚氨酯弹性体，与混凝土面黏结实现接缝部位的有效防水及变形需求。因其优良的耐疲劳性能和低温性能，与混凝土面有良好的黏结性能，优良的抗穿刺和耐候性能等优点得到大力推广[1]。聚氨酯密封胶由聚氨酯类底漆、弹性体和面漆组成。聚氨酯密封胶施工时需严格控制混凝土潮湿度及表面起砂情况，施工过程如遇阴雨天气，施工处混凝土潮湿度增加导致黏结界面处聚氨酯发生化学副反应，导致黏结效果失效；表面起砂导致黏结不牢固，同样导致黏结失效。本工作以增设潮湿基面封闭层为主要手段，较为系统地研究了封闭剂对聚氨酯密封胶与潮湿界面混凝土黏结情况的影响。

1 实验部分

1.1 主要原料及仪器

聚氧化丙烯二醇(GE-220B，Mn=2 000)、聚氧化丙烯三醇(GEP-330N，Mn=3 000)、聚合物多元醇(GPOP36/30G)，上海高桥石化有限公司；改性MDI(JCL1201-2132)、扩链剂(JCL1201-2130)，北京京嘉联创新材料有限公司；辛酸亚锡(TMG129)，上海曼海高施米特化工有限公司；水性环氧树脂，武汉汉中涂料有限公司；硅烷改性聚氨酯树脂，瓦克化学。DNS2.5型万能材料试验机，长春试验机厂；附着式拉拔测力仪，BGD500，广州标格达精密仪器有限公司；烘箱，401B，上海试验仪器厂。天平，TX2202L，SHIMADZU。混凝土块，70 mm×70 mm×10 mm，C40，市售。

1.2 低模量聚氨酯密封胶的制备

①A组分制备。装有搅拌器、温度计和真空管的三口烧瓶中加入计量的聚氧化丙烯多元醇，搅拌并升温至(110±5)℃，真空脱水1～2 h，测定其水分≤0.05%时，停止脱水并降至常温。加入改性MDI，在搅拌情况下逐步升温并保持在85 ℃反应3 h，当测定NCO含量达到理论值时停止反应，作为A组分备用。②B组分制备。装有搅拌器、温度计和真空管的三口烧瓶中加入聚合物多元醇、扩链剂，搅拌均匀并升温至(110±5) ℃进行真空脱水2～3 h，测定水分≤0.1%时，降温后加入计量的催化剂，搅拌30 min，作为B组分备用。③低模量聚氨酯密封胶的制备。按所需配比称量A、B组分，然后倒入同一容器中混合，混匀后采用真空设备进行除泡处理直至无气泡产生，取出备用。

1.3 水性环氧封闭剂制备

按比例称取水性环氧封闭剂A、B组分，倒入同一容器中混合，加入一定比例水，充分搅拌均匀，备用。

1.4 潮湿混凝土试块制备

基材采用强度等级不低于C40的混凝土试块，去除试块成型面的浮浆、浮砂、灰尘等。将试块浸入(23±2) ℃的水中浸泡24 h，用湿毛巾擦去水渍，在标准条件下，阴干停放，备用。

1.5 聚氨酯黏结试块制备

在标准条件下，将潮湿混凝土试块涂覆封闭剂，待实干后，按照施工材料顺序，依次涂覆聚氨酯密封胶，室温养护24 h，烘箱养护4 h，放至室温，使用高强度黏合剂黏结锭子，测试备用。

1.6 测试方法

封闭剂与混凝土黏结强度：采用拉拔强度评价，测试方法按照GB/T16777—2008《建筑防水涂料试验方法》。拉伸黏结强度：使用高强胶黏剂黏结定子和潮湿混凝土试样，定子采用40 mm×40 mm的方形定子或直径为40 mm的圆形定子，按GB/T5210—2006规定的方法进行试样测试。

2 结果与讨论

2.1 潮湿混凝土面对黏结性能的影响

2.1.1停放时间对潮湿混凝土块含水量的影响

将浸水处理后的混凝土块，在标准条件下养护处理，测试潮湿混凝土块含水量随停放时间的变化，测试结果如表1所示。

表1 潮湿混凝土含水量随停放时间的变化

从表1可以看出，混凝土失水量在停放前期降低速率最快，此时主要是混凝土表层或边缘部位较多的明水挥发出来，停放时间6 h后混凝土表面及四周微微泛白；8 h后混凝土块吸水量降低速率趋于平缓，混凝土块呈现中间发暗，外部泛白，停放24 h后混凝土块吸水量整体变化不大，趋于稳定。

2.1.2停放时间对潮湿混凝土面黏结性能的影响

聚氨酯材料未固化时，本身耐水性极差，材料中的异氰酸基团与水会发生反应，产生气泡；严重时会导致基团数量比值失衡，影响黏结效果，从而对产品质量造成不可逆的破坏。因此，有必要对不同停放时间的潮湿混凝土与聚氨酯密封胶拉伸黏结性能进行研究，提出合理的施工间歇时间。图1是混凝土块浸水后，停放不同时间后黏结性能测试结果。

图1 停放时间对潮湿混凝土面黏结强度的影响

从图1测试结果来看，停放时间越长，黏结强度越高。停放8 h后，黏结强度达到1.34 MPa；时间超过24 h后，黏结强度接近1.8 MPa。界面黏结强度主要受化学键作用和物理锚固效应影响较大。晾干时间较短时，混凝土中含水量越高，水与聚氨酯材料接触的机会越大，聚氨酯材料中一部分异氰酸基团与水发生副反应，在黏结界面产生气泡，影响黏结面积。此外，混凝土中水的存在，阻碍聚氨酯渗入混凝土微孔中，无法形成锚固效应，削弱黏结效果[2-3]。

2.2 封闭剂对聚氨酯密封胶与潮湿混凝土界面黏结性能的影响

为了保证聚氨酯密封胶与混凝土表面具有良好的附着力，封闭剂除具有相对致密的涂膜、耐水解性和超强的基材渗透能力外，还可有效抵抗水气的透过。结合混凝土梁端不受力的工况特点及施工位置的不便捷性，选用水性环氧树脂及硅烷改性聚氨酯作为混凝土封闭剂。

2.2.1封闭剂对潮湿界面混凝土黏结影响

封闭剂对潮湿界面试样黏结测试结果见表2。

表2 封闭剂对潮湿界面试样黏结测试结果

从表2测试结果来看，底漆直接涂布于潮湿混凝土表面时，与混凝土面黏结强度相较于干燥混凝土面下降35%左右，且观察发现界面处有较小的气泡和细微针眼状缺孔。

潮湿界面增设封闭层后，黏结强度均出现不同程度的上升，水性环氧树脂处理后的黏结强度接近于干燥混凝土面，硅烷改性聚氨酯处理界面提升了12%。在测试过程中发现，底漆与硅烷改性聚氨酯封闭剂层间出现不规则片状剥离现象，而水性环氧树脂封闭剂与底漆和混凝土面结合完好。硅烷改性聚氨酯类虽然解决了聚氨酯固化阶段耐水性差的问题，但由于硅烷接枝后导致材料固化后表面能较低，影响与底漆的黏结性能。测试表明：水性环氧效果要优于硅烷类封闭剂。

2.2.2水性环氧封闭剂对潮湿混凝土界面黏结情况

使用前将水性环氧树脂使用不同份数去离子水稀释后，均匀涂敷在潮湿混凝土表面，具体稀释比例及黏结强度测试结果见表3。

表3 不同比例稀释水性环氧封闭剂潮湿界面黏结试样测试结果

从表3中可以看出，随着水性环氧树脂稀释比例的增大，聚氨酯密封胶与混凝土面拉伸黏结强度呈现先增大后减小的情况，其中使用15份水稀释后，测试的拉伸黏结强度值最大。其原因在于稀释比例低时，水性环氧树脂黏度较大，不易混合均匀，不易涂布均匀，无法有效渗透混凝土微孔内，形成的封闭层存在缺陷；稀释比例高时，树脂有效成分降低，无法起到完全封闭的作用，导致聚氨酯密封胶浇注时与潮湿界面水气接触发生反应；并且稀释比例过大时，相当于变相给混凝土增加含水量，不利于后期聚氨酯密封胶施工。

将使用15份水稀释后的水性环氧树脂封闭剂处理不同停放时间的潮湿混凝土块后浇注聚氨酯密封胶制备测试样块，其测试结果如图2所示。

图2 水性环氧封闭剂对潮湿混凝土黏结性能测试结果

从图2中可知，未增设水性环氧树脂封闭层的潮湿界面黏结强度明显较弱。停放2 h时，黏结强度不足0.3 MPa；停放8 h黏结强度不足1.4 MPa；增设封闭层后，潮湿混凝土界面在停放8 h后，测试结果黏结强度接近1.8 MPa；潮湿界面增设封闭层停放8 h黏结效果与未设封闭层停放12 h黏结效果相当。从实验结果来看，潮湿基面增设水性环氧封闭层，可以大幅缩短施工间隔，提升黏结强度，在提升施工效率的同时，保证施工质量。未增设封闭层的样品，底漆并未完全浸入混凝土内，底漆与混凝土界面呈现局部脱落；增设封闭层后，其黏结破坏形式由基面脱落变为聚氨酯密封胶内聚破坏。采用水性环氧封闭剂处理后的施工工艺，低模量聚氨酯密封胶与潮湿基面混凝土之间可以形成牢固的黏结。