0 前言
近年来,我国城市化进程不断加快,全国高速公路的修建数量呈爆发式增长。在北方,冬季降雪后高速公路消耗的融雪剂数量也在呈现递增态势,据统计,2013年,我国高速公路融雪剂的使用量约2 000万t。目前,大部分融雪剂是氯盐类的,随之造成的混凝土破坏问题越来越严重,高速公路两侧的路缘石和防撞墙均出现不同程度的腐蚀。以山西省闻垣高速为例,自竣工通车以来,由于融雪剂的腐蚀,80%的防撞墙和路缘石都存在不同程度的受损。融雪剂清理积雪造成的混凝土腐蚀破坏逐渐成为高速公路养护的重大难题。
目前,环境友好型融雪剂正在被研究并逐步推广使用,但相对价格更高,用量不大。在混凝土表面的中下部分涂刷防腐涂料是最简单有效的保护方式[3]。水性涂料在性能和施工上,相对溶剂型涂料还是存在一定的短板,但应用到混凝土上,可以满足防腐蚀的基本要求。水性环氧树脂涂料在固化后涂膜具有机械强度高、附着力强、耐水、耐腐蚀、固化收缩小等优点,水性聚氨酯涂料具有良好的机械性能、柔韧性佳、耐候性能强等优点,通过聚氨酯对环氧树脂改性,得到水性聚氨酯改性环氧树脂防腐涂料,本文以此为基料制得混凝土防腐涂料并将其应用,达到防腐的目的(见图1)。
1 试验部分
1.1 原料及试剂
聚甲基聚苯基异氰酸酯(PAPI):烟台万华;环氧树脂E-44:无锡蓝星;异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(IPTS):南京帝蒙特;丁基缩水甘油醚:天津天豪达;聚醚二元醇N330:蓝星东大;对苯二酚;甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA);2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、三乙醇胺:分析纯试剂;钛白粉、氧化锌、硅灰石粉、硅微粉:工业级。
1.2 试验设备
主要仪器:FA1604A型电子天平,KW-TH-225F型恒温恒湿箱,Positest-A附着力测试仪,YWX/Q-010型盐雾箱,KLSN-512型氙灯耐气候试验箱等。
1.3 水性聚氨酯改性环氧树脂的制备
用适量丁基缩水甘油醚溶解E-44,加入PAPI、DMPA、N330、HEMA、对苯二酚,整体加入反应釜,在N2气氛中恒温加热,反应3 h。再加入IPTS、反应3 h,最后,向反应釜中滴加计量的三乙醇胺和去离子水,直至充分溶解。
1.4 聚氨酯改性环氧防腐涂料的制备
按表1的配方称量所有材料组分,在容器内加入乳液、颜料,低速搅拌均匀,研磨至细度<20 μm,再加入抗闪蚀剂、流平剂、成膜助剂,最后加入水搅拌20 min制板、测试。
2 结果与讨论
2.1 耐水性能
在水性聚氨酯改性环氧防腐涂料的应用过程中,高速公路路缘石和防撞墙暴露在自然环境中,常常会遭到雨水的冲刷侵蚀,所以要求涂料在成膜表干后具有一定的耐水性。通过添加PE蜡乳液改善涂膜的疏水性,降低对涂膜的浸润,起到类似荷叶的疏水效应。
在夏季,25 ℃、50%相对湿度下进行涂料的耐水性试验。以市售防腐涂料为样本进行比对,作为样品1号,以自制防腐涂料作样品2号。喷涂制板干燥24 h后放入水中。1号在9 d后出现鼓泡,2号在15 d后出现鼓泡。对比结果表明2号样本的耐水性能相对更为优异。因此,在施工后只要能保证水性涂料的水分充分溢出,即施工后24 h不接触明显的雨水,自制的2号涂料在应用的过程中就具备一定的耐水性。
2.2 抗腐蚀性能
在破损的混凝土表面,尤其是夏天高温湿热的环境下,如果混凝土或者涂膜面层有腐蚀源,如未清理干净的表面盐渍、过量的酸性汽车尾气、施工人员的汗水等,在混凝土表面特别容易造成闪蚀。在目前水性防腐涂料的开发应用中,除基本防腐指标外,抗闪蚀性能是非常重要的一项指标,它对涂膜的最终应用寿命具有深远影响。因此,混凝土防腐涂料应用过程中,对比市售防腐涂料,设计了两种不同的试验方法对防腐涂料进行性能验证。
方法一:将浓度1%的NaCl溶液滴到样板上,喷涂防腐涂料,置于35 ℃、95%湿度的恒温恒湿箱内。
方法二:在样板上喷涂防腐涂料,再将浓度1%的NaCl溶液滴到涂料上,置于上述恒温恒湿箱内。经养护后,两组测试结果见表2。证明自制防腐涂料的抗闪蚀性较市售涂料要好。且自制涂料的抗腐蚀性能满足要求,见表3。
2.3 附着力
涂料与混凝土或底涂的粘结情况对涂料的使用寿命有很大影响,附着力是对涂层间粘结情况最直观检测手段,通过划格法测量附着力等级、附着力拉拔仪测量涂层间的附着力,全面了解涂料的粘结情况,通过表4可以看出,在附着力等级1级的情况下,2号样品的附着力更大。
2.4 施工性能
涂料的施工性能至关重要,它直接影响到涂膜的质量。本涂料在混凝土上施工时采用的是高压无气喷涂施工,喷涂干膜厚度约50~100 μm,共计喷涂两次。重点关注涂料的抗流挂性和干燥时间。涂料涂刷在混凝土的垂直表面上,受重力的影响,在湿膜未干燥以前,部分湿膜的表面容易有向下流坠,变成上部变薄,下部变厚,更严重的形成球形、波纹形状的现象。从表5可见,通过调整涂料的黏度,提高了涂料的抗流挂性能。涂料的干燥时间,在25 ℃、30%湿度下也小于一般的水性涂料,涂料用量和遮盖力满足施工经济合理的要求。
2.5 耐候性能
对3种涂层分别进行500 h、1 000 h、1 200 h的人工加速老化试验,观测涂层的表现。表6对比可知,2号样本涂层的人工加速老化试验性能较好,满足性能要求。
2.6 环保性能
水性涂料的低VOC,不仅有利于环境,也能减少施工者对于有毒有害挥发性有机物的接触。对该涂料的环保性能进行检测,测试其可挥发有机物含量,经权威机构检测,该涂料的VOC含量为6 g/L,重金属含量镉0.2 mg/kg(见表7),由此可见,该涂料具有十分优异的环保性,这主要由于它是以水性树脂为主体, 选用环境友好型的助剂和新型环保颜料等制成的。
3 结语
通过对水性聚氨酯改性环氧树脂防腐涂料的测试和应用,经改性的防腐涂料结合了聚氨酯和环氧树脂的优点,具有突出的防腐蚀性能、施工性能、应用性能。可有效起到保护混凝土的目的。随着我国高速公路网建设完成,越来越多的高速公路进入病害养护高峰期,越来越多的混凝土构件遭受融雪剂的腐蚀,混凝土表面防腐涂装技术作为最为广泛应用且简便有效的混凝土结构辅助防腐措施必将得到推广应用。随着2014年《环境保护法》的修订,以及国家税务总局对征收涂料消费税的公告,这表明了政府对治理环境的决心,也必将推动水性防腐涂料的发展和应用。