不同高分子防腐材料表面涂层粘附性能变化规律研究

2024-05-07杨东方张启志

粘接 2024年3期

杨东方张启志

摘要：为提高高性能混凝土的耐久性，通过分别在混凝土表面涂一层约3 mm的水性环氧树脂类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料和丙烯酸树脂类防腐涂料，来对比分析有防腐涂料和无防腐涂料的混凝土的抗氯离子性能、抗硫酸根离子性能和抗碳化性能等3种耐久性。试验结果表明，相比较于无涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土抗氯离子侵蚀性能、抗硫酸根离子侵蚀性能和抗碳化性能要好；聚氨酯防腐涂料对混凝土抗氯离子侵蚀性能、抗硫酸根离子侵蚀性能和抗碳化性能等耐久性最强，水性环氧树脂防腐涂料次之，丙烯酸树脂防腐涂料最弱。

关键词：水性环氧树脂；聚氨酯；丙烯酸树脂；涂层混凝土性能；变化规律

中图分类号：TQ635.2;TU528

文献标志码：A文章编号：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

海工混凝土由于长期暴露于空气、腐蚀环境中，不可避免会受到环境因素的影响侵蚀［1-5］。在这些腐蚀因素的影响下，混凝土的耐久性会产生一定性能的下降［6-7］。因此，为了提高混凝土在这类环境中的耐久性，不少研究学者通过制备高性能混凝土来达到这一目的，即从混凝土材料本身入手，通过掺入不同的外加剂，如矿渣、硅灰、纤维类材料等，来制备高性能混凝土［8-14］。但这一方法的性价比不高，如纤维类材料较贵、并且如果高性能混凝土被侵蚀后，无法恢复其耐久性性能［15-16］。因此，对于提高混凝土耐久性性能，可通过外用方法来达到这一目的，即在混凝土表面涂一层防腐涂料，来达到隔绝混凝土与外界环境的接触，并且这一方法能够重复实现，达到保护混凝土耐久性性能的目的［17］。在研究中，主要选择3种防腐材料：水性环氧树脂类防腐涂料、聚氨酯类防腐涂料和丙烯酸树脂类防腐涂料来分析防腐涂料对混凝土耐久性性能的影响和选择最佳的防腐涂料用于提高混凝土的耐久性性能。

1 材料与方法

根据GB/T 50080《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》制备高性能混凝土，其配合比为：水泥∶中砂∶碎石∶水=1∶1.38∶2.67∶0.45。其中水泥为P·O42.5型波特兰水泥，其化学成分比例如表1所示；中砂的粒径为0～5 mm，其堆积密度约为1 967 kg/m3；碎石的粒径为5～15 mm，其堆積密度约为1 720 kg/m3，压碎指标为2%；水为普通自来水。根据上述配合比配制100 mm的立方体混凝土，并将混凝土放在标准养护室内进行养护，温度（25±3）℃，相对湿度在98%以上。

在养护好的混凝土上分别涂上3种约3 mm厚的防腐涂料，奥诺环保水性环氧树脂类防护涂料由廊坊奥诺环保科技有限公司生产；利丰牌聚氨酯类防护涂料由寿光鲁丰防水材料有限公司生产；MZ-202M型丙烯酸树脂类涂料由河北米阳防腐材料有限公司有限公司生产。

根据GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对未涂防护涂料的混凝土和涂防护涂料的混凝土进行氯离子侵蚀和硫酸根离子侵蚀试验，其环境分别为5%NaCl和5%NaSO4溶液，时间为28 d。根据GB/T 11974—1997《加气混凝土碳化试验方法》，对未涂防护涂料的混凝土和涂防护涂料的混凝土进行碳化试验，其碳化环境为100%二氧化碳，时间为28 d。

2 表面涂层粘附抗氯离子性能变化规律

图1为3种涂料混凝土和普通混凝土在氯离子环境下的抗氯离子性能变化规律。

由图1可知，随着混凝土深度的增加，氯离子含量迅速下降，如无涂料混凝土，在混凝土表面的氯离子含量为5.0%；当混凝土内部深度为2 mm时，氯离子含量为4.8%；当混凝土内部深度为4 mm时，氯离子含量为4.1%。相比较于无涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土的抗氯离子侵蚀性能要强的多，如当混凝土内部深度为10 mm时，含水性环氧树脂防腐涂料混凝土的氯离子含量为0.5%，含聚氨酯防腐涂料混凝土的氯离子含量为0.3%，含丙烯酸树脂防腐涂料混凝土的氯离子含量为0.8%。因为这3种防腐涂料在混凝土表面形成致密的防腐层，能阻止有害物质渗透到混凝土内部，从而提高混凝土的抗氯离子侵蚀的耐久性。从图1也可看出，聚氨酯防腐涂料对混凝土抗氯离子侵蚀性能提高最强，水性环氧树脂防腐涂料次之，丙烯酸树脂防腐涂料最弱。出现这一情况可能是和防腐涂料的化学成分相关，聚氨酯防腐涂料是由多官能度的氨基甲酸酯和多元醇通过缩聚反应而成的高分子涂料，不仅具有较好的耐磨性和柔韧性，而且其热导率和吸水率较低，从而导致其性能要优于其他2种防腐涂料。

3 表面涂层粘附抗硫酸根离子性能变化规律

图2为3种涂料混凝土和普通混凝土在硫酸根离子环境下的抗硫酸根离子性能变化规律。

由图2可知，随着混凝土深度的增加，硫酸根离子含量迅速下降，如无涂料混凝土，在混凝土表面的硫酸根离子含量为5.0%；当混凝土内部深度为2 mm时，硫酸根离子含量为4.9%；当混凝土内部深度为4 mm时，硫酸根离子含量为4.6%。相比較于无涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土的抗硫酸根离子侵蚀性能要强的多，如当混凝土内部深度为10 mm时，含水性环氧树脂防腐涂料混凝土的硫酸根离子含量为1.6%，含聚氨酯防腐涂料混凝土的硫酸根离子含量为1.2%，含丙烯酸树脂防腐涂料混凝土的硫酸根离子含量为1.9%。这是因为这3种防腐涂料在混凝土表面及孔隙内壁形成憎水分子层，不会对孔隙造成封闭，保持混凝土结构原有的透气性，从而提高混凝土的抗硫酸根离子侵蚀的耐久性。从图2也可看出，聚氨酯防腐涂料对混凝土抗硫酸根离子侵蚀性能提高最强，水性环氧树脂防腐涂料次之，丙烯酸树脂防腐涂料最弱。

4 表面涂层粘附抗二氧化碳性能变化规律

图3为3种涂料混凝土和普通混凝土在二氧化碳环境下的抗碳化性能变化规律。

由图3可知，随着混凝土深度的增加，二氧化碳含量迅速下降，如无涂料混凝土，在混凝土表面的二氧化碳含量为100%；当混凝土内部深度为2 mm时，二氧化碳含量为97.6%；当混凝土内部深度为4 mm时，二氧化碳含量为90.3%。相比较于无涂料混凝土，含有防腐涂料的混凝土的抗二氧化碳侵蚀性能要强的多，如当混凝土内部深度为10 mm时，含水性环氧树脂防腐涂料混凝土的二氧化碳离子含量为25.7%，含聚氨酯防腐涂料混凝土的二氧化碳含量为17.8%，含丙烯酸树脂防腐涂料混凝土的二氧化碳含量为31.9%。这是因为这3种防腐涂料在利用混凝土表面的可渗透性，渗入到混凝土内部发生原位反应形成固结体，填充混凝土内部毛细孔和微裂纹，从而提高混凝土的抗二氧化碳侵蚀的耐久性。从图3也可以看出，聚氨酯防腐涂料对混凝土抗二氧化碳侵蚀性能提高最强，水性环氧树脂防腐涂料次之，丙烯酸树脂防腐涂料最弱。

5 结语

（1）对于无涂料混凝土，其内部深度为10 mm时，氯离子含量为1.4%；硫酸根离子含量为3.3%；二氧化碳含量为48.7%；

（2）对于含水性环氧树脂防腐涂料混凝土，其内部深度为10 mm时，氯离子含量为0.5%；硫酸根离子含量为1.6%；二氧化碳含量为25.7%；

（3）对于含聚氨酯防腐涂料混凝土，其内部深度为10 mm时，氯离子含量为0.3%；硫酸根离子含量为1.2%；二氧化碳含量为17.8%；

（4）对于含丙烯酸树脂防腐涂料混凝土，其内部深度为10 mm时，氯离子含量为0.8%；硫酸根离子含量为1.9%；二氧化碳含量为31.9%。

【参考文献】

［1］章玉容，徐雅琴，袁伟斌，等.考虑成本和环境影响的RC梁可持续优化［J］.浙江工业大学学报，2020，48（5）：541-548.

［2］曹琛，郑山锁，胡卫兵.酸雨环境下混凝土结构性能研究综述［J］.材料导报，2019，33（11）：1869-1874.

［3］林志伟，汪小平，帅云飞，等.硫酸铵腐蚀环境下的混凝土碳化深度试验研究与应用［J］.科学技术与工程，2019，19（15）：258-265.

［4］魏博文，袁冬阳，谢斌，等.基于鸡群算法优化相关向量机的混凝土坝变形预报模型［J］.水利水电技术，2020，558（4）：101-108.

［5］王柏文，刘扬，王龙，等.耦合作用下钢筋混凝土试件黏结性能退化分析［J］.工业建筑，2020，564（1）：129-133.

［6］张晶，杨玉飞，杨金忠，等.造粒飞灰沥青混凝土路面利用的地下水环境风险评估［J］.环境污染与防治，2019，41（1）：89-94.