建筑用雙組分環(huán)氧隔熱膩?zhàn)拥闹苽?/h1>
2021-03-11 13:40:36程承趙洋趙雙夏躍攀孫微微
新型建筑材料 2021年2期
程承，趙洋，趙雙，夏躍攀，孫微微
（1.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.黃岡高新區(qū)管委會(huì)規(guī)劃建設(shè)局，湖北 黃岡 438000；3.云南建投第一水利水電建設(shè)有限公司，云南 昆明 650224）
混凝土是一種非均質(zhì)、多孔、表面粗糙的高滲透性材料，其孔徑分布范圍在納米至毫米級(jí)，大氣中CO2通過這些孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生碳化反應(yīng)[1-5]。碳化對(duì)混凝土的危害是多方面的，如降低混凝土的強(qiáng)度和彈性模量，產(chǎn)生收縮裂縫等[6-7]。水分也會(huì)通過混凝土的毛細(xì)作用吸附到表面，并進(jìn)一步滲透到混凝土的內(nèi)部，給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重的銹蝕危險(xiǎn)。此外，水分還是混凝土發(fā)生凍融破壞、化學(xué)侵蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化等耐久性破壞的必要條件[8-9]。為避免混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效，需要對(duì)混凝土采取附加的保護(hù)措施，目前最有效的方法是混凝土涂層防護(hù)[10-12]?；炷潦┕ひ彩墙ㄖこ讨械闹匾M成部分，在混凝土硬化過程中，膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng)，釋放大量水化熱，內(nèi)部溫度較高，而表層主要受大氣環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外形成一定的溫差，從而會(huì)造成混凝土出現(xiàn)裂縫[13]。建筑反射隔熱涂料作為一種節(jié)能建材，其涂層薄、隔熱效果好，被廣泛用于建筑節(jié)能工程中[14-15]。然而在外墻外側(cè)單獨(dú)使用建筑反射隔熱涂料往往無法滿足建筑節(jié)能的要求。膩?zhàn)邮墙ㄖb飾、裝修的重要材料之一，除了起到填充、填平建筑墻體缺陷功能外，還可以起到防水、增強(qiáng)、抗裂、防霉等多種特殊功效。因此將涂料與保溫膩?zhàn)优涮资褂脮r(shí)，不僅可以克服整個(gè)保溫系統(tǒng)體積密度較大的問題，還可提高系統(tǒng)安全性，大大提高建筑外墻的保溫效果。
本文制備了雙組份環(huán)氧隔熱膩?zhàn)?，并研究膩?zhàn)痈魺嵝阅茈S著膩?zhàn)臃?、空心玻璃微珠、鈦白粉用量的變化?guī)律和膩?zhàn)訉油垦b厚度對(duì)溫度的影響，對(duì)其涂裝面開展降溫測(cè)試，從而確定隔熱膩?zhàn)拥淖罴雅浞健２⒄障嚓P(guān)規(guī)范制作混凝土試塊進(jìn)行吸水、抗凍和碳化試驗(yàn)。為雙組份環(huán)氧隔熱膩?zhàn)釉诮ㄖこ虘?yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步研究與推廣提供理論參考。
1 試 驗(yàn)
1.1 雙組份環(huán)氧隔熱膩?zhàn)又苽?/h3>
環(huán)氧樹脂：低黏度，無色至淺黃色透明液體，密度1.06～1.1 g/ml（25℃），黏度500～700 mPa·s，環(huán)氧當(dāng)量195～215，市售；隔熱材料：空心玻璃微珠、鈦白粉；填料：膩?zhàn)臃?，市售；固化劑：G1、G2兩種類型，均為無色至淺黃色透明液體，其中G1的固化速度快、耐化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)，G2有良好的中高溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐腐蝕性等特性。G1、G2技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 2種固化劑性能
為綜合考慮各種原材料摻量對(duì)隔熱型環(huán)氧膩?zhàn)邮┕ば阅艿挠绊懀疚姆謩e采用A、B兩組份制備。A組份：根據(jù)表2配比將環(huán)氧樹脂和膩?zhàn)臃壑糜谇蚰ス拗?，用行星式球磨機(jī)球磨0.5 h，再加入空心玻璃微珠，慢速攪拌0.5 h左右至混合均勻。B組份：將固化劑和膩?zhàn)臃垡?∶3的質(zhì)量比拌和。按m（A組份）∶m（B組份）=1∶0.8的比例混合后并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笫褂谩?/p>
表2 A組份質(zhì)量配比
1.2 隔熱環(huán)氧膩?zhàn)拥男阅?/h3>
1.2.1 配比初步篩選
將待測(cè)膩?zhàn)臃庞谒椒胖玫墓桠}板上，參考GB/T 23455—2009《外墻柔性膩?zhàn)印穼?duì)比分析立即涂刷和放置30、45、60 min后再涂刷試件的外觀、干燥時(shí)間、批刮性能等指標(biāo)，綜合評(píng)定其施工性能，確定配合比的范圍。
1.2.2 原材料對(duì)隔熱性能的影響
為了研究不同配比下膩?zhàn)臃?、空心玻璃微珠、鈦白粉以及涂刷厚度?duì)隔熱膩?zhàn)訉訙囟鹊挠绊?，?duì)其展開室內(nèi)降溫測(cè)試，得出最佳配合比。
根據(jù)初步篩選結(jié)果，得出最佳配比范圍后，將膩?zhàn)訉樱ê穸?000μm）涂刷于標(biāo)準(zhǔn)試塊表面，并在如圖1所示的測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2自上而下鉆2個(gè)深度為75 mm的圓孔，每個(gè)圓孔內(nèi)插設(shè)溫度傳感器（如圖2所示），在自行搭建的碘鎢燈裝置平臺(tái)（如圖3所示）中通過埋置電熱偶，測(cè)試其升溫4 h內(nèi)的混凝土溫差。其中標(biāo)準(zhǔn)試塊為邊長150 mm的立方體混凝土試件，混凝土的配合比為m（水）∶m（水泥）∶m（砂）∶m（石）=205∶330∶750∶1125，強(qiáng)度等級(jí)為C30。
圖1 測(cè)點(diǎn)位置示意
圖2 埋置溫度傳感器
圖3 試驗(yàn)平臺(tái)
1.2.3耐久性能評(píng)價(jià)
參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》制作混凝土試塊并進(jìn)行吸水、抗凍和碳化試驗(yàn)?；炷猎噳K分成表面未涂刷和表面涂刷隔熱型環(huán)氧膩?zhàn)拥?組，每組設(shè)置3個(gè)對(duì)比試件。
（1）毛細(xì)吸水試驗(yàn)
采用加熱石蠟密封上下2個(gè)成型面，其余4個(gè)側(cè)面均用涂層涂裝，水溫控制在（23±2）℃，考慮到混凝土在浸泡前期吸水量增速較快，隨后逐漸變緩直至趨于穩(wěn)定，因此，采用前3 h內(nèi)每隔0.5 h取出稱重，3～6 h每隔1 h取出稱重，6～12 h每隔2 h取出稱重，12～24 h每隔3 h取出稱重，24～48 h每隔4 h取出稱重，48～73 h每隔5 h取出稱重，擦拭表面的液態(tài)水后稱量試件質(zhì)量，得到混凝土在不同時(shí)間的吸水量，并計(jì)算吸水率。
（2）凍融循環(huán)試驗(yàn)
試驗(yàn)采用“慢凍法”進(jìn)行，凍融設(shè)備采用IMMD-10慢凍試驗(yàn)機(jī)，水溫控制在（20±2）℃，水面高出混凝土頂面20～30 mm，浸泡4 d后從水中取出，將混凝土表面的水分用濕布擦除并稱其質(zhì)量，然后再進(jìn)行慢性凍融循環(huán)試驗(yàn)。凍融循環(huán)次數(shù)為25、50、100次，以試件的強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率2個(gè)指標(biāo)來反映混凝土的抗凍性。
（3）碳化試驗(yàn)
將齡期為28 d的混凝土試件取出，涂刷相鄰兩面作為涂刷碳化面，剩下的相鄰兩面作為未涂刷碳化面，在同一試塊上對(duì)比未涂刷和涂刷對(duì)混凝土碳化深度的影響，所有試件頂面、底面均采用石蠟密封。碳化至3、7、14、28 d齡期時(shí)分別取出試件，沿著碳化試驗(yàn)面均勻劈開，向試件斷面噴涂濃度為1%的酚酞酒精溶液來測(cè)試碳化深度，碳化部位不顯色，未碳化部位顯紫色，然后計(jì)算碳化深度。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 配比初步篩選
將按1.1中所述各材料組成配比及工藝制備9組不同雙組份隔熱膩?zhàn)?，進(jìn)行外觀對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著膩?zhàn)臃奂翱招牟Ａ⒅橛昧康脑黾?，膩?zhàn)油庥^表現(xiàn)出從具有流動(dòng)性的可塑性漿體逐漸變成為干硬性混合物。對(duì)所配制的膩?zhàn)舆M(jìn)行批刮發(fā)現(xiàn)，采用N1、N2、N3配比，因膩?zhàn)臃塾昧枯^低，配制完成后進(jìn)行立即批刮，則會(huì)出現(xiàn)表面流掛現(xiàn)象。雖然隨著靜置時(shí)間延長后（一般≥45 min），雙組份膩?zhàn)芋w系因固化劑促進(jìn)了樹脂的交聯(lián)引起稠度增加，可使表面流掛現(xiàn)象有所改善，但這勢(shì)必降低施工效率。而對(duì)于采用膩?zhàn)臃塾昧枯^高的N7、N8、N9配比制備膩?zhàn)樱瑒t出現(xiàn)相對(duì)批刮困難的現(xiàn)象，特別時(shí)隨著空心玻璃微珠用量增加，膩?zhàn)踊旌衔矬w系稠度進(jìn)一步增加，導(dǎo)致出現(xiàn)較嚴(yán)重的卷邊、起毛現(xiàn)象。因膩?zhàn)臃鄣扔昧窟^高，使得樹脂與固化劑用量相對(duì)減少，固化速度加快，使得批刮操作時(shí)間也受到嚴(yán)重影響，甚至配制后立即批刮都無法滿足施工要求。從膩?zhàn)臃胖貌煌瑫r(shí)間后涂刷效果來看，采用N4、N5、N6配比制備的膩?zhàn)与S時(shí)間推移（靜置45min內(nèi)）批刮效果較好，無流掛、卷邊等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，本研究選擇膩?zhàn)臃塾昧坎桓哂跇渲昧康?.5倍作為基本配比。
2.2 原材料對(duì)隔熱性能的影響
2.2.1 空心玻璃微珠用量隔熱性能的影響
結(jié)合上述初步篩選結(jié)果，選取涂刷空心玻璃微珠不同用量的N4、N5、N6膩?zhàn)雍臀赐克⒃嚰M(jìn)行降溫測(cè)試，降溫情況如圖4所示。
圖4 玻璃微珠用量對(duì)試件溫度的影響
由圖4可見，升溫4 h后，與未涂刷試件相比，涂刷N4、N5、N6膩?zhàn)拥脑嚰?nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)1分別降低了0.8、3.7、6.4℃，測(cè)點(diǎn)2分別下降了2.0、3.3、5.4℃。隨著空心玻璃微珠用量增加，膩?zhàn)訉拥母魺嵝Ч胶茫@是由于空心玻璃微珠含量越大，在膩?zhàn)觾?nèi)堆積的就越密實(shí)，降溫效果就越明顯?？招牟Ａ⒅榈淖罴延昧繛闃渲昧康?0%。
2.2.2 膩?zhàn)臃塾昧繉?duì)隔熱性能的影響
根據(jù)空心玻璃微珠最佳用量以及初步篩選結(jié)果，選取涂刷膩?zhàn)臃塾昧坎煌腘3、N6膩?zhàn)舆M(jìn)行降溫測(cè)試，并與未涂刷試件進(jìn)行對(duì)比，降溫情況如圖5所示。
圖5 膩?zhàn)臃塾昧繉?duì)試件溫度的影響
由圖5可見，升溫4 h時(shí)，與未涂刷試件相比，涂刷N3、N6膩?zhàn)拥脑嚰?nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)1分別降低了0.3、6.4℃，測(cè)點(diǎn)2分別下降了-4.8、5.4℃。這是因?yàn)槟佔(zhàn)臃塾昧枯^低，表面空心玻璃微珠未形成封閉的結(jié)構(gòu)層，不能發(fā)揮降溫效果；當(dāng)膩?zhàn)臃塾昧吭黾訒r(shí)，膩?zhàn)臃郯鼑招牟Ａ⒅樾纬擅軐?shí)的結(jié)構(gòu)層，更好的發(fā)揮了其隔熱效果，溫度下降明顯。膩?zhàn)臃鄣淖罴延昧繛闃渲昧康?.5倍。
2.2.3 鈦白粉用量對(duì)隔熱性能的影響
通過空心玻璃微珠和膩?zhàn)臃叟浔鹊拇_定，選取N6作為參照組，并摻加樹脂質(zhì)量0、0.5倍、1.5倍的鈦白粉，研究鈦白粉用量對(duì)溫度的影響，如圖6所示。
圖6 鈦白粉用量對(duì)試件溫度的影響
由圖6可見，升溫4 h后，與未涂刷試件相比，涂刷鈦白粉用量分別為樹脂用量0、0.5、1.5倍膩?zhàn)拥脑嚰?nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)1分別降低了6.4、13.1、15.8℃，測(cè)點(diǎn)2分別下降了5.4、12.2、14.0℃。由于鈦白粉具有較高的折光率，使膩?zhàn)泳哂休^好的反射性能，加入鈦白粉后，降溫效果明顯提升。當(dāng)僅有保溫隔熱膩?zhàn)訒r(shí)，涂層可與太陽光直射，鈦白粉用量越多，降溫效果越好。當(dāng)膩?zhàn)訉油馔坑蟹瓷涓魺嵬苛蠒r(shí)，鈦白粉過多將導(dǎo)致膩?zhàn)訉羽ざ仍龃?，給膩?zhàn)又苽浼笆┕聿槐恪ｂ伆追鄣淖罴延昧繛闃渲|(zhì)量的0.5倍。
2.2.4 涂層厚度對(duì)隔熱性能的影響
按照上述最佳用量，研究涂層的涂裝厚度對(duì)降溫效果的影響，結(jié)果如圖7所示。
圖7 涂裝厚度對(duì)試件溫度的影響
由圖7可見，升溫4 h后，與未涂刷試件相比，涂裝厚度分別800、900、1000μm時(shí)，內(nèi)部溫度在測(cè)點(diǎn)1分別降低了13.4、15.8、13.6℃；在測(cè)點(diǎn)2分別降低了9.1、9.5、9.9℃。由測(cè)點(diǎn)1分析可知，隨著涂層厚度的變化存在一個(gè)最佳厚度900 μm。雖然在測(cè)點(diǎn)2涂裝厚度1000μm的降溫較好，但在測(cè)點(diǎn)1涂裝900μm時(shí)表現(xiàn)的降溫效果明顯。由此推斷，涂裝厚度在900μm時(shí)降溫效果最佳。
綜上所述，以環(huán)氧樹脂質(zhì)量為參照，m（樹脂）∶m（空心玻璃微珠）∶m（膩?zhàn)臃郏胢（鈦白粉）=1∶0.1∶1.5∶0.5，涂裝厚度為900 μm時(shí)，降溫效果最佳。
2.3 耐久性能分析
2.3.1 吸水性
未涂刷與涂刷膩?zhàn)訉釉嚰奈孰S浸泡時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖8所示。
圖8 混凝土吸水試驗(yàn)結(jié)果
由圖8可見，試件吸水率隨著浸泡時(shí)間的延長而增大。未涂刷的試件吸水率在6、24、72 h時(shí)分別為2.07%、2.67%、3.06%，涂刷膩?zhàn)訉拥脑嚰试?、24、72 h時(shí)分別為0.14%、0.32%、0.70%，僅為未涂刷吸水率的6.76%、12.00%、22.88%?？梢缘贸觯克⒛?zhàn)訉釉嚰奈实陀谖赐克⒌脑嚰?，原因是膩?zhàn)訉釉诨炷猎嚰砻嫘纬闪艘粚泳鶆虻牟煌杆?，膩?zhàn)訉涌山档臀?7.12%，提高了試件的抗?jié)B能力，具有較好的防水性能。
2.3.2 抗凍性能
質(zhì)量損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的變化如圖9所示。
圖9 不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土的質(zhì)量損失率變化
由圖9可見，隨著凍融次數(shù)的增加，兩者質(zhì)量損失率發(fā)展規(guī)律截然不同。在凍融25次時(shí)，未涂刷的試件質(zhì)量損失率達(dá)到了0.6%，混凝土試樣已經(jīng)開始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，而涂刷膩?zhàn)訉釉嚰|(zhì)量反而增大；在凍融50次和100次時(shí)，未涂刷試件的質(zhì)量損失率為0.8%和1.1%，混凝土試件質(zhì)量損失略有放緩，但涂刷膩?zhàn)訉釉嚰馁|(zhì)量一直增大，原因是膩?zhàn)訉优c混凝土基底有良好的粘接性和防護(hù)效果，有效阻隔外界水侵入和流出，同時(shí)還能有效修補(bǔ)混凝土表面缺陷避免其脫落，抑制混凝土的凍融破壞過程，具有良好的抗凍性能。
試件強(qiáng)度和強(qiáng)度損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的變化趨勢(shì)如圖10所示。
圖10 不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土的強(qiáng)度變化
由圖10可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，強(qiáng)度損失率增加。涂刷膩?zhàn)訉釉嚰箟簭?qiáng)度略高于未涂刷試件，25、50、100次凍融循環(huán)后未涂刷試件的抗壓強(qiáng)度分別為26.5、25.6、25.0 MPa，涂刷膩?zhàn)訉釉嚰目箟簭?qiáng)度分別為27.3、26.4、26.0 MPa，兩者相差不大，說明膩?zhàn)訉訉?duì)改善混凝土凍融循環(huán)后的抗壓性能作用不明顯。從強(qiáng)度損失率來看，未涂刷試件在25、50、100次時(shí)高出涂刷膩?zhàn)訉釉嚰?.2%、2.2%、2.8%，在凍融次數(shù)達(dá)到50次后，強(qiáng)度損失率有明顯的增加，表明涂刷膩?zhàn)訉涌稍谝欢ǔ潭壬辖档蛷?qiáng)度損失。
2.3.3 碳化性能
混凝土不同齡期的碳化深度如表3所示，涂刷膩?zhàn)訉拥幕炷撂蓟闆r如圖11所示。
表3 混凝土在不同齡期的碳化深度
由表3和圖11可見，未涂刷膩?zhàn)拥幕炷猎嚰蓟疃入S齡期的延長而逐漸增大，且3～7 d的碳化深度增幅最大，7～14 d的碳化深度增幅居中，14～28 d的碳化深度增幅最小。而涂刷膩?zhàn)拥幕炷猎嚰?～28 d碳化深度為0。主要原因是膩?zhàn)訉釉诨炷帘砻嫘纬闪艘粚用懿煌笟獾姆忾]涂層，徹底隔絕了環(huán)境中的二氧化碳的侵入，進(jìn)一步表明，表面涂刷膩?zhàn)訉幽茱@著提高混凝土的抗碳化性能。
3 結(jié) 論
（1）以不同時(shí)間批刮后膩?zhàn)訉颖砻鏍顟B(tài)初步篩選了雙組份膩?zhàn)覣組份組成材料配比范圍為：膩?zhàn)臃塾昧坎桓哂诃h(huán)氧樹脂用量的1.5倍，B組份組成材料固化劑與膩?zhàn)臃鄣馁|(zhì)量比為1∶3。
（2）利用自行搭建的隔熱試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)原材料組成進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，隔熱效果隨空心玻璃微珠和膩?zhàn)臃塾昧康脑黾佣岣撸?dāng)材料配比為m（樹脂）∶m（空心玻璃微珠）∶m（膩?zhàn)臃郏?1∶0.1∶1.5時(shí)，可降低溫度6.4℃；摻加樹脂質(zhì)量0.5倍的鈦白粉可降低溫度13.1℃。
（3）經(jīng)72 h吸水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膩?zhàn)訉涌捎行Ы档臀剩?4 h吸水率僅為未涂刷試件的12%；經(jīng)凍融試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，膩?zhàn)訉訉?duì)混凝土有良好的抗凍性能；3、7、14、28 d碳化試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表面均無碳化，涂刷膩?zhàn)訉拥幕炷辆哂辛己玫目固蓟阅堋?/p>
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程承，趙洋，趙雙，夏躍攀，孫微微
（1.西南林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，云南 昆明 650224；2.黃岡高新區(qū)管委會(huì)規(guī)劃建設(shè)局，湖北 黃岡 438000；3.云南建投第一水利水電建設(shè)有限公司，云南 昆明 650224）
混凝土是一種非均質(zhì)、多孔、表面粗糙的高滲透性材料，其孔徑分布范圍在納米至毫米級(jí)，大氣中CO2通過這些孔隙進(jìn)入混凝土內(nèi)部，與混凝土中的堿性物質(zhì)發(fā)生碳化反應(yīng)[1-5]。碳化對(duì)混凝土的危害是多方面的，如降低混凝土的強(qiáng)度和彈性模量，產(chǎn)生收縮裂縫等[6-7]。水分也會(huì)通過混凝土的毛細(xì)作用吸附到表面，并進(jìn)一步滲透到混凝土的內(nèi)部，給鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重的銹蝕危險(xiǎn)。此外，水分還是混凝土發(fā)生凍融破壞、化學(xué)侵蝕、堿骨料反應(yīng)、碳化等耐久性破壞的必要條件[8-9]。為避免混凝土結(jié)構(gòu)耐久性失效，需要對(duì)混凝土采取附加的保護(hù)措施，目前最有效的方法是混凝土涂層防護(hù)[10-12]?；炷潦┕ひ彩墙ㄖこ讨械闹匾M成部分，在混凝土硬化過程中，膠凝材料發(fā)生水化反應(yīng)，釋放大量水化熱，內(nèi)部溫度較高，而表層主要受大氣環(huán)境溫度的影響，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外形成一定的溫差，從而會(huì)造成混凝土出現(xiàn)裂縫[13]。建筑反射隔熱涂料作為一種節(jié)能建材，其涂層薄、隔熱效果好，被廣泛用于建筑節(jié)能工程中[14-15]。然而在外墻外側(cè)單獨(dú)使用建筑反射隔熱涂料往往無法滿足建筑節(jié)能的要求。膩?zhàn)邮墙ㄖb飾、裝修的重要材料之一，除了起到填充、填平建筑墻體缺陷功能外，還可以起到防水、增強(qiáng)、抗裂、防霉等多種特殊功效。因此將涂料與保溫膩?zhàn)优涮资褂脮r(shí)，不僅可以克服整個(gè)保溫系統(tǒng)體積密度較大的問題，還可提高系統(tǒng)安全性，大大提高建筑外墻的保溫效果。
本文制備了雙組份環(huán)氧隔熱膩?zhàn)?，并研究膩?zhàn)痈魺嵝阅茈S著膩?zhàn)臃?、空心玻璃微珠、鈦白粉用量的變化?guī)律和膩?zhàn)訉油垦b厚度對(duì)溫度的影響，對(duì)其涂裝面開展降溫測(cè)試，從而確定隔熱膩?zhàn)拥淖罴雅浞健２⒄障嚓P(guān)規(guī)范制作混凝土試塊進(jìn)行吸水、抗凍和碳化試驗(yàn)。為雙組份環(huán)氧隔熱膩?zhàn)釉诮ㄖこ虘?yīng)用技術(shù)的進(jìn)一步研究與推廣提供理論參考。
1 試 驗(yàn)
1.1 雙組份環(huán)氧隔熱膩?zhàn)又苽?/h3>
環(huán)氧樹脂：低黏度，無色至淺黃色透明液體，密度1.06～1.1 g/ml（25℃），黏度500～700 mPa·s，環(huán)氧當(dāng)量195～215，市售；隔熱材料：空心玻璃微珠、鈦白粉；填料：膩?zhàn)臃?，市售；固化劑：G1、G2兩種類型，均為無色至淺黃色透明液體，其中G1的固化速度快、耐化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)，G2有良好的中高溫下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及耐腐蝕性等特性。G1、G2技術(shù)參數(shù)見表1。
表1 2種固化劑性能
為綜合考慮各種原材料摻量對(duì)隔熱型環(huán)氧膩?zhàn)邮┕ば阅艿挠绊懀疚姆謩e采用A、B兩組份制備。A組份：根據(jù)表2配比將環(huán)氧樹脂和膩?zhàn)臃壑糜谇蚰ス拗?，用行星式球磨機(jī)球磨0.5 h，再加入空心玻璃微珠，慢速攪拌0.5 h左右至混合均勻。B組份：將固化劑和膩?zhàn)臃垡?∶3的質(zhì)量比拌和。按m（A組份）∶m（B組份）=1∶0.8的比例混合后并充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笫褂谩?/p>
表2 A組份質(zhì)量配比
1.2 隔熱環(huán)氧膩?zhàn)拥男阅?/h3>
1.2.1 配比初步篩選
將待測(cè)膩?zhàn)臃庞谒椒胖玫墓桠}板上，參考GB/T 23455—2009《外墻柔性膩?zhàn)印穼?duì)比分析立即涂刷和放置30、45、60 min后再涂刷試件的外觀、干燥時(shí)間、批刮性能等指標(biāo)，綜合評(píng)定其施工性能，確定配合比的范圍。
1.2.2 原材料對(duì)隔熱性能的影響
為了研究不同配比下膩?zhàn)臃?、空心玻璃微珠、鈦白粉以及涂刷厚度?duì)隔熱膩?zhàn)訉訙囟鹊挠绊?，?duì)其展開室內(nèi)降溫測(cè)試，得出最佳配合比。
根據(jù)初步篩選結(jié)果，得出最佳配比范圍后，將膩?zhàn)訉樱ê穸?000μm）涂刷于標(biāo)準(zhǔn)試塊表面，并在如圖1所示的測(cè)點(diǎn)1、測(cè)點(diǎn)2自上而下鉆2個(gè)深度為75 mm的圓孔，每個(gè)圓孔內(nèi)插設(shè)溫度傳感器（如圖2所示），在自行搭建的碘鎢燈裝置平臺(tái)（如圖3所示）中通過埋置電熱偶，測(cè)試其升溫4 h內(nèi)的混凝土溫差。其中標(biāo)準(zhǔn)試塊為邊長150 mm的立方體混凝土試件，混凝土的配合比為m（水）∶m（水泥）∶m（砂）∶m（石）=205∶330∶750∶1125，強(qiáng)度等級(jí)為C30。
圖1 測(cè)點(diǎn)位置示意
圖2 埋置溫度傳感器
圖3 試驗(yàn)平臺(tái)
1.2.3耐久性能評(píng)價(jià)
參照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》制作混凝土試塊并進(jìn)行吸水、抗凍和碳化試驗(yàn)?；炷猎噳K分成表面未涂刷和表面涂刷隔熱型環(huán)氧膩?zhàn)拥?組，每組設(shè)置3個(gè)對(duì)比試件。
（1）毛細(xì)吸水試驗(yàn)
采用加熱石蠟密封上下2個(gè)成型面，其余4個(gè)側(cè)面均用涂層涂裝，水溫控制在（23±2）℃，考慮到混凝土在浸泡前期吸水量增速較快，隨后逐漸變緩直至趨于穩(wěn)定，因此，采用前3 h內(nèi)每隔0.5 h取出稱重，3～6 h每隔1 h取出稱重，6～12 h每隔2 h取出稱重，12～24 h每隔3 h取出稱重，24～48 h每隔4 h取出稱重，48～73 h每隔5 h取出稱重，擦拭表面的液態(tài)水后稱量試件質(zhì)量，得到混凝土在不同時(shí)間的吸水量，并計(jì)算吸水率。
（2）凍融循環(huán)試驗(yàn)
試驗(yàn)采用“慢凍法”進(jìn)行，凍融設(shè)備采用IMMD-10慢凍試驗(yàn)機(jī)，水溫控制在（20±2）℃，水面高出混凝土頂面20～30 mm，浸泡4 d后從水中取出，將混凝土表面的水分用濕布擦除并稱其質(zhì)量，然后再進(jìn)行慢性凍融循環(huán)試驗(yàn)。凍融循環(huán)次數(shù)為25、50、100次，以試件的強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率2個(gè)指標(biāo)來反映混凝土的抗凍性。
（3）碳化試驗(yàn)
將齡期為28 d的混凝土試件取出，涂刷相鄰兩面作為涂刷碳化面，剩下的相鄰兩面作為未涂刷碳化面，在同一試塊上對(duì)比未涂刷和涂刷對(duì)混凝土碳化深度的影響，所有試件頂面、底面均采用石蠟密封。碳化至3、7、14、28 d齡期時(shí)分別取出試件，沿著碳化試驗(yàn)面均勻劈開，向試件斷面噴涂濃度為1%的酚酞酒精溶液來測(cè)試碳化深度，碳化部位不顯色，未碳化部位顯紫色，然后計(jì)算碳化深度。
2 試驗(yàn)結(jié)果與討論
2.1 配比初步篩選
將按1.1中所述各材料組成配比及工藝制備9組不同雙組份隔熱膩?zhàn)?，進(jìn)行外觀對(duì)比發(fā)現(xiàn)，隨著膩?zhàn)臃奂翱招牟Ａ⒅橛昧康脑黾?，膩?zhàn)油庥^表現(xiàn)出從具有流動(dòng)性的可塑性漿體逐漸變成為干硬性混合物。對(duì)所配制的膩?zhàn)舆M(jìn)行批刮發(fā)現(xiàn)，采用N1、N2、N3配比，因膩?zhàn)臃塾昧枯^低，配制完成后進(jìn)行立即批刮，則會(huì)出現(xiàn)表面流掛現(xiàn)象。雖然隨著靜置時(shí)間延長后（一般≥45 min），雙組份膩?zhàn)芋w系因固化劑促進(jìn)了樹脂的交聯(lián)引起稠度增加，可使表面流掛現(xiàn)象有所改善，但這勢(shì)必降低施工效率。而對(duì)于采用膩?zhàn)臃塾昧枯^高的N7、N8、N9配比制備膩?zhàn)樱瑒t出現(xiàn)相對(duì)批刮困難的現(xiàn)象，特別時(shí)隨著空心玻璃微珠用量增加，膩?zhàn)踊旌衔矬w系稠度進(jìn)一步增加，導(dǎo)致出現(xiàn)較嚴(yán)重的卷邊、起毛現(xiàn)象。因膩?zhàn)臃鄣扔昧窟^高，使得樹脂與固化劑用量相對(duì)減少，固化速度加快，使得批刮操作時(shí)間也受到嚴(yán)重影響，甚至配制后立即批刮都無法滿足施工要求。從膩?zhàn)臃胖貌煌瑫r(shí)間后涂刷效果來看，采用N4、N5、N6配比制備的膩?zhàn)与S時(shí)間推移（靜置45min內(nèi)）批刮效果較好，無流掛、卷邊等現(xiàn)象出現(xiàn)。因此，本研究選擇膩?zhàn)臃塾昧坎桓哂跇渲昧康?.5倍作為基本配比。
2.2 原材料對(duì)隔熱性能的影響
2.2.1 空心玻璃微珠用量隔熱性能的影響
結(jié)合上述初步篩選結(jié)果，選取涂刷空心玻璃微珠不同用量的N4、N5、N6膩?zhàn)雍臀赐克⒃嚰M(jìn)行降溫測(cè)試，降溫情況如圖4所示。
圖4 玻璃微珠用量對(duì)試件溫度的影響
由圖4可見，升溫4 h后，與未涂刷試件相比，涂刷N4、N5、N6膩?zhàn)拥脑嚰?nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)1分別降低了0.8、3.7、6.4℃，測(cè)點(diǎn)2分別下降了2.0、3.3、5.4℃。隨著空心玻璃微珠用量增加，膩?zhàn)訉拥母魺嵝Ч胶茫@是由于空心玻璃微珠含量越大，在膩?zhàn)觾?nèi)堆積的就越密實(shí)，降溫效果就越明顯?？招牟Ａ⒅榈淖罴延昧繛闃渲昧康?0%。
2.2.2 膩?zhàn)臃塾昧繉?duì)隔熱性能的影響
根據(jù)空心玻璃微珠最佳用量以及初步篩選結(jié)果，選取涂刷膩?zhàn)臃塾昧坎煌腘3、N6膩?zhàn)舆M(jìn)行降溫測(cè)試，并與未涂刷試件進(jìn)行對(duì)比，降溫情況如圖5所示。
圖5 膩?zhàn)臃塾昧繉?duì)試件溫度的影響
由圖5可見，升溫4 h時(shí)，與未涂刷試件相比，涂刷N3、N6膩?zhàn)拥脑嚰?nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)1分別降低了0.3、6.4℃，測(cè)點(diǎn)2分別下降了-4.8、5.4℃。這是因?yàn)槟佔(zhàn)臃塾昧枯^低，表面空心玻璃微珠未形成封閉的結(jié)構(gòu)層，不能發(fā)揮降溫效果；當(dāng)膩?zhàn)臃塾昧吭黾訒r(shí)，膩?zhàn)臃郯鼑招牟Ａ⒅樾纬擅軐?shí)的結(jié)構(gòu)層，更好的發(fā)揮了其隔熱效果，溫度下降明顯。膩?zhàn)臃鄣淖罴延昧繛闃渲昧康?.5倍。
2.2.3 鈦白粉用量對(duì)隔熱性能的影響
通過空心玻璃微珠和膩?zhàn)臃叟浔鹊拇_定，選取N6作為參照組，并摻加樹脂質(zhì)量0、0.5倍、1.5倍的鈦白粉，研究鈦白粉用量對(duì)溫度的影響，如圖6所示。
圖6 鈦白粉用量對(duì)試件溫度的影響
由圖6可見，升溫4 h后，與未涂刷試件相比，涂刷鈦白粉用量分別為樹脂用量0、0.5、1.5倍膩?zhàn)拥脑嚰?nèi)部溫度測(cè)點(diǎn)1分別降低了6.4、13.1、15.8℃，測(cè)點(diǎn)2分別下降了5.4、12.2、14.0℃。由于鈦白粉具有較高的折光率，使膩?zhàn)泳哂休^好的反射性能，加入鈦白粉后，降溫效果明顯提升。當(dāng)僅有保溫隔熱膩?zhàn)訒r(shí)，涂層可與太陽光直射，鈦白粉用量越多，降溫效果越好。當(dāng)膩?zhàn)訉油馔坑蟹瓷涓魺嵬苛蠒r(shí)，鈦白粉過多將導(dǎo)致膩?zhàn)訉羽ざ仍龃?，給膩?zhàn)又苽浼笆┕聿槐恪ｂ伆追鄣淖罴延昧繛闃渲|(zhì)量的0.5倍。
2.2.4 涂層厚度對(duì)隔熱性能的影響
按照上述最佳用量，研究涂層的涂裝厚度對(duì)降溫效果的影響，結(jié)果如圖7所示。
圖7 涂裝厚度對(duì)試件溫度的影響
由圖7可見，升溫4 h后，與未涂刷試件相比，涂裝厚度分別800、900、1000μm時(shí)，內(nèi)部溫度在測(cè)點(diǎn)1分別降低了13.4、15.8、13.6℃；在測(cè)點(diǎn)2分別降低了9.1、9.5、9.9℃。由測(cè)點(diǎn)1分析可知，隨著涂層厚度的變化存在一個(gè)最佳厚度900 μm。雖然在測(cè)點(diǎn)2涂裝厚度1000μm的降溫較好，但在測(cè)點(diǎn)1涂裝900μm時(shí)表現(xiàn)的降溫效果明顯。由此推斷，涂裝厚度在900μm時(shí)降溫效果最佳。
綜上所述，以環(huán)氧樹脂質(zhì)量為參照，m（樹脂）∶m（空心玻璃微珠）∶m（膩?zhàn)臃郏胢（鈦白粉）=1∶0.1∶1.5∶0.5，涂裝厚度為900 μm時(shí)，降溫效果最佳。
2.3 耐久性能分析
2.3.1 吸水性
未涂刷與涂刷膩?zhàn)訉釉嚰奈孰S浸泡時(shí)間的變化趨勢(shì)如圖8所示。
圖8 混凝土吸水試驗(yàn)結(jié)果
由圖8可見，試件吸水率隨著浸泡時(shí)間的延長而增大。未涂刷的試件吸水率在6、24、72 h時(shí)分別為2.07%、2.67%、3.06%，涂刷膩?zhàn)訉拥脑嚰试?、24、72 h時(shí)分別為0.14%、0.32%、0.70%，僅為未涂刷吸水率的6.76%、12.00%、22.88%?？梢缘贸觯克⒛?zhàn)訉釉嚰奈实陀谖赐克⒌脑嚰?，原因是膩?zhàn)訉釉诨炷猎嚰砻嫘纬闪艘粚泳鶆虻牟煌杆?，膩?zhàn)訉涌山档臀?7.12%，提高了試件的抗?jié)B能力，具有較好的防水性能。
2.3.2 抗凍性能
質(zhì)量損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的變化如圖9所示。
圖9 不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土的質(zhì)量損失率變化
由圖9可見，隨著凍融次數(shù)的增加，兩者質(zhì)量損失率發(fā)展規(guī)律截然不同。在凍融25次時(shí)，未涂刷的試件質(zhì)量損失率達(dá)到了0.6%，混凝土試樣已經(jīng)開始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，而涂刷膩?zhàn)訉釉嚰|(zhì)量反而增大；在凍融50次和100次時(shí)，未涂刷試件的質(zhì)量損失率為0.8%和1.1%，混凝土試件質(zhì)量損失略有放緩，但涂刷膩?zhàn)訉釉嚰馁|(zhì)量一直增大，原因是膩?zhàn)訉优c混凝土基底有良好的粘接性和防護(hù)效果，有效阻隔外界水侵入和流出，同時(shí)還能有效修補(bǔ)混凝土表面缺陷避免其脫落，抑制混凝土的凍融破壞過程，具有良好的抗凍性能。
試件強(qiáng)度和強(qiáng)度損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的變化趨勢(shì)如圖10所示。
圖10 不同凍融循環(huán)次數(shù)下混凝土的強(qiáng)度變化
由圖10可見，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，試件抗壓強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)，強(qiáng)度損失率增加。涂刷膩?zhàn)訉釉嚰箟簭?qiáng)度略高于未涂刷試件，25、50、100次凍融循環(huán)后未涂刷試件的抗壓強(qiáng)度分別為26.5、25.6、25.0 MPa，涂刷膩?zhàn)訉釉嚰目箟簭?qiáng)度分別為27.3、26.4、26.0 MPa，兩者相差不大，說明膩?zhàn)訉訉?duì)改善混凝土凍融循環(huán)后的抗壓性能作用不明顯。從強(qiáng)度損失率來看，未涂刷試件在25、50、100次時(shí)高出涂刷膩?zhàn)訉釉嚰?.2%、2.2%、2.8%，在凍融次數(shù)達(dá)到50次后，強(qiáng)度損失率有明顯的增加，表明涂刷膩?zhàn)訉涌稍谝欢ǔ潭壬辖档蛷?qiáng)度損失。
2.3.3 碳化性能
混凝土不同齡期的碳化深度如表3所示，涂刷膩?zhàn)訉拥幕炷撂蓟闆r如圖11所示。
表3 混凝土在不同齡期的碳化深度
由表3和圖11可見，未涂刷膩?zhàn)拥幕炷猎嚰蓟疃入S齡期的延長而逐漸增大，且3～7 d的碳化深度增幅最大，7～14 d的碳化深度增幅居中，14～28 d的碳化深度增幅最小。而涂刷膩?zhàn)拥幕炷猎嚰?～28 d碳化深度為0。主要原因是膩?zhàn)訉釉诨炷帘砻嫘纬闪艘粚用懿煌笟獾姆忾]涂層，徹底隔絕了環(huán)境中的二氧化碳的侵入，進(jìn)一步表明，表面涂刷膩?zhàn)訉幽茱@著提高混凝土的抗碳化性能。
3 結(jié) 論
（1）以不同時(shí)間批刮后膩?zhàn)訉颖砻鏍顟B(tài)初步篩選了雙組份膩?zhàn)覣組份組成材料配比范圍為：膩?zhàn)臃塾昧坎桓哂诃h(huán)氧樹脂用量的1.5倍，B組份組成材料固化劑與膩?zhàn)臃鄣馁|(zhì)量比為1∶3。
（2）利用自行搭建的隔熱試驗(yàn)平臺(tái)對(duì)原材料組成進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，隔熱效果隨空心玻璃微珠和膩?zhàn)臃塾昧康脑黾佣岣撸?dāng)材料配比為m（樹脂）∶m（空心玻璃微珠）∶m（膩?zhàn)臃郏?1∶0.1∶1.5時(shí)，可降低溫度6.4℃；摻加樹脂質(zhì)量0.5倍的鈦白粉可降低溫度13.1℃。
（3）經(jīng)72 h吸水試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，膩?zhàn)訉涌捎行Ы档臀剩?4 h吸水率僅為未涂刷試件的12%；經(jīng)凍融試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，膩?zhàn)訉訉?duì)混凝土有良好的抗凍性能；3、7、14、28 d碳化試驗(yàn)結(jié)構(gòu)表面均無碳化，涂刷膩?zhàn)訉拥幕炷辆哂辛己玫目固蓟阅堋?/p>
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