新型清水混凝土保護劑在路緣石上的應用技術研究

陳 軍

(中國鐵建港航局集團有限公司 廣東珠海 519070)

1 前言

清水混凝土是一種不做任何裝飾、一次澆筑成型的混凝土，因其不僅省去大量化工飾品，減少了環境污染，還最大程度地展現出混凝土本身的自然美感，如今作為裝飾已被廣泛應用于公共建筑以及市政路橋中[1-3]，如異形路緣石。由于異形路緣石一次成型，內部存在許多微孔間隙，導致其耐候性較差[4]。尤其在氣候濕潤的沿海城市中，空氣中含有大量的水蒸氣和CO2，異形清水混凝土路緣石在外部環境的侵蝕下會出現銹斑、發黃、破裂等不良缺陷，嚴重影響其壽命及外觀質量，從而失去清水混凝土的裝飾意義[5-6]。涂刷清水混凝土保護劑既能有效解決上述工程問題，又能滿足現代發展的環保性理念。

最早的清水混凝土保護劑以丙烯酸為主材，出現在上個世紀60年代的日本。因丙烯酸類保護劑存在起效時間短、效果差等缺點，隨后又研發出了有機硅樹脂類以及氟碳聚合物類保護劑。這兩種保護劑具有較好的耐久性、環保性等優點，但由于其價格昂貴、不利于大面積施工等緣故在國內未得到廣泛應用[7]。因此我國現階段清水混凝土保護劑仍主要使用丙烯酸類，處于價格競爭階段[8]。

本文依托廣東省珠海市洪灣物流園新建道路及既有道路景觀提升工程(一期)項目，針對異形混凝土路緣石在本工程施工過程中存在黃變、色彩暗淡、污染物流痕等不良現象，通過方案優化和現場施工試驗應用，研究了新型清水混凝土保護劑配比及應用于異形混凝土路緣石的新型施工方法。

2 新型保護劑配方優化研究

2.1 改性材料選擇

本文提出一種新型清水混凝土保護劑，該保護劑以傳統氟碳聚合物保護劑配方為基礎，加入納米改性材料來提高其性能。由于氟碳保護劑價格昂貴、無法大面積施工，因此改性材料的選擇要考慮成本問題；在傳統氟碳聚合物保護劑的基礎上加入改性納米材料來達到降低氟碳保護劑價格的目的。常用的改性納米材料主要有納米TiO2、納米SiO2和納米CaCO3等[9-10]。納米TiO2和納米SiO2來源比較局限、價格相對昂貴，工藝也比較復雜，不在本文考慮范圍內；納米CaCO3由于其廣泛的來源[11]，價格相對較低，市場價格在10元/kg左右，且粒徑小、比表面積大，能均勻分散到建筑涂料中，對膜層的耐水性、耐堿性、耐洗刷性等提升效果明顯，因此本文的改性劑采用納米CaCO3。

2.2 新型保護劑配方

本試驗樣品采用的氟碳樹脂乳液具體技術指標如表1所示，新型保護劑設計配方如表2所示。

表1 氟碳乳液的技術指標

表2 保護劑配方

配方中改性劑為改性后的納米CaCO3，所采用的光觸媒為納米TiO2，采用氣相SiO2作為配方中的消光粉，采用丙醇作為助溶劑，分散劑選用1，3-丙二醇；試驗中發現采用單一增稠劑時所需劑量較大，達不到價格低廉的目的，故采用羥乙基纖維素和羥丙基甲基纖維素的混合劑，混合比例為2∶1；選用消泡能力強、抑泡時間久的聚醚改性聚二甲基硅氧烷作為消泡劑；選用聚丙烯酸鈉和烷基酚聚氧乙烯非離子表面活性劑作為潤濕劑；為使保護劑在較低溫度下仍然能增加塑性聚結成膜，另添加一定量的成膜助劑，成分為十二碳醇酯。

2.3 制備流程

在新型清水混凝土保護劑的制備過程中，經過多次試驗與總結，按照以下流程(見圖1)制備的保護劑儲存狀態最穩定。具體操作步驟如下:

圖1 新型清水混凝土制備流程

(1)按照配比將增稠劑用助溶劑稀釋；

(2)按照配比將改性劑、成膜助劑、分散劑加入助溶劑中，在常溫下以1 500～2 000 r/min轉速機械分散攪拌20～25 min至均勻；

(3)按照配比將氟碳樹脂乳液、光觸媒、消光粉、潤濕劑、消泡劑及水加入步驟(2)所得溶液中，在溫度60℃下以2 000～3 000 r/min轉速攪拌30～35 min；

(4)攪拌完成后，逐滴緩慢加入增稠劑，并時刻注意觀察稠度，將粘度調節至1 200 mPa·s左右為止，靜置得到新型清水混凝土保護劑。

3 保護劑性能測試

3.1 基本性能測試

根據國家標準《合成樹脂乳液外墻涂料》(GB/T 9755—2014)對新型清水混凝土保護劑進行性能指標檢測，同時和傳統氟碳保護劑進行對比，具體檢測結果如表3所示。

表3 性能檢測指標

從表3可以看出，新型清水混凝土保護劑各項指標均符合國家規范標準，在耐沾污性、耐洗刷性、耐堿性等性能方面均優于傳統氟碳保護劑。

3.2 應用性能測試

3.2.1 吸水率測試

保護劑能在清水混凝土表面形成防水涂層從而降低其吸水能力，因此可通過試驗測試涂刷保護劑后清水混凝土的吸水率來側面反映保護劑的應用性能。澆筑尺寸為100 mm×100 mm×100 mm的清水混凝土立方體試樣，將其養護28 d后放入恒溫干燥箱干燥至恒重，干燥溫度50℃。參照標準《建筑表面用有機硅防水劑》(JC/T 902—2002)對不同保護劑處理的清水混凝土試樣進行吸水率測試[12]，測試結果如圖2所示。

圖2 吸水率與浸泡時間的關系

從圖2中可以看出，涂刷保護劑后，清水混凝土試樣的吸水率遠小于未處理的空白試樣，這主要是因為保護劑在試樣表面形成了致密的防水涂層，阻止了試樣的進一步吸水；普通清水混凝土試樣的吸水率隨浸泡時間的增加而增加，而涂刷保護劑后其吸水率基本保持不變，說明保護劑的防水效果具有持續性；與傳統氟碳保護劑相比，使用新型保護劑后清水混凝土的吸水率進一步降低，說明新型保護劑形成的防水涂層更為致密，保護效果更優。

3.2.2 抗碳化性能測試

清水混凝土的碳化現象會使其表面產生裂紋、銹斑等，嚴重影響其外觀質量，因此檢測新型保護劑對其抗碳化性能的影響具有很好的實際意義。碳化現象是指混凝土中的水化產物Ca(OH)2遇到空氣中的CO2后生成CaCO3，導致其堿性降低從而更易被侵蝕[13]，因此經常采用酚酞試劑對其進行碳化程度測試。將不同處理后的清水混凝土試樣放入SJ-2標準碳化箱進行碳化試驗，碳化結束后將試樣沿中線切成兩半，在橫截斷面噴涂酚酞試劑，顯紅區域最外側邊緣距試樣邊緣的距離即為碳化深度。新型保護劑對清水混凝土抗碳化性能影響結果如圖3所示。

圖3 碳化深度與碳化時間的關系

從圖3中可以看出，涂刷氟碳保護劑和新型保護劑的清水混凝土試樣在各個階段的碳化深度都遠小于未處理的空白試樣，說明清水混凝土保護劑可有效降低混凝土的碳化現象；新型保護劑的碳化深度比傳統氟碳保護劑更低，說明新型清水混凝土保護劑形成的涂層更為致密，保護效果更加優異。

3.3 分析與討論

通過上述性能對比測試試驗，可以看出加入改性材料納米CaCO3的新型清水混凝土保護劑在常規測試滿足規范要求的同時，還具備更優異的性能。分析其原因是納米CaCO3的加入使保護劑在形成涂層時通過多種鍵合方式封閉表面的水溶性基團，從而提高了涂層的耐水性和耐堿性；另外納米材料粒徑小，且具有更大的比表面積，加入到傳統的氟碳保護劑中能有效填充涂層表面缺陷，致使涂層更致密，因此在吸水率和抗碳化性能方面表現優異。

4 工程應用

4.1 工程概況

廣東省珠海市洪灣物流園新建道路及既有道路景觀提升工程(一期)，道路總長4 209.576 m，紅線寬度16～30 m，全部采用清水混凝土異形路緣石。由于工程所處環境空氣濕度大、日照充足，因此路緣石清水混凝土的外觀質量是該工程的質量控制重點，具體施工現狀見圖4。

圖4 施工現狀

4.2 施工工法

在現有清水混凝土保護劑施工工程的特點和工程實例的基礎上，結合該工程具體概況制訂出一套詳盡的施工工法；該工法對設計和施工進行動態控制，在確保清水混凝土質量達標的同時保障清水混凝土表面的美觀效果。本項目采用具體包括以下步驟:

(1)清水混凝土基面清理。對異形路緣石表面進行砂紙打磨，除去浮塵、銹跡、鹽類析出物等，再用高壓水槍沖洗路緣石，直至基面清理干凈。

(2)清水混凝土表面修補。對高壓水槍沖洗過后的路緣石進行晾曬，完全干燥后采用水泥灰漿對裂紋、孔縫、露筋等情況進行修補，僅需修補肉眼可見的明顯缺陷即可。

(3)新型保護劑稀釋。按照配比將新型保護劑配置完成，常用的涂刷方式有噴涂和輥涂兩種，根據不同的施工方式對保護劑進行適當地加水稀釋。

(4)新型保護劑涂刷。將稀釋后的保護劑均勻噴灑或輥涂到異形清水混凝土路緣石表面，直至路緣石表層完全濕潤，靜置等待保護劑被完全吸收。根據實際施工效果，清水混凝土保護劑需重復涂刷2～3遍，以充分發揮其保護作用。

4.3 造價分析

對上述工程中新型清水混凝土保護劑的實際應用情況進行造價分析，結合市場行情與傳統氟碳類保護劑進行對比分析，論證其可大面積應用的可行性。從表4可以看出新型清水混凝土保護劑的造價僅為5.7～15元/m2，與傳統氟碳保護劑相比降低了大約62%，說明該新型保護劑的大面積應用具備可行性。

表4 保護劑造價

5 結論

(1)納米CaCO3來源廣泛、價格低廉、效果明顯，可用于改性清水混凝土保護劑，進而提高異形路緣石外觀質量；

(2)該新型清水混凝土保護劑性能穩定，滿足規范要求，同時在耐水性、抗碳化性方面均優于傳統的氟碳保護劑；

(3)通過在廣東省珠海市洪灣物流園新建道路及既有道路景觀提升工程(一期)的現場試驗和施工，工程中的異形路緣石外觀質量達標，且成本低廉，因此，將新型清水混凝土保護劑應用于異形混凝土路緣石具備可行性。