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混凝土化学特性和防护涂料

来源:荣格油墨与涂料-中国版 发布时间:2019-04-06 302
涂料油墨实验室检测设备涂装设备/环保设备生产设备其他助剂树脂溶剂颜料、填料
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由于混凝土具有许多独特性能,因此成为最广泛使用的理想建筑材料。它可在施工现场被制成各种形状,耐 用性强,几乎无需维护,可抵御紫外线、霉菌或昆虫。 混凝土无可燃性,成本比其他建筑材料低廉,也是一种具有高抗压强度的,极坚固的建筑材料。

混凝土的抗压强度在一段时间内缓慢形成,而且存在未反应的混凝土和水,强度会继续增加。形成最大抗压强度需 要 3 个因素——合适的组份,合适的混凝土放置方法和合适的固化。如果任何一项因素不到位,则混凝土强度可能比预期值低 50%。另外,混凝土强度会由于化学侵蚀而降低。通过改变混凝土配方,降低已固化混凝土的孔隙率,或者使用固化性能更佳和 / 或防止化学侵蚀的聚合物涂料或混料,即可避免失效。

水合反应

只要有游离水,水合反应就将持续,水合物在孔隙内的空间将增加,且存在未水合硅酸盐(未溶解水泥颗粒的核心)。虽然水合反应主要在第一个月内发生,但其将持续数月或数 年。然而,混凝土各类组份的固化时间不同。固化 6-8 小时后, 钙矾石、氢氧化钙和 C-S-H 凝胶尚在形成过程中,而当凝胶在充水孔中形成时,孔隙率开始下降。而反应活性较低的铁氧体仅在几天后才开始反应。数日后,石膏消耗完毕,并生成单硫酸盐时,钙矾石含量随之下降。

如果混凝土过早干燥,水合反应将停止,混凝土强度无法增加。此外,过早干燥会导致应力开裂,这是因为混凝土在干燥时会轻微收缩,从而在产生表面应力(这是因为混凝 土内部和外部的干燥速率有差异)。如能保持混凝土温度, 则混凝土的强度足以防止开裂。因此,在关键的固化早期阶段(通常为浇注后的前 6 天),通常会努力限制混凝土的湿度和热量损失。可采用以下几种方法。

用水湿润或喷洒于表面,是保持混凝土表面温度的一种方法。虽然该法成本低,但需要大量水,并经过数日才能使表面润湿。垂直混凝土结构难以润湿,通常使用涂料减缓此类结构的水分损失。

保持表面湿度的最常用方法是将聚乙烯薄膜用于湿粗麻布,但它可能产生多个问题。如果薄膜不均匀,则有可能污染混凝土;如果未能保持粗麻布的湿度,则其会吸收混凝土中的水份,导致开裂。如果薄膜未能良好附着,则风会从下侧掀起薄膜,形成风洞,使表面更加干燥。因此,该方法比较耗费劳力,可能会损坏混凝土。

混凝土涂料

还有几种涂料有助于减缓水分流失和混凝土固化。可形成临时或永久性涂料。

临时涂料

虽然临时涂料有助于在第一周内保持混凝土中的水分, 但会由于接触紫外线、车辆磨损或使用特殊清洁剂时降解。 通常采用煤焦油树脂,但目前更常见的是溶剂形式或包含于 水中的乳化形式的烃类树脂。一旦水份蒸发,通常就可施涂涂料,但必须在混凝土干燥之前施涂。如果固化后在混凝土 施涂,则需除去这些涂料,因为其会干扰面漆的粘附性。由于涂料通常无法均匀降解,因此常用机械或化学法清除。

蜡乳液涂料(通常为石蜡乳液或含有少量树脂的低成本疏松蜡乳液)也可作为防止水分流失的临时涂料。虽然其可有效减少水分损失,但会导致老化变色,且在向混凝土施涂涂料时, 必须向其清除,否则此后将干扰面漆的粘附性。

永久性涂料

永久性涂料也称为固化和密封涂料,通常为水基苯乙烯丙烯酸或丙烯酸乳液。其虽然在混凝土湿润时施涂,但随后在混凝土上形成更永久性的薄膜。这些涂料可在固化早期阶段减缓水分流失,而其作为密封剂时也具有一些优势。

此类涂料可防止污渍,并有助于尽量减少地板磨损产生的灰尘。此外,还可防止水分和某些盐引起降解。通过测量已涂漆固化混凝土试块的失重,可测试固化和密封涂料。 ASTM C309 规定的失水量小于 0.55 kg/m2 ,而更严格的 ASTM C1315 则规定,72 小时内的失水量小于 0.40 kg/m2 (除紫外线 耐久性和非黄变特性)。成本较低的特种苯乙烯丙烯酸树脂可满足 ASTM C309 规格,而丙烯酸树脂通常用于更耐用、无黄变固化和密封涂料,符合 ASTM C1315 A 类标准。

密封剂

聚合物密封剂有助于防止混凝土发生化学或物理降解。密封剂通常具有渗透性或成膜性,并由于其要在混凝土固化 28 天 后施用,因此不同于固化和密封涂料。

硅烷或硅氧烷为渗透性密封剂。其有助于密封表面,防止液态水和污渍侵蚀,但却无法在固化时防止混凝土内的水蒸气 损失。硅烷分子量低,而硅氧烷经预先反应,并含有 EO 链, 因此分子量较高。由于硅烷分子量较低,因此更容易渗入小孔中。由于其位于表面下方,因此与表面薄膜的水性密封剂相比, 其耐磨性更好。

水乳液用作密封剂时,还有助于防止盐和水分侵入,否则可能导致降解。此类水乳液通常为丙烯酸盐或苯乙烯丙烯酸盐, 虽然具有良好的防水性能,但其具有透气性,会使蒸汽通过薄膜。 除了防水性外,还需要有耐水白化性,以避免接触时出现变色。 若要使聚合物具有抗泛白性,则需保持较小的颗粒尺寸,使用特制的聚合物表面活性剂,并使其他亲水性材料(如表面活性剂)保持较低含量。这些乳液密封剂通常在膜厚度较小时使用,且通常不用作高光泽面漆——通常为缎纹或半光泽面漆。由于薄膜较薄且主要位于混凝土表面,因此通常需要每隔一年重新 施涂,从而进行防护。

溶剂型丙烯酸树脂也常用作密封剂,通常在混凝土老化一 个月后施用。由于包含丙烯酸主链,因此此类密封剂耐用性强, 但由于其分子量低,仍会渗入混凝土小孔,有可能导致表面变暗(称为湿态外观)。与丙烯酸乳液相比,其施用时形成的薄膜更厚,并在干燥时生成高光泽度。此类丙烯酸树脂可配制成丙酮等豁免溶剂,但在施用过程中,会出现干燥速度快和气味 等重要问题。

对于需要高耐化学性的环境,可将两种环氧树脂混合以密 封混凝土。可用多胺、聚酰胺或多硫化物进行固化,但环氧树脂经聚酰胺固化后,其耐化学性通常较低。环氧树脂与混凝土具有良好的粘附性,且经配制后具有一定耐油油,要用于车库地板,或在低温下固化。然而,环氧树脂接触外部环境时会粉化, 通常不在户外使用。

若氯化物侵蚀钢筋,则可施用聚合物改性水泥覆盖层降低混凝土的表面孔隙率,从而减少侵蚀影响。聚合物混合物通过减少混凝土给定流动性所需的水量而发挥作用,从而降低水与水泥的配比。此外,当混凝土干燥时,聚合物在孔中形成薄膜, 并阻塞毛细管。混凝土固化较慢和基质中的干燥聚合物,会导致孔隙率降低。虽然覆盖层孔隙率降低有助于减少水所夹带的氯离子渗透性,但聚合物还可改善对混凝土基材的粘附性,并通过提高抗拉强度、耐磨性和防尘性,提高耐久性。

小结

水对于混凝土内的复杂化学反应必不可少。若要具有最佳 强度并避免表面开裂,需在浇注后的数日内保持混凝土的湿度。 通过聚合物涂层固化和使用密封涂层,降低表面孔隙率和长期保持混凝土内的水分,有助于使混凝土具有强度。混凝土经固化后,也会由于冻融循环而受到化学侵蚀或出现物理降解。固化后施用密封剂或聚合物改性的覆盖层,助于避免混凝土出现以上形式的降解。

 

 

作者:Gregory Monaghan,Specialty Polymers,Inc.

摘自Coatings World杂志

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