兩款混凝土表面防護涂料性能對比試驗及應用

宋立元

(遼寧省水利水電科學研究院，遼寧 沈陽 110003)

HK-966和HK-988均為國內某一公司生產(chǎn)的新、舊兩款表面防護涂料。其中，HK-966是一種由環(huán)氧改性的雙組分彈性密封材料，它研發(fā)和投產(chǎn)時間較早，已在國內多個水工混凝土修補防護中得到應用[1-3]；而HK-988是最新研發(fā)的新產(chǎn)品，屬于慢固化脂肪族聚脲類涂料，工程投入使用較晚[4-5]。上述兩款材料外觀、不透水性等基本性能非常相近，只有密度和失黏時間略微存在差別，詳見表1，2。

表1 HK-966彈性涂料的基本性能指標

表2 HK-988彈性涂料的基本性能指標

究竟新款材料的實用性如何？新款材料是否比舊款性能更優(yōu)？圍繞兩款涂料的拉伸、耐濕熱老化、混凝土防護試件抗凍性能等對比試驗，并結合實際工程應用情況，進行合理性分析，供工程設計參考。

1 拉伸性能對比試驗

1.1 試驗依據(jù)

試驗按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料試驗方法》[6]的拉伸性能測定方法進行試驗。

1.2 試件制備

試驗模具為自制的塑鋼矩形框模，以玻璃作底板，將厚3mm的矩形塑鋼框架粘結于玻璃上。試驗前，將玻璃底板擦拭干凈，并涂抹一層薄薄的蠟油，然后將涂料均勻地涂抹于框架內，分3次涂抹，每次時間間隔6h以上。

在室溫下養(yǎng)護14d后，將固化的涂膜從框模中拆下，然后用專門的裁刀和裁片機沖切成2型啞鈴狀試樣，試樣在室溫下再養(yǎng)護7d。啞鈴狀試樣及裁刀樣式尺寸如圖1所示，詳見表3。

表3 啞鈴狀試樣用裁刀尺寸 單位：mm

1.3 試驗過程

(1)將養(yǎng)護21d的試樣3塊一組進行編號。

(2)用測厚計在試驗長度的中部和兩端測量厚度，取3個測量值的中位數(shù)計算橫截面面積，3個厚度值都不應大于厚度中位數(shù)的2%，測量值精確到0.05mm。

圖1 啞鈴狀試樣用的裁刀及試樣

(3)試驗時，要將試樣對稱地夾在拉力試驗機的夾具上，并配置伸長率測定裝置，如圖2所示。在試驗過程中，拉力機夾具的移動速度設定為300mm/min。

(4)記錄試驗結果，并計算。

圖2 HK-966、HK-988試樣拉伸性能試驗

1.4 試驗結果及分析

HK-966和HK-988均按照上述試驗內容進行測試，各取3組試樣試驗。拉伸強度按照GB/T 16777—2008第9.3.1節(jié)的公式計算；扯斷伸長率則按照GB/T 16777—2008第9.3.2節(jié)的公式計算，即

TL=P/(B×D)

(1)

式中，TL—拉伸強度，MPa；P—最大拉力，N；B—試件中間部分寬度，mm；D—試件厚度，mm。

E=(L1-L0)/L0

(2)

式中，E—斷裂伸長率，%；L0—試件起始標線間距，25mm；L1—試件斷裂時標線間距，mm。

HK-966和HK-988拉伸強度和扯斷伸長率試驗結果見表4。

表4 HK-966和HK-988彈性涂料的拉伸試驗結果

從試驗結果看，HK-988的拉伸強度平均值約為HK-966的1.88倍，而其扯斷伸長率增幅相對較小(約為1.69倍)。通過觀察兩種材料的切口斷面，HK-988試樣比HK-966試樣致密，但HK-988較硬，韌性小。

試驗過程中發(fā)現(xiàn)，兩種試樣斷的裂口都首先出現(xiàn)在截面有氣泡等瑕疵的部位，因此在今后的工程施工中應特別注意材料的涂抹過程，要均勻涂抹并采取薄涂的方式，盡量把氣泡排出，避免出現(xiàn)氣泡等瑕疵，從而影響材料的整體性和力學性能。同時還應注意涂抹間隔時間不宜過久，而且下一遍涂抹前一定要把前一涂層面清理干凈，以免影響涂層間的結合。

2 耐濕熱老化性能對比試驗

2.1 試驗依據(jù)

試驗采用80℃/7d恒溫水浴快速測試方法，在80℃恒溫水浴箱中將試樣放置7d后測試其拉伸強度和扯斷伸長率。該方法和國際標準測試方法的測定值誤差不大于1.5%。

2.2 試件制備

試驗的兩種材料試樣的制備與1.2節(jié)拉伸試驗的制備養(yǎng)護方法一樣。

2.3 試驗過程

(1)將養(yǎng)護21d的HK-966和HK-988啞鈴狀試樣分別裝在兩個銅絲網(wǎng)格小簍中，然后放入80℃恒溫水浴箱中7d。

(2)7d后，分別將試樣取出，擦洗干凈。

(3)按照1.3節(jié)拉伸試驗操作步驟進行拉伸試驗。

2.4 試驗結果及分析

80℃恒溫水浴7d后，HK-966彈性涂料試樣表面觀察沒有任何變化，而HK-988彈性涂料試樣恒溫水浴后發(fā)生變形膠黏在一起，同時發(fā)現(xiàn)試樣表面出現(xiàn)粗糙、空洞等現(xiàn)象，如圖3所示。

圖3 HK-966和HK-988彈性涂料恒溫水浴試驗結果

恒溫水浴過程中由于HK-988彈性涂料試樣變形膠黏在一起，最后只找到6塊比較完整的試樣進行了拉伸性能試驗。試樣個數(shù)滿足本試驗相關規(guī)范規(guī)定的試樣數(shù)量的要求，可以作為試驗結果。HK-966和HK-988彈性涂料濕熱老化處理后拉伸試驗結果見表5。

表5 HK-966和HK-988彈性涂料耐濕熱老化試驗結果

從試驗結果看，濕熱老化處理后HK-966彈性涂料的扯斷伸長率大幅下降，而拉伸強度卻略微有所增加；HK-988彈性涂料的拉伸強度大打折扣，降幅達到56.0%，而扯斷伸長率的增長卻達到38.5%。表明后者對濕熱老化等環(huán)境變化更敏感。

3 混凝土防護試件抗凍性能對比試驗

3.1 試驗依據(jù)

試驗根據(jù)SL 352—2006《水工混凝土試驗規(guī)程》第4.23節(jié)混凝土抗凍性試驗的內容進行。試驗儀器為混凝土快凍試驗臺(HTD-B)。

3.2 試件制備

按照SL 352—2006制作標準抗凍試件，尺寸為100mm×100mm×400mm的棱柱體。在標準養(yǎng)護室養(yǎng)護28d后，用鋼刷打磨除去表面灰漿、雜物、油漬等，在室溫下晾干。HK-966和HK-988每種分成抗凍組和對照組，抗凍組試件全部涂覆，對照組只涂覆一個面。每塊試件在涂抹材料前都涂覆一層界面劑，材料涂刮3遍，厚度2～3mm，時間間隔6h。

3.3 試驗過程

(1)將涂刮HK-966和HK-988彈性涂料的試件放在室溫下，養(yǎng)護21d。

(2)達到齡期后，將抗凍組試件進行300次凍融試驗。

(3)對照組試件用混凝土鉆芯取樣試驗機鉆透涂層并鉆到混凝土內1～15mm。每面鉆取4處，鉆頭尺寸為Φ=5cm。

(4)將拉拔試驗儀的試驗鐵塊粘于對照組鉆好的HK-966和HK-988彈性涂料的表面；7d后，用拉拔試驗儀檢測材料與混凝土的黏結強度。

(5)抗凍組試件凍融300次以后，采用(3)和(4)步驟的方法，檢測HK-966和HK-988彈性涂料與混凝土面的黏結強度，如圖4所示。

圖4 HK-966和HK-988凍融循環(huán)后黏結試驗

3.4 試驗結果及分析

此次試驗中，每塊試件都測取4個黏結強度值，然后求得平均值作為試驗結果值。試驗結果及破壞面情況見表6。

此次試驗試件采用HK-966、HK-988完全包覆的形式，試件經(jīng)過300次凍融破壞后，均未出現(xiàn)涂層破壞的現(xiàn)象，說明兩種防護涂料均具有抗凍融破壞能力；材料與混凝土間的黏結強度降低相對較少，可見涂層結構未受破壞，有效地阻止了水分的滲入，避免了混凝土的凍融破壞。

表6 HK-966和HK-988彈性涂料凍融前后與混凝土黏結強度及破壞情況

從試驗結果可以看出，HK-966相對HK-988的黏結強度下降幅度較大，可能的原因是，HK-966涂層的致密程度較HK-988差，在凍融循環(huán)過程中，涂層未能有效保護混凝土試件而導致混凝土表面受到輕微的凍融循環(huán)影響，從而降低了涂層與混凝土間的黏結性能。

4 工程應用情況

HK-966和HK-988在遼寧某重力壩迎水測混凝土防護工程中得到了示范應用，通過2年多的現(xiàn)場觀測，證明兩款材料對提升混凝土耐久性均具有良好的效果。現(xiàn)場防護施工情況如圖5所示。

圖5 HK-966和HK-988在工程現(xiàn)場應用試驗

5 結語

通過試驗與現(xiàn)場應用，HK-966和HK-988表面防護涂料均具有良好的致密性、柔韌性、抗凍性，可有效提高被防護混凝土的抗?jié)B、抗沖磨、抗凍等能力。從性能對比效果看，HK-966耐老化性能更穩(wěn)定，而HK-988的拉伸性能和抗凍性能相對更優(yōu)。至于在工程應用中如何對二者進行選取，則需要結合兩款材料的造價、施工工藝、長期穩(wěn)定性等情況進行綜合對比才能得到合理結果。