高渗透改性环氧涂料对提高混凝土耐久性及在防腐工程中的应用.pdf

3 7 8大型桥梁和水工结构防腐蚀技术高渗透改性环氧涂料对提高混凝土 耐久性及在防腐工程中的应用叶林宏( 广州科化防水防腐补强有限公司)【摘要】本文介绍了用环氧类涂料对混凝土做防腐处理以提高其耐久性的情况，对国内首创的渗入固结型防腐防水新材料的性能、特点和初步应用情况做了简述1 前言．在工程建设中，设法提高混凝土结构的耐久性，是保障工程安全运行、延长工程使用年限，从而达到节约资源、节省能源的重要技术措施为此，国内外都在研究和运用提高混凝土结构耐久性的技术和材料，诸如通过添加高性能的外加剂来提高混凝土结构的耐久性、通过喷涂混凝土保护剂来提高混凝土结构的耐久性、对在有腐蚀介质环境中的混凝土结构通过进行防腐防水处理来提高混凝土结构的耐久性，等等当然，在混凝土结构出现裂缝时，通过化学灌浆的方法来堵水补强，也是提高混凝土耐久性的措施之一·对于在有腐蚀介质的环境中使用的混凝土结构，针对不同腐蚀介质的情况或在混凝土中添加针对性的防腐添加剂、或在混凝土结构表面使用防腐材料封护进行防腐处理在众多的防腐材料中，环氧类材料是应用较早而性能优良的一类本文要介绍的就是环氧类防腐材料中的一个新军——专用于混凝土结构防腐的高渗透改性环氧防腐涂料。

2 环氧类防腐涂料是常用高分子防腐涂料中的佼佼者混凝土结构在有腐蚀介质的环境中做防腐处理的目的是为了提高混凝土的耐久性，那么，其防腐材料本身就必须具备优良的耐久性( 包括耐腐蚀性、耐水性、耐微生物分解性、耐候性等) ，而这又是防腐材料自身的分子结构所决定的2 ．1分子结构铸就良好的性能在当前已广泛应用的众多高分子防腐涂料品种中，环氧类防腐涂料与常用的聚氨酯类、丙烯酸类、聚酯类、氯化橡胶类、氯磺化聚乙烯类、醇酸树脂类防腐涂料的性能相比，具有更好的综合防腐性能，虽然比不上价格昂贵的聚四氟乙烯，但还是常用高分子防腐涂料中的佼佼者，应用范围广、用量大．环氧树脂的优良防腐性能是由环氧树脂分子自身结构组成和固化后形成三维立体空间的网状结构所注定的通用的双酚A 环氧树脂分子中含有羟基、醚基和活泼的环氧极性基团，因此具高渗透改性环氧涂料对提高混凝土耐久性及在防腐工程中的应用3 7 9有独特的高粘接能力，能对金属和非金属的许多不同材质进行粘合，故有万能胶之称环氧树脂在进行固化反应时没有副产物产生，因而收缩率很小，与固化剂反应交联成稳定的立体网状结构，不仅机械强度高、力学性能好，还因固结体中含有稳定的苯环和醚键，其耐老化性能、耐腐蚀和耐化学溶剂的性能也很好。

据文献记载，含有脂肪链羟基的环氧树脂与碱不起作用；常温下浸入浓度为3 6 ％的盐酸或浓度为7 5 ％的硫酸溶液中，放置半年未见有任何变化；放入浓度为1 0 ％的氢氧化钠溶液或盐水中，在常温下经半年时间后性能仍稳定⋯2 ．2 对环氧类材料耐久性的肯定水电大坝工程中使用的高分子材料，对其耐久性的要求十分严格，选用时十分谨慎水电系统组织的赴美考察团在洛杉矶海港码头考察，发现用环氧树脂喷涂的混凝土桩使用已1 8 年而未见任何老化现象，这一考察结果对环氧树脂在水电工程中的应用，尤其是在大坝基础断层破碎带使用环氧类化学灌浆材料加固方法起到了积极推动作用；因而当时水电部系统下属的几个科研院 竞相开展了永久性加固大坝基础低渗性软弱断层破碎带用的改性环氧化学灌浆材料的研究而最早开始研究并取得突破的是中国科学院广州化学研究所，我国化学灌浆材料的创始人之一叶作舟先生带领的课题组研制的高渗透改性环氧化灌浆材“中化一7 9 8 ”经过安徽陈村大坝、四J l [ - ．滩大坝和青海龙羊峡大坝三地现场试验和施工性试验取得成功后，于1 9 8 7 年大规模用于加固龙羊峡大坝基础，开创了在世界上用化学灌浆方法原位加固低渗性软弱含泥大坝基础而取代传统的开挖回填方法的先例，受到专程到龙羊峡电站大坝考察的国际大坝会议的外国同行专家们的一致赞誉；该项成果亦获得中国科学院科技进步一等奖、中国专利优秀奖和国际专利展金奖。

接下来的近二十年中，“中化一7 9 8 ”浆材在十多个水电大坝应用已使用近2 0 年的龙羊峡大坝经历了6 ．3 级地震的考验，2 0 0 4 年已进入高水位运行1 9 9 9 —2 0 0 3 年，三峡大坝也采用改性环氧材料加固断层破碎带，用量达3 8 0 吨由此可见，环氧类材料作为百年大计的水电大坝基础加固补强与防水材料，其耐久性已得到了充分肯定2 ．3 环氧类材料在防腐工程中的应用环氧类材料作为防水兼防腐材料，我国水电部门上世纪六十年代已开始应用，在欧洲于桥梁防水工程中得到大量的应用口1 ；香港地铁8 0 年代以后的建设中对大开挖方式的主体结构的顶部与侧墙及车站顶板均采用环氧树脂进行喷涂，直接喷涂在混凝土面作防水兼防腐的保护层p 1 环氧类材料用作金属表面防腐和混凝土管道的防腐我国在上世纪五十年代已开始应用并逐步得到推广，大致应用在以下方面：然而上述的应用领域用传统的环氧材料作防腐时，除化工容器内衬与工业污水处理池作成环氧玻璃钢和一些金属构件用环氧粉末喷涂外，大都是做成各种环氧涂料来涂刷，只是在被保护物 体表面形成一层膜，尽管环氧涂料的粘着性很好，但形成的膜与物体表面层之间就是受到温度变化、载荷等因素影响造成的应力集中部位，久而久之就会造成粘结力衰退而出现脱皮的现象。

对此，我公司研制出了一种专门用于混凝土结构防腐的高渗透改性环氧防腐涂料，它能渗入混凝土内3 一l O m m ，形成一定厚度的防腐防水增强层，可以解决上述的应力集中问题这种渗人固结型防腐涂料又有人称之为“混凝土保护剂”3 8 0大型桥梁和水工结构防腐蚀技术●建筑钢结构防腐化工容器设备防腐{喷涂玻璃钢 金属防腐{船舶防腐．汽车防腐管道防腐环环氧地坪氧 {化工厂房地面{环氧砂浆防 腐环氧涂料桥梁与水土结构防腐混凝土结构防腐{混凝土管道防腐地铁盾构管片防腐水下建筑物( 含海水) 防腐污水处理池防腐混凝土结构防盐雾腐蚀3 高渗透改性环氧涂料的性能、特点及其在混凝土结构防腐工程中的应用3 ．1高渗透改性环氧涂料的设计构思与性能特点3 ．1 ．1国内首创渗入固结型高渗透改性环氧防腐、防水涂料的研制：渗入固结型改性环氧防腐、防水涂料的研制首先是得益于我们“中化一7 9 8 高渗透改性环氧化学灌浆材料”的研究与应用成功，它具有优良的力学性能、耐老化性能和优异的渗透性能：它能渗入渗透系数K = 1 0 一～1 0 8 e m ／s 的泥化夹层中，( 见图l 及图2 ) ，固化后将泥层的土性变为岩性，因而它应更能渗入渗透系数比泥大得多的属多孑L 介质的混凝土或水泥砂浆中。

我们将“中化一7 9 8 ”浆材涂刷在混凝土和水泥砂浆面上，固化后切开观察，用量在0 ．4 —0 ．5 k g ／m 2 时它渗入的深度达3 —5 r a m ；用量达0 ．9k g ／m 2 时其渗入深度可达1 0 m m 另外是对因刚浇筑完屋面就下大雨而造成渗漏的两栋楼分别在1 9 9 1 年和1 9 9 2 年用“中化一7 9 8 ”浆材进行涂刷处理，发觉效果非常好，后用来处理其他一些屋面、水池、厨厕管道与地面接合部位渗漏的处理，都非常成功因此，我们决定调整配方设计，开发混凝土结构专用的防腐、防水等系列产品：改变设计 的思路一是认为没有必要保留“中化一7 9 8 ”化灌浆材那么高的抗压、抗剪强度，二是考虑涂料施工时是涂刷，不能像灌浆可实施加压渗透，所以，应改进配方着重提高浆液在无压状态下的白渗能力，对此，我们运用对“中化一7 9 8 ”浆液渗透机理和浆材各组分间反应机理的研究成果H j l ，对材料配方进行了改变和调整，最终研制出了首创渗入固结型的具有高渗透能力的中化一7 9 8 —1 1 I 高渗透改性环氧防腐涂料( K H —1 ) 、防水涂料( K H 一2 ) 、防水与粘接双功能粘合剂( K H 一5 ) 等系列材料：它们的力学性能超过混凝土，在一定用量范围内可渗入厚度为3 —1 0 m m 。

这系列新材料的防腐、防水机理是涂刷在混凝土或水泥砂浆上的涂料沿着基面的毛细管道、微孔隙和肉眼难于发现的微细裂缝自外而内渗入、充填、封闭、固化后将其粘接成一个整高渗透改性环氧涂料对提高混鞭土耐又性及在防腐工程中的应甩3 8 1体，形成一定厚度的不透水嚏憎水的增强固结层，从而达到防腐、防水的目的，这就是这系列渗入固结型涂料的簖腐、防水机理其渗入的摊度是可测可见的圈1 = 滩m 粪尝芯样偏光显潋镜照片三条裂缝均被化寝浆液充填其宽度分别为n0 3 2 、0 ．0 2 、00 0 6 1 n r l l强2 电镜照片表明l e n t 的微孔隙中充填了浆材31 ．2 中化一7 9 8 一Ⅲ高渗透改性环氧防腐涂辩( K H 一1 ) 的性能1 j 特点中化一7 9 8 一Ⅲ高渗透改性环氧防腐涂料( K H 一1 ) 的物理性能 见衷¨ 裹1I乏丧起始牺度丧面张力接触角初凝时间( 1 5 ℃M P a ·S )( 2 0 t ，1 0 N t e m )2 0 tl0 3 ．1 1 226 一1 0R ～2 8中化- 7 9 8 一噩高渗透改性环氧防腐涂耩( K H 一1 ) 的主要技求性能 弛袅2 、3 ) 表2 固结体的力学性能抗压强度抗剪强度抗折强度粘结强度渗透系数 ( f ，湿) M h∞一∞l O - n 。

1 0 ”袁3 耐老化、耐介质和冻融循环性能【抗謦性耐酸性5 ％耐碱性饱和耐紫外±2 0 ℃冻融循水泥结石浸泡本涂料前后抗压强度对比H C l 浸泡C a ( O H ) ±浸试验环镛话重量变泡9 6 hl ( X J 0 h化率％浸泡前径泡后提高宰M P aM I 、S ∞无变化无变化无变化4 0 ．83 403I3 中化一7 9 8 一Ⅲ高渗透收性环氧肪腐涂料( K H 一1 ) 的特点1 ) 具有优异的渗透性和排水置换性上述的研究裘臻，在浆液中添加增渗荆可降低浆液的接触角而增太浆液净醢灌介质的亲和大型桥梁和水工结构防腐蚀技术力，从而挺高浆澈的渗透能力，我们还通过实验测试丫浆液的亲和力大于水的亲和力．这也是在常用的水平管法实验中浆液能驱赶饱水砂柱中的水并取谢代之的原因在实际应用中，浆液渗透的介质是岩土或混凝土或水泥砂浆，在这砦介质中有水存在的情况下依然能渗透进去，表明该涂料具有较好的自排水能力”】( 见图3 ) ，所以，枉施工时设树料对纂面的古水量并不苛求，在潮湿基面同样可施工其渗透深度在每平方米使用约04 —05 k g 的情况下，可渗入3 —5 m m 深， 网结后与原来的渗入通道——微细裂缝和毛细管壁粘结成一个整体，形成不适水的憎水的防腐防水层( 域层的渗透系数可低至K ≤1 0 “2 —1 0 “’c m ／s ) 。

染上颜色的水在水巾央啸上滴浆淮浆减和求中扩醒捧水的情形圈32 ) 具有良好的越结性和力学性能r h 于摸清了使原来作为非活性稀释荆的丙酮分子活化产牟自缩聚和吲索醛分子缩聚的条件与规律，筛选r 高效的使丙酮活化的催化荆和最佳用量范围，从而使丙酮分子参与r 环氧辩脂的弼 化反臆，连结到网状同结体中，这一作用不议增加f 网状围结体的韧性．提高了材料的抗剪、抗冲性能和断裂伸长率，而H 避免了丙酮只是非话性稀释剂，被包 裹在围结体中容易逸出而造成固结体收缩的毛病；鲻时也埘为丙酮分子参加了反应而提高r 围结体的耐老化、耐介质性能，这是其他政性环氧材料难r 做到的我们曾经见过槊些以丙酮作稀释荆的改性环氧灌浆材料在对断层灌浆后取出的岩芯样．放置| 段 时间后就开裂，其原因就是其中的丙酮分子没有被} 舌化或只是小部分活化，丙酮分子从固结体中逸出而收缩造成的另外，由于本涂料渗人混凝土内部固化后形成的渗人固结层的强度比原来这一层混凝土的强度提高3 0 ％以上( 见图4 ) ．抗戳穿能力强抗开裂能力提高3 ) 固结体无毒、无污染对团结体毒性的验测，我们选择r 非常苛刻的方法．将1 5 0克的该材料固砂体放人等重鞋的纯承t 扣常温裎泡i 5 0 天，取其浸圈4泡水样进行化学f i 染物含量的测试。