水性氟碳涂料對(duì)混凝土防護(hù)作用的研究

王剛

摘 要：在現(xiàn)代建筑工程中應(yīng)用最為廣泛的建筑材料應(yīng)該就是混凝土，社會(huì)各界自然也就對(duì)耐久性給予了越來(lái)越多的關(guān)注。大量的建筑實(shí)踐活動(dòng)表明，防護(hù)涂料的科學(xué)應(yīng)用對(duì)于混凝土持久性的提升與改善是有著積極效用的，而這其中效果最為理想的應(yīng)該就是水性防護(hù)涂料的使用?；谶@樣的現(xiàn)實(shí)背景，文章以“水性氟碳涂料”為主要研究對(duì)象，在對(duì)其進(jìn)行概述的基礎(chǔ)上，就其對(duì)混凝土的防護(hù)作用展開(kāi)探討與分析。

關(guān)鍵詞：水性氟碳涂料；混凝土；防護(hù)

0 引言

水性氟碳涂料，有時(shí)候也被稱之為氟碳漆，其主要成分就是水性氟碳樹(shù)脂，是一種耐候性水性的材料，造價(jià)經(jīng)濟(jì)，因此是專業(yè)墻體建筑的良好選擇。實(shí)踐表明，水性氟碳涂料的恰當(dāng)應(yīng)用對(duì)于混凝土防護(hù)作用有著極好的改善與提升作用。

1 防護(hù)涂層體系及涂刷工藝研究

1.1 防護(hù)涂層體系簡(jiǎn)介

1.1.1 成分分析

混凝土是極為典型的多相孔材料，雖然應(yīng)用廣泛，但是，容易受到破壞，通過(guò)防護(hù)涂層體系的使用，可以較好地解決上述難題。目前常用的防護(hù)涂層體系，其主要成分就是氟碳涂料，這是一種以有機(jī)氟聚合物或者是有機(jī)氟改性聚合物為主要成膜物質(zhì)的涂料，在力學(xué)性能以及耐久性方面都有著不錯(cuò)的表現(xiàn)。

1.1.2 分類分析

從目前工程的實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，防護(hù)涂層體系主要是可以分為以下幾種：

第一種就是瀝青和煤焦油類。瀝青和煤焦油類的防護(hù)涂層體系最為顯著的特點(diǎn)就是性價(jià)比理想，在地下工程的應(yīng)用中較多，防腐性能和防水能力都是不錯(cuò)的，但是由于黑顏色，出于美觀方面的考慮，在外露結(jié)構(gòu)的應(yīng)用是很少的。

第二種就是油漆類。目前市場(chǎng)上的油漆可以說(shuō)是種類頗多，價(jià)格差異較大，這樣就給我們提供了更多的選擇，根據(jù)實(shí)際的腐蝕環(huán)境以及相關(guān)的結(jié)構(gòu)要求等選擇恰當(dāng)?shù)挠推徇M(jìn)行應(yīng)用。但是老化快、耐久性差，因此其應(yīng)用具有一定的局限性，尤其是不適用潮濕的環(huán)境。

第三種就是防水類。防水類防護(hù)涂層的主要特點(diǎn)就是在一般的腐蝕條件下，能夠有效防止水進(jìn)入混凝土，從而起到良好的鋼筋混凝土防腐蝕或者腐蝕的延緩，尤其是近些年以來(lái)，出于減少生態(tài)環(huán)境壓力的角度考慮，一些新型的防水性涂料發(fā)展迅速，尤其是水性的和無(wú)溶劑型的。但是，這類涂料與油漆類涂料類似，在耐久性以及防腐蝕性方面有待進(jìn)一步改善與提高。

第四種就是樹(shù)脂類涂料。樹(shù)脂類涂料的分類較多，而且不同類別的樹(shù)脂類涂料的特點(diǎn)也是不同的，在應(yīng)用方面也是有所區(qū)別的，其中應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)該是環(huán)氧樹(shù)脂以及聚氨酯涂料。另外，需要注意的是，隨著研究進(jìn)程的不斷推進(jìn)，有一類高性能的涂料悄然出現(xiàn)，就是氟碳樹(shù)脂類涂料。這類涂料具有非常好的耐久性，但是由于價(jià)格的原因，影響了其在混凝土防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣。

1.2 涂刷工藝分析

在混凝土防護(hù)層體系的涂刷工藝方面，目前常用的主要有以下幾種，分別是手工施工、簡(jiǎn)易的機(jī)械噴涂、雙組份的雙路噴涂以耐磨性的雙組份雙路噴涂等。

手工施工的原材料是環(huán)氧漆，一般是將其余適量的固化劑混合，待其熟化后，用毛刷或者是滾刷進(jìn)行涂敷。這種方式是最傳統(tǒng)的，也是最費(fèi)時(shí)費(fèi)力的。

簡(jiǎn)易機(jī)械噴涂主要是采用溶劑型的環(huán)氧漆，將其與固化劑按照恰當(dāng)?shù)谋壤旌虾?，加入適量的溶劑，待其熟化后，用齒輪泵或者是壓力缸進(jìn)行噴涂。

雙組份雙路噴涂機(jī)主要有低填料型和高填料耐磨型兩種，但是在使用方面具有一定的局限性，更加適用于噴涂的固體填料含量小、硬度低的環(huán)氧漆。

耐磨性的雙組份雙路噴涂是雙組份雙路噴涂的改善與升華，可以進(jìn)行大量填料厚漿和無(wú)溶劑型環(huán)氧漆的噴涂，噴涂的厚度可以達(dá)到300?m以上。

2 破損程度對(duì)防護(hù)性能的影響

2.1 涂層破損的分類

使用壽命到達(dá)的自然老化失效以及外力作用導(dǎo)致涂層受損可以說(shuō)是涂層破損的兩個(gè)主要類別。如果是因?yàn)槭艿酵饬Φ淖饔枚鴮?dǎo)致涂層在尚未到達(dá)使用年限就已經(jīng)出現(xiàn)破損現(xiàn)象的話，需要對(duì)混凝土的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，是否存在結(jié)構(gòu)破壞的現(xiàn)象，是否有裂縫的產(chǎn)生等；如果僅僅是涂層的破損，往往只需要對(duì)出現(xiàn)破損的區(qū)域進(jìn)行局部性的重涂就可以重新恢復(fù)涂層的防護(hù)性能。

2.2 破損程度影響試驗(yàn)

破損可以是涂層使用過(guò)程中一種極為常見(jiàn)的現(xiàn)象，但是由于破損程度的不同，可能導(dǎo)致的實(shí)際影響也是有所差異的。為了更好地驗(yàn)證破損可能帶來(lái)的影響，進(jìn)行了如下試驗(yàn)，具體方案如下：

第一步就是制備測(cè)試的樣本，選取合適的混凝土樣塊，最好是體積相同、生產(chǎn)配比也相同，對(duì)其表面進(jìn)行優(yōu)選防護(hù)涂層體系的表面涂刷。

第二步就是開(kāi)始進(jìn)行涂層破損實(shí)驗(yàn)，一般是在測(cè)試樣本的涂層成膜后三天開(kāi)始進(jìn)行。在破損程度分別是0、10%、20%、30%、40%、50%的時(shí)候，涂刷丙酮，將涂層溶去。

第三步就是取平行的測(cè)試樣本，進(jìn)行吸水率的測(cè)試，測(cè)試的時(shí)間分別是2個(gè)小時(shí)、4個(gè)小時(shí)、6個(gè)小時(shí)和12個(gè)小時(shí)、24個(gè)小時(shí)（圖1）。

從圖1中，我們可以清楚看出：隨著涂層破損程度的逐漸增加，相同時(shí)間下混凝土的吸水率呈現(xiàn)出同樣的增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)破損程度<20%的時(shí)候，不同測(cè)試時(shí)間的系數(shù)率雖然也呈現(xiàn)出了增長(zhǎng)的趨勢(shì)，但是始終是<3%的；當(dāng)破損程度>30%的時(shí)候，在相同的測(cè)試時(shí)間，吸水率基本是不變的，也就是在破損程度達(dá)到30%或者更高的時(shí)候，混凝土涂層的吸水率與破損程度的關(guān)系并不大。換句話說(shuō)，涂層的破損已經(jīng)基本失去了防護(hù)能力；當(dāng)破損程度分別在40%和50%的時(shí)候，結(jié)果與30%破損程度的數(shù)據(jù)基本相同，這就表明混凝土涂層已經(jīng)失去了防護(hù)能力。另外，關(guān)于涂層破損程度對(duì)混凝土試塊吸水率隨時(shí)間變化的影響（圖2）。

從圖2，我們可以看出，吸水率的高低與破損程度有著密切的關(guān)系，隨著破損程度的增大，吸水率也不斷增加，而且達(dá)到飽和吸水狀態(tài)所需要的時(shí)間就越短。當(dāng)破損程度在 10%時(shí)，吸水率是在12小時(shí) 左右達(dá)到飽和狀態(tài)的；當(dāng)破損程度在 20%時(shí)，達(dá)到飽和的時(shí)間僅僅需要6個(gè)小時(shí)；當(dāng)破損程度 30%以上時(shí)，時(shí)間更短，僅僅為4個(gè)小時(shí)。

3 涂層修復(fù)工藝研究

3.1 涂層殘留的處理方式

機(jī)械打磨和化學(xué)試劑處理是殘留涂層處理的兩種主要方式。關(guān)于機(jī)械打磨，可以說(shuō)是應(yīng)用相對(duì)廣泛的一種處理方式，但是這種方式最為顯著的弊端就在于如果防護(hù)涂層的附著力較好，往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間才能實(shí)現(xiàn)對(duì)殘留涂層的處理，而且效果也不如化學(xué)試劑的方式理想。但是，對(duì)于交聯(lián)固化的涂層來(lái)說(shuō)，化學(xué)試劑往往是沒(méi)有效果的，只能選用機(jī)械打磨的方式進(jìn)行處理?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)械打磨對(duì)環(huán)境的污染很少，而且更加適用于大面積的涂層去除。

另外一種處理方式就是應(yīng)用化學(xué)試劑，其本質(zhì)在于相似相溶的基本原理，也就是說(shuō)在化學(xué)試劑的選擇方面，需要選擇那些和涂層的有效成膜有著相似極性的，才有可能達(dá)到預(yù)期的效果。這種方法操作簡(jiǎn)單，效果也不錯(cuò)，但是成本較高，而且容易造成。

3.2 混凝土濕度對(duì)重涂涂層防護(hù)性能的影響

為了更好地研究混凝土的濕度可能對(duì)重涂涂層防護(hù)性能產(chǎn)生的影響，設(shè)計(jì)了如下試驗(yàn)：

首先對(duì)測(cè)試樣塊進(jìn)行破損處理，程度為30%，然后對(duì)干燥狀態(tài)下測(cè)試樣塊的重量進(jìn)行測(cè)定，將其置于水中24個(gè)小時(shí)，待吸水達(dá)到飽和狀態(tài)后，將表面水分擦拭干凈，進(jìn)行稱重。將飽和吸水狀態(tài)下的濕度設(shè)定為100%，將其置于烘箱中，進(jìn)行烘干，每間隔一段時(shí)間，進(jìn)行一次稱重，這個(gè)時(shí)候含水量與飽和狀態(tài)下混凝土吸水量額比值就是混凝土的濕度了。別在混凝土濕度為 20%、40%、60%及 80%時(shí)在涂層破損處局部重涂，與完全干燥時(shí)涂刷重涂涂層的試塊進(jìn)行比較（圖3）。

如圖3所示，當(dāng)混凝土的濕度分別是20%和40%的時(shí)候，涂刷重層涂層的確能夠有效降低吸水率，而且濕度越小，這種效果越為顯著。當(dāng)混凝土的濕度達(dá)到60%的時(shí)候，根據(jù)測(cè)試的結(jié)果來(lái)看，如果測(cè)試12個(gè)小時(shí)的話，依然是能夠起到有效防護(hù)作用的，但是在24個(gè)小時(shí)的時(shí)候所測(cè)得的數(shù)據(jù)表明，吸水率明顯增高，而且濕度為60%的測(cè)試樣塊在浸泡12個(gè)小時(shí)以后有細(xì)微的鼓泡現(xiàn)象出現(xiàn)；當(dāng)濕度為80%的樣塊進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，鼓泡現(xiàn)象出現(xiàn)的更早，而且在12個(gè)小時(shí)的時(shí)候，就出現(xiàn)了吸水率的顯著增大。因此，我們可以認(rèn)為濕度大的混凝土，其界面重涂涂層的附著性是比較差的。

3.3 重涂工藝的選擇與應(yīng)用環(huán)境污染

關(guān)于重涂工藝的選擇，不僅僅要將殘留涂層系列的種類納入考慮的范圍，混凝土建筑物所處的環(huán)境同樣是重要的考慮因素。換句話說(shuō)，在選擇重涂涂層體系的時(shí)候，新舊涂層之間最好是能夠在界面上實(shí)現(xiàn)良好的結(jié)合。另外一點(diǎn)就是如果殘留的涂層需要全部處理，全部重涂的時(shí)候，可供選擇的涂層范圍是可以相對(duì)擴(kuò)大一些的，只要根據(jù)其使用的環(huán)境來(lái)選擇恰當(dāng)?shù)耐繉芋w系就可以了。一旦涂層體系確定了，重涂工藝的選擇至關(guān)重要，因?yàn)檫@會(huì)在很大程度上影響到重涂之后的效果。

選擇兩種重涂工藝，將破塤程度是50%，已經(jīng)制備好的測(cè)試樣塊分為兩個(gè)組別，每組各有3塊，第一組是單獨(dú)涂刷水性氟碳乳液面漆，兩層涂刷，厚度在160?m左右；第二組則是混合型涂刷，第一遍先進(jìn)行水性硅丙乳液底漆的涂刷，第二層則是水性氟碳面漆的涂刷，總厚度控制在280?m左右最為合適。之后進(jìn)行混凝土吸水度的測(cè)試，浸泡時(shí)間分別是2個(gè)小時(shí)、4個(gè)小時(shí)、6個(gè)小時(shí)、12個(gè)小時(shí)和24個(gè)小時(shí)（圖4）。

從圖4的數(shù)據(jù)中，我們可以看出來(lái)，兩種不同工藝下得到的重涂涂層都能夠有效降低混凝土的吸水率。但是，與未破損狀態(tài)下的測(cè)試樣本相比，重涂后的涂層在混凝土吸水率的降低方面是可以恢復(fù)到原來(lái)性能的，但是兩組工藝對(duì)混凝土西匯率的影響并不大。

4 結(jié)語(yǔ)

從上文的論述中，我們可以看出，水性氟碳涂料的確對(duì)于混凝土的防護(hù)作用具有積極的影響。為此，筆者建議一定要根據(jù)實(shí)際情況，充分發(fā)揮水性氟碳涂料的積極效用，選擇恰當(dāng)?shù)墓に嚕嫣嵘炷恋哪途眯浴?/p>

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（作者單位：中國(guó)航發(fā)北京航空材料研究院）