兩款混凝土表面防護(hù)涂料性能對比試驗(yàn)及應(yīng)用

宋立元

(遼寧省水利水電科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110003)

HK-966和HK-988均為國內(nèi)某一公司生產(chǎn)的新、舊兩款表面防護(hù)涂料。其中，HK-966是一種由環(huán)氧改性的雙組分彈性密封材料，它研發(fā)和投產(chǎn)時(shí)間較早，已在國內(nèi)多個(gè)水工混凝土修補(bǔ)防護(hù)中得到應(yīng)用[1-3]；而HK-988是最新研發(fā)的新產(chǎn)品，屬于慢固化脂肪族聚脲類涂料，工程投入使用較晚[4-5]。上述兩款材料外觀、不透水性等基本性能非常相近，只有密度和失黏時(shí)間略微存在差別，詳見表1，2。

表1 HK-966彈性涂料的基本性能指標(biāo)

表2 HK-988彈性涂料的基本性能指標(biāo)

究竟新款材料的實(shí)用性如何？新款材料是否比舊款性能更優(yōu)？圍繞兩款涂料的拉伸、耐濕熱老化、混凝土防護(hù)試件抗凍性能等對比試驗(yàn)，并結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用情況，進(jìn)行合理性分析，供工程設(shè)計(jì)參考。

1 拉伸性能對比試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗(yàn)方法》[6]的拉伸性能測定方法進(jìn)行試驗(yàn)。

1.2 試件制備

試驗(yàn)?zāi)＞邽樽灾频乃茕摼匦慰蚰?，以玻璃作底板，將?mm的矩形塑鋼框架粘結(jié)于玻璃上。試驗(yàn)前，將玻璃底板擦拭干凈，并涂抹一層薄薄的蠟油，然后將涂料均勻地涂抹于框架內(nèi)，分3次涂抹，每次時(shí)間間隔6h以上。

在室溫下養(yǎng)護(hù)14d后，將固化的涂膜從框模中拆下，然后用專門的裁刀和裁片機(jī)沖切成2型啞鈴狀試樣，試樣在室溫下再養(yǎng)護(hù)7d。啞鈴狀試樣及裁刀樣式尺寸如圖1所示，詳見表3。

表3 啞鈴狀試樣用裁刀尺寸 單位：mm

1.3 試驗(yàn)過程

(1)將養(yǎng)護(hù)21d的試樣3塊一組進(jìn)行編號。

(2)用測厚計(jì)在試驗(yàn)長度的中部和兩端測量厚度，取3個(gè)測量值的中位數(shù)計(jì)算橫截面面積，3個(gè)厚度值都不應(yīng)大于厚度中位數(shù)的2%，測量值精確到0.05mm。

圖1 啞鈴狀試樣用的裁刀及試樣

(3)試驗(yàn)時(shí)，要將試樣對稱地夾在拉力試驗(yàn)機(jī)的夾具上，并配置伸長率測定裝置，如圖2所示。在試驗(yàn)過程中，拉力機(jī)夾具的移動速度設(shè)定為300mm/min。

(4)記錄試驗(yàn)結(jié)果，并計(jì)算。

圖2 HK-966、HK-988試樣拉伸性能試驗(yàn)

1.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

HK-966和HK-988均按照上述試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行測試，各取3組試樣試驗(yàn)。拉伸強(qiáng)度按照GB/T 16777—2008第9.3.1節(jié)的公式計(jì)算；扯斷伸長率則按照GB/T 16777—2008第9.3.2節(jié)的公式計(jì)算，即

TL=P/(B×D)

(1)

式中，TL—拉伸強(qiáng)度，MPa；P—最大拉力，N；B—試件中間部分寬度，mm；D—試件厚度，mm。

E=(L1-L0)/L0

(2)

式中，E—斷裂伸長率，%；L0—試件起始標(biāo)線間距，25mm；L1—試件斷裂時(shí)標(biāo)線間距，mm。

HK-966和HK-988拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 HK-966和HK-988彈性涂料的拉伸試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果看，HK-988的拉伸強(qiáng)度平均值約為HK-966的1.88倍，而其扯斷伸長率增幅相對較小(約為1.69倍)。通過觀察兩種材料的切口斷面，HK-988試樣比HK-966試樣致密，但HK-988較硬，韌性小。

試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，兩種試樣斷的裂口都首先出現(xiàn)在截面有氣泡等瑕疵的部位，因此在今后的工程施工中應(yīng)特別注意材料的涂抹過程，要均勻涂抹并采取薄涂的方式，盡量把氣泡排出，避免出現(xiàn)氣泡等瑕疵，從而影響材料的整體性和力學(xué)性能。同時(shí)還應(yīng)注意涂抹間隔時(shí)間不宜過久，而且下一遍涂抹前一定要把前一涂層面清理干凈，以免影響涂層間的結(jié)合。

2 耐濕熱老化性能對比試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)采用80℃/7d恒溫水浴快速測試方法，在80℃恒溫水浴箱中將試樣放置7d后測試其拉伸強(qiáng)度和扯斷伸長率。該方法和國際標(biāo)準(zhǔn)測試方法的測定值誤差不大于1.5%。

2.2 試件制備

試驗(yàn)的兩種材料試樣的制備與1.2節(jié)拉伸試驗(yàn)的制備養(yǎng)護(hù)方法一樣。

2.3 試驗(yàn)過程

(1)將養(yǎng)護(hù)21d的HK-966和HK-988啞鈴狀試樣分別裝在兩個(gè)銅絲網(wǎng)格小簍中，然后放入80℃恒溫水浴箱中7d。

(2)7d后，分別將試樣取出，擦洗干凈。

(3)按照1.3節(jié)拉伸試驗(yàn)操作步驟進(jìn)行拉伸試驗(yàn)。

2.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

80℃恒溫水浴7d后，HK-966彈性涂料試樣表面觀察沒有任何變化，而HK-988彈性涂料試樣恒溫水浴后發(fā)生變形膠黏在一起，同時(shí)發(fā)現(xiàn)試樣表面出現(xiàn)粗糙、空洞等現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 HK-966和HK-988彈性涂料恒溫水浴試驗(yàn)結(jié)果

恒溫水浴過程中由于HK-988彈性涂料試樣變形膠黏在一起，最后只找到6塊比較完整的試樣進(jìn)行了拉伸性能試驗(yàn)。試樣個(gè)數(shù)滿足本試驗(yàn)相關(guān)規(guī)范規(guī)定的試樣數(shù)量的要求，可以作為試驗(yàn)結(jié)果。HK-966和HK-988彈性涂料濕熱老化處理后拉伸試驗(yàn)結(jié)果見表5。

表5 HK-966和HK-988彈性涂料耐濕熱老化試驗(yàn)結(jié)果

從試驗(yàn)結(jié)果看，濕熱老化處理后HK-966彈性涂料的扯斷伸長率大幅下降，而拉伸強(qiáng)度卻略微有所增加；HK-988彈性涂料的拉伸強(qiáng)度大打折扣，降幅達(dá)到56.0%，而扯斷伸長率的增長卻達(dá)到38.5%。表明后者對濕熱老化等環(huán)境變化更敏感。

3 混凝土防護(hù)試件抗凍性能對比試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)依據(jù)

試驗(yàn)根據(jù)SL 352—2006《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》第4.23節(jié)混凝土抗凍性試驗(yàn)的內(nèi)容進(jìn)行。試驗(yàn)儀器為混凝土快凍試驗(yàn)臺(HTD-B)。

3.2 試件制備

按照SL 352—2006制作標(biāo)準(zhǔn)抗凍試件，尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體。在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28d后，用鋼刷打磨除去表面灰漿、雜物、油漬等，在室溫下晾干。HK-966和HK-988每種分成抗凍組和對照組，抗凍組試件全部涂覆，對照組只涂覆一個(gè)面。每塊試件在涂抹材料前都涂覆一層界面劑，材料涂刮3遍，厚度2～3mm，時(shí)間間隔6h。

3.3 試驗(yàn)過程

(1)將涂刮HK-966和HK-988彈性涂料的試件放在室溫下，養(yǎng)護(hù)21d。

(2)達(dá)到齡期后，將抗凍組試件進(jìn)行300次凍融試驗(yàn)。

(3)對照組試件用混凝土鉆芯取樣試驗(yàn)機(jī)鉆透涂層并鉆到混凝土內(nèi)1～15mm。每面鉆取4處，鉆頭尺寸為Φ=5cm。

(4)將拉拔試驗(yàn)儀的試驗(yàn)鐵塊粘于對照組鉆好的HK-966和HK-988彈性涂料的表面；7d后，用拉拔試驗(yàn)儀檢測材料與混凝土的黏結(jié)強(qiáng)度。

(5)抗凍組試件凍融300次以后，采用(3)和(4)步驟的方法，檢測HK-966和HK-988彈性涂料與混凝土面的黏結(jié)強(qiáng)度，如圖4所示。

圖4 HK-966和HK-988凍融循環(huán)后黏結(jié)試驗(yàn)

3.4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

此次試驗(yàn)中，每塊試件都測取4個(gè)黏結(jié)強(qiáng)度值，然后求得平均值作為試驗(yàn)結(jié)果值。試驗(yàn)結(jié)果及破壞面情況見表6。

此次試驗(yàn)試件采用HK-966、HK-988完全包覆的形式，試件經(jīng)過300次凍融破壞后，均未出現(xiàn)涂層破壞的現(xiàn)象，說明兩種防護(hù)涂料均具有抗凍融破壞能力；材料與混凝土間的黏結(jié)強(qiáng)度降低相對較少，可見涂層結(jié)構(gòu)未受破壞，有效地阻止了水分的滲入，避免了混凝土的凍融破壞。

表6 HK-966和HK-988彈性涂料凍融前后與混凝土黏結(jié)強(qiáng)度及破壞情況

從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，HK-966相對HK-988的黏結(jié)強(qiáng)度下降幅度較大，可能的原因是，HK-966涂層的致密程度較HK-988差，在凍融循環(huán)過程中，涂層未能有效保護(hù)混凝土試件而導(dǎo)致混凝土表面受到輕微的凍融循環(huán)影響，從而降低了涂層與混凝土間的黏結(jié)性能。

4 工程應(yīng)用情況

HK-966和HK-988在遼寧某重力壩迎水測混凝土防護(hù)工程中得到了示范應(yīng)用，通過2年多的現(xiàn)場觀測，證明兩款材料對提升混凝土耐久性均具有良好的效果?，F(xiàn)場防護(hù)施工情況如圖5所示。

圖5 HK-966和HK-988在工程現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)

5 結(jié)語

通過試驗(yàn)與現(xiàn)場應(yīng)用，HK-966和HK-988表面防護(hù)涂料均具有良好的致密性、柔韌性、抗凍性，可有效提高被防護(hù)混凝土的抗?jié)B、抗沖磨、抗凍等能力。從性能對比效果看，HK-966耐老化性能更穩(wěn)定，而HK-988的拉伸性能和抗凍性能相對更優(yōu)。至于在工程應(yīng)用中如何對二者進(jìn)行選取，則需要結(jié)合兩款材料的造價(jià)、施工工藝、長期穩(wěn)定性等情況進(jìn)行綜合對比才能得到合理結(jié)果。