基于納米改性的硅丙混凝土保護劑的耐洗刷性研究

馬軍旗，尹晨旭，王軼，李芳，柳志丹，陳軍程，張志增

（1.玉溪市江通高速公路有限公司，云南玉溪652600；2.中原工學院建筑工程學院，河南鄭州450007）

0 引言

隨著我國房地產業的快速發展，為了滿足人們對混凝土性能的需求，研發了高性能的混凝土保護劑［1］。混凝土保護劑具有優異的防水性能，極佳的環保性，能夠有效延長混凝土的使用壽命［2］。保護劑成膜后，長期遭受自然環境的侵蝕會出現污漬、發霉、雨漬流痕等保護面污染情況，后期維護階段用水對保護面進行清潔，使混凝土面保持原有的外觀。保護劑的耐洗刷性對保護劑的自清潔性能以及其與基層或其他涂層的附著力有著重要影響［3］，因此保護劑的耐洗刷性試驗是反映保護劑性能的較為重要的一組試驗［4-5］。

王訓遒［6］等研究了納米CaCO3漿液的添加量對納米復合建筑涂料主要性能的影響，當納米CaCO3漿料質量分數在3 %～4 %時，納米復合建筑涂料性能最佳；熊明娜［7］等通過對丙烯酸酯/納米SiO2復合乳液進行物理性能研究，得出乳液性能隨納米SiO2添加量的增加呈先上升后下降的拋物線關系；韓建軍［8-9］等用改性前后的納米SiO2分別制備納米復合涂料，研究表明：納米SiO2可以顯著提高涂料的憎水性、抗碳化性以及抗氯離子滲透性，經改性的納米SiO2對涂料性能的改善幅度更大，當改性納米SiO2的質量分數為2 %～3 %時，混凝土的抗氯離子滲透性能最好；張云鵬［10］等用納米CaCO3粒子對氟碳混凝土保護劑進行改性，當氟碳乳液質量分數為40 %，納米CaCO3的質量分數在8 %時，納米改性氟碳混凝土保護劑的性能最優。本研究在以上研究的基礎上，對納米改性硅丙混凝土保護劑的耐洗刷性進行試驗研究，為保護劑的配方確定提供依據。

1 試驗部分

1.1 原材料及試驗儀器

硅丙乳液（BLJ-KD96），上海保立佳化工股份有限公司；納米CaCO3和納米SiO2復合漿料（以下簡稱“納米復合漿料”），洛陽大豫實業有限公司；十二烷基苯磺酸鈉，天津市科密歐化學試劑有限公司；QFS-涂料耐洗刷性測定儀，天津永利達材料試驗機有限公司；蒸餾水，濟南銀潤化工有限公司；耐洗刷用PVC片，尺寸430 mm×150 mm；玻璃板，尺寸430 mm×150 mm。

1.2 配方設計

首先考察硅丙乳液用量對保護劑耐洗刷性的影響，設計30 %～50 %硅丙乳液連續變量進行研究，試驗配方見表1。然后將硅丙乳液的質量分數保持在40 %，加入納米復合漿料。設置納米漿料的質量分數為0～12 %，試驗配方見表2。

表1 基礎配方Table 1 The basic formula

表2 納米改性硅丙混凝土保護劑的配方Table 2 The formula of nano-modified silicone-acrylic concrete protective agent

1.3 保護劑的制備

保護劑的制備分為以下3個部分：

第1部分為顏填料的高速分散階段。在燒杯中稱取設計質量分數的水以及丙二醇，放置在多功能分散機下以500 r/min轉速開始分散，隨后按照配方配比依次加入分散劑、潤濕劑、成膜助劑、殺菌劑、消泡劑，分散20 min后，調節轉速至1 500 r/min，按照配方配比依次加入鈦白粉、高嶺土和硅灰石粉，高速分散40 min。

第2部分為硅丙乳液與助劑低速分散階段。首先將多功能分散機的轉速調至500 r/min，隨后加入40 %的硅丙乳液，分散20 min，然后按照配方配比依次加入成膜助劑、丙二醇、殺菌劑、消泡劑、多功能助劑，分散20 min。

第3部分為黏度調節階段。將剩余質量的水加入至燒杯中，配制增稠混合溶液，增稠劑與水的質量比為1∶1，現配現用。將配制好的增稠混合溶液緩慢滴加至保護劑中，調節保護劑的黏度，然后靜置1 h，得到納米改性硅丙混凝土保護劑。

1.4 試驗設計

耐洗刷性按照GB/T 9266—2009《建筑涂料涂層耐洗刷性的測定》進行測試。

用濕毛巾擦拭玻璃板，并把PVC片放置在玻璃板上，玻璃板濕潤的表面可以與PVC片緊緊粘在一起，在玻璃板下面鋪設報紙，防止多余的保護劑污染試驗臺。

采用150間歇式濕膜制備器將保護劑均勻涂覆于PVC片上。在規定的溫度（23 ± 2 ℃）、濕度（50 ±5 %）環境下養護7 d。

將養護完成的PVC漆膜放置在耐洗刷性測定儀上，用0.5 %十二烷基苯磺酸鈉溶液進行耐洗刷試驗，待漆膜脫落或擦破，停止試驗，記錄洗刷次數。

2 結果與討論

2.1 硅丙乳液含量對保護劑耐洗刷性的影響

取硅丙乳液質量分數30 %～50 %進行硅丙混凝土保護劑耐洗刷性試驗，旨在研究保護劑的耐洗刷性與硅丙乳液含量變化的關系，便于確定合適的硅丙乳液用量，進行納米改性試驗。硅丙乳液含量對保護劑耐洗刷性的影響如表3和圖1所示。由表3、圖1可見，當硅丙乳液質量分數在40 %以下時，保護劑成膜不連續，耐水性、與基層的附著力非常差，很快就被洗刷液浸泡起泡，在很少次數時就被刷子整體刮落，耐洗刷次數均在5 000次以下，不符合規范要求；當硅丙乳液質量分數在40 %以上時，保護劑耐洗刷次數＞5 000次，符合規范要求，可以進行納米改性試驗。

表3 硅丙乳液含量對保護劑耐洗刷性的影響Table 3 The influence of the content of silicone-acrylic emulsion on the scrub resistance of the protective agent

圖1 硅丙混凝土保護劑耐洗刷性試驗結果Figure 1 Test results of scrub resistance of silicone-acrylic concrete protective agent

2.2 納米復合漿料改性對保護劑耐洗刷性的影響

納米復合漿料用量對保護劑耐洗刷性的影響見圖2。由圖2可以看出，納米復合漿料的加入顯著地提升了保護劑的耐洗刷性。未摻入納米復合漿料時，保護劑的耐洗刷次數為6 372次；摻入2 %的納米復合漿料時，保護劑的耐洗刷次數達到13 959次，遠遠超過未改性的硅丙保護劑的耐洗刷次數；當納米復合漿料摻入量為6 %時，保護劑的耐洗刷次數達到峰值（64 394次），與未改性的硅丙保護劑相比，耐洗刷性提升了10倍之多；當納米復合漿料摻入量為8 %～12 %時，保護劑的耐洗刷次數開始下降，但均遠遠高于未改性的保護劑。

圖2 納米漿料用量對保護劑耐洗刷性的影響Figure 2 The influence of the amount of nano-size slurry on the scrub resistance of the protective agent

2.3 綜合分析

根據以上耐洗刷性的試驗結果可知，當硅丙乳液用量過少，會導致保護劑耐洗刷性減弱，當硅丙乳液質量分數為40 %時，適合進行納米改性試驗；加入顏填料后，保護劑的耐洗刷性會小幅度提升；納米復合粒子與保護劑中的硅丙樹脂存在較強的分子間作用力，使漆膜變得堅硬致密，從而提高了保護劑的耐擦洗次數，納米復合漿料添加量在0～6 %（質量分數）時，保護劑的耐洗刷性隨著其添加量的增加而增加，繼續增加納米復合漿料，納米粒子會出現團聚現象，平均粒徑變大，漆膜的機械強度發生改變，漆膜表層出現較多聚集點，在刷子的外力作用下，聚集點處容易出現透底，保護劑的耐洗刷次數降低，故納米復合漿料的質量分數以6 %為宜。

3 結語

（1） 隨著硅丙乳液含量的減少，硅丙混凝土保護劑的耐洗刷性不斷減弱。

（2） 納米改性硅丙混凝土保護劑的耐洗刷性遠遠超過未改性的混凝土保護劑。

（3） 納米復合漿料的添加量為6 %（質量分數）時，保護劑的耐洗刷性最好。