不同復(fù)合涂層對(duì)混凝土防護(hù)性能的影響

0 引言

混凝土由于流動(dòng)性的需要，在制備過程中會(huì)摻入過量的水化用水，導(dǎo)致其硬化后在內(nèi)部為多孔結(jié)構(gòu)[1]。在混凝土服役期間，有害物質(zhì)以水為介質(zhì)通過孔進(jìn)入混凝土，腐蝕其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。凍融循環(huán)、鋼筋腐蝕和碳化作用等均會(huì)引起混凝土結(jié)構(gòu)的破壞，導(dǎo)致一定的經(jīng)濟(jì)損失[2]。目前，最常用的方法是對(duì)混凝土進(jìn)行表面處理，以提高混凝土的防護(hù)性能。

表面涂層是保護(hù)混凝土結(jié)構(gòu)，提高其耐久性的一種重要方法。混凝土表面防護(hù)涂料可分為表面成膜型、孔隙封閉型、疏水浸漬型3類[3]。其中，環(huán)氧樹脂、聚氨酯等是最常見的成膜型混凝土防護(hù)涂料。孔隙封閉型材料最常用的是水泥基滲透結(jié)晶材料、反應(yīng)性硅酸鹽和聚合物浸漬材料。當(dāng)有水分滲入混凝土后，活性成分在水的作用下與游離的 Ca²⁺ 發(fā)生反應(yīng)生成 CaCO₃ 晶體，密封混凝土中的毛細(xì)孔，進(jìn)而起到阻止水進(jìn)一步滲入和修補(bǔ)混凝土裂縫的作用[4]。疏水浸漬材料是通過混凝土的多孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行滲透，使其表面為超疏水結(jié)構(gòu)，從而阻止水和有害離子進(jìn)入內(nèi)部造成性能裂化，硅烷、硅氧烷或者兩者的混合物是常用的疏水浸漬劑[5]。目前，針對(duì)單一涂層處理的混凝王性能研究較多，但缺乏混凝土涂覆不同涂層的綜合對(duì)比評(píng)價(jià)。

本文選用環(huán)氧樹脂、水泥基滲透結(jié)晶材料和有機(jī)硅三種典型的復(fù)合涂層，研究了其對(duì)混凝土吸水率、抗氯鹽和硫酸鹽侵蝕以及凍融循環(huán)破壞的影響，旨在為混凝土耐久性防護(hù)的工程應(yīng)用提供重要的理論指導(dǎo)與參考。

1 試驗(yàn)部分

1. 1 原材料

中聯(lián)P.042.5普通硅酸鹽水泥，28天抗壓強(qiáng)度為 50.8MPa ；S95級(jí)礦粉，28天活性指數(shù) 97% ； I 級(jí)粉煤灰，燒失量 2.3% ，需水量比為 95% ； 5～20mm 連續(xù)級(jí)配碎石， I 區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.9；聚羧酸系高性能減水劑，減水率為 38% ；所用拌合水為城市自來水；環(huán)氧樹脂、水泥基滲透結(jié)晶材料和有機(jī)硅涂層均購買自市場(chǎng)。

1.2試驗(yàn)制備與方法

C50 混凝土的配合比為：水泥 400kg 、礦粉 80kg ，粉煤灰 60kg 、砂 700kg 、碎石 1100kg 、減水劑 12kg 水 160kg 。試驗(yàn)選用4組混凝土進(jìn)行，分別為空白組、涂覆環(huán)氧樹脂、添加水泥基滲透結(jié)晶材料以及涂覆有機(jī)硅。不同涂層的使用方法均按照材料廠商提供的工藝及用量進(jìn)行。

混凝土吸水率實(shí)驗(yàn)參考《水運(yùn)工程結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（JTS153-2015）中的方法進(jìn)行；混凝土抗氯鹽和硫酸鹽侵蝕性能、凍融循環(huán)性能依據(jù)《混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50082-2024）進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1混凝土的防水性能

成膜型（環(huán)氧樹脂）、孔隙封閉型（水泥基滲透結(jié)晶材料）和疏水浸漬型（有機(jī)硅）三種涂層對(duì)混凝土防護(hù)后的吸水率結(jié)果見圖1。由圖可知，涂層試件的吸水率均低于對(duì)照組，表明涂層防護(hù)后的混凝土防水效果有所提升。相比與同條件下對(duì)照組的空白試件，涂刷成膜型的試件吸水率最低，降低了 50.7% ，疏水浸漬型和孔隙封閉型的分別下降了 46.2% 和26.9% ，說明環(huán)氧樹脂對(duì)混凝土的防水效果最好，有機(jī)硅和水泥基滲透結(jié)晶材料的效果逐漸下降。這主要是由于環(huán)氧樹脂利用自身成膜來阻擋水介質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，而水泥基滲透結(jié)晶材料主要在基體內(nèi)部發(fā)揮作用，有機(jī)硅的膜厚度又低于環(huán)氧樹脂，所以其防水效果最好。

圖1不同涂層對(duì)混凝土吸水率的影響

2.2混凝土的抗氯鹽與硫酸鹽侵蝕性能

混凝土試件進(jìn)行表面涂層防護(hù)后的電通量變化見圖2。由圖可知，環(huán)氧樹脂涂層試件的電通量最低，為174C。水泥基滲透結(jié)晶材料、有機(jī)硅和對(duì)照組的依次提高，對(duì)照組的最高為346C，這表明所有的涂層均提高了混凝土的抗氯鹽侵蝕性能。但不同涂層效果有所差別，相比空白試件，環(huán)氧樹脂、水泥基滲透結(jié)晶材料和有機(jī)硅分別降低了 49.7% 、 35.3% 和28.3% ，環(huán)氧樹脂試件的防護(hù)效果最明顯，這與2.1得到的結(jié)論一致。

圖2（右）顯示了混凝土試件涂覆不同涂層后在經(jīng)歷100次硫酸鹽干濕循環(huán)后的結(jié)果。經(jīng)硫酸鹽侵蝕后，不同樣品表面狀態(tài)有較大區(qū)別。空白試樣表面已出現(xiàn)輕微破壞情況，表面覆蓋一層渣樣，輕微觸碰即可掉落，說明抗硫酸鹽侵蝕性能較差。對(duì)比有涂層的樣品，表面均未出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，外觀良好，表明涂層有效提升了混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能。其中，水泥基滲透結(jié)晶材料試件表面略有渣樣，但不明顯。

圖2不同涂層對(duì)混凝土電通量和抗硫酸鹽侵蝕的影響

左圖為電通量，右圖為硫酸鹽侵蝕

2.3混凝土的抗凍融劣化性能

不同涂層混凝土試件在凍融循環(huán)作用下相對(duì)質(zhì)量損失率變化情況見圖3。從圖中可知，隨著凍融次數(shù)的增加，所有混凝土試樣的質(zhì)量損失率均有所增加，這主要是由于混凝土在凍融損傷過程中孔隙不斷增加所導(dǎo)致。綜合來看，三種涂層均降低了混凝土的相對(duì)質(zhì)量損失率，有助于提高混凝土的抗凍融性能。其中，水泥基滲透結(jié)晶材料試件的抗凍融性能最好，

100次循環(huán)時(shí)降低了 3% ，而環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅差別不大，降低幅度在 1%～2% 之間。這主要是由于水泥基滲透結(jié)晶材料分散在水泥基體中，可以密實(shí)基體微觀結(jié)構(gòu)，從而提高混凝土的抗凍性。但環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅主要涂覆在混凝土表面，在表面層阻礙水分進(jìn)入，無法在內(nèi)部填充孔隙，所以抗凍性提高作用有限。

圖3不同涂層對(duì)混凝土凍融循環(huán)質(zhì)量損失率的影響

3結(jié)論

（1）環(huán)氧樹脂對(duì)混凝土的防水和抗氯鹽侵蝕效果最好。相比C50混凝土，涂刷環(huán)氧樹脂的試件吸水率降低了 50.7% ，有機(jī)硅和水泥基滲透結(jié)晶材料的試件分別下降了 46.2% 和 26.9% 。此外，分別涂刷環(huán)氧樹脂、水泥基滲透結(jié)晶材料和有機(jī)硅的混凝土試件電通量下降了 49.7% 、 35.3% 和 28.3% 0

（2）環(huán)氧樹脂、水泥基滲透結(jié)晶材料和有機(jī)硅能顯著提升混凝土表層的密實(shí)性，提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性能，降低凍融循環(huán)過程中的質(zhì)量損失。水泥基滲透結(jié)晶材料試件的抗凍融性能最好，100次循環(huán)時(shí)降低了 3% ，而環(huán)氧樹脂和有機(jī)硅降低幅度在1%～2% 之間。

參考文獻(xiàn)：

[1］宋辰，姜超，顧祥林．碳化對(duì)混凝土微孔特征和吸水性能的影響[J]．同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2024，52（4）：567-573.

[2］葡鵬臻，任錦波．鹽堿環(huán)境下氯化物侵蝕對(duì)混凝土橋梁耐久性的影響［J]．硅酸鹽通報(bào)，2024，43（9）：3235-3243.

[3］張飛凡，裴萬勝，張熙胤，等．超疏水涂層的制備及在寒區(qū)混凝土中的應(yīng)用研究綜述［J]．材料導(dǎo)報(bào)，2023，37（S2）：196-207.

[4]王亮.基于滲透結(jié)晶材料的混凝土多維損傷自修復(fù)性能研究［D]．重慶：重慶交通大學(xué)，2024.

[5」李萌萌，吳聰，金祖權(quán)，等．濱海環(huán)境下水泥基材料有機(jī)硅防護(hù)涂層的研究進(jìn)展［J]．建筑材料學(xué)報(bào)，2024，27（4）：332-342.