環(huán)氧樹脂-地聚物復合涂層對混凝土抗氯鹽侵蝕性能的作用

陳國良

(福建薌江工程項目管理有限公司，福建 莆田 363000)

在我國沿海和內(nèi)陸鹽漬區(qū)的水利工程建設(shè)和運行過程中，氯鹽侵蝕破壞是水工混凝土結(jié)構(gòu)所面臨的重要破壞形式，給混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性造成十分嚴重的負面影響。因此，對沿海和鹽漬區(qū)的水利工程而言，提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗氯鹽侵蝕性能就成為重中之重。當然，要提高混凝土的耐久性，不僅可以通過提高混凝土本身的抗氯鹽侵蝕性能實現(xiàn)，還可以在混凝土的表面采取涂層覆蓋措施[1]。目前，諸多研究機構(gòu)和學者針對混凝土抗腐蝕性能的需要，提出了多種混凝土涂層材料，并取得了良好的工程應用效果。將其噴涂到混凝土結(jié)構(gòu)的表面，不僅可以將混凝土表面的孔隙和缺陷封閉起來，同時還可以滲透進混凝土內(nèi)部縫隙形成憎水體系，防止各種腐蝕性介質(zhì)的破壞[2]。

地聚物是一種由重復的硅酸鹽單元組成的無定型或半晶狀結(jié)構(gòu)無機聚合物，具有強度高、耐腐蝕性強的特點，在生產(chǎn)和建設(shè)領(lǐng)域存在十分廣泛的應用。相關(guān)研究顯示，偏高嶺土基地聚物與其他地聚物相比具有更佳的抗氯離子腐蝕性和耐久性，在海洋混凝土涂層領(lǐng)域具有廣闊的應用前景[3-4]。但是，地聚物具有較高的收縮率，對其工程應用產(chǎn)生諸多阻礙[5]。為了解決這一問題，此次研究環(huán)氧樹脂和偏高嶺土基地聚物混合，制成一種新型混凝土涂層材料，并通過對比試驗，驗證其對混凝土抗氯鹽侵蝕性能的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選擇某水泥有限責任公司出品的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。該品種水泥的堆積密度為1.016 g/cm3，比表面積為3650 cm2/g，表觀密度為3000 kg/m3；試驗用細骨料為大凌河河沙。在試驗中將樣本砂曬干，然后，利用直徑5 mm和0.16 mm的標準篩過篩，篩分后的細度模數(shù)為3.29，為中砂，其含泥量和堅固性等其余指標均滿足《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準(附條文說明)》(JGJ 52—2006)規(guī)定；試驗用粗骨料為人工玄武巖碎石，其粒徑范圍為4.5～26.5 mm；試驗用減水劑為聚羧酸減水劑，推薦摻量為2.5 kg/m3，試驗用水為普通自來水，滿足《混凝土用水標準(附條文說明)》(JGJ 63—2006)的用水要求。

環(huán)氧樹脂-地聚物復合材料制備使用的是河南省焦作市豫興建材有限公司出品的偏高嶺土。利用氫氧化鈉和去離子水制作質(zhì)量分數(shù)為50%的氫氧化鈉溶液，將其在室內(nèi)靜置24 h后與質(zhì)量分數(shù)為40.1%的硅酸鈉溶液混合，攪拌10 min制成堿激發(fā)劑。將偏高嶺土和堿激發(fā)劑按照1∶1的比例混合制成地聚物前驅(qū)體。選用江蘇省一拓復合材料有限公司生產(chǎn)的環(huán)氧樹脂，將其和YT-CC301固化劑按照質(zhì)量比為3∶1的比例混合并攪拌20 min。將環(huán)氧樹脂以20%的質(zhì)量分數(shù)加入地聚物前驅(qū)體中，繼續(xù)攪拌5 min，最終制作出環(huán)氧樹脂-地聚物復合材料備用。

為了對比研究環(huán)氧樹脂-地聚物復合材料對混凝土抗氯鹽侵蝕性能的作用，研究中選擇目前常用的聚氨酯涂層材料作為對比。此次試驗用聚氨酯涂層材料來自天津海河化工有限公司。

1.2 試件制備

根據(jù)試驗目的和要求，采用的是100 mm×100 mm×100 mm的立方體試模以及底面直徑100 mm，高100 mm的圓柱形試模[6]。在試件制作過程中，首先稱量好各種原材料，將水泥和骨料倒入攪拌機攪拌30 s，然后，均勻加水和減水劑攪拌120 s。將攪拌好的混凝土倒入試模并振動成型，在靜置24 h后拆模編號，在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護至試驗規(guī)定齡期[7]。將養(yǎng)護好的混凝土試件取出，擦拭干凈表面的水分，用吹風機將表面的碎屑吹干凈，然后，涂上厚度為2 mm的環(huán)氧樹脂-地聚物復合材料(方案1)或聚氨酯涂層材料(方案2)，對涂層養(yǎng)護7 d。試驗中以沒有涂刷涂層的混凝土試件作為試驗對比(方案3)。

1.3 試驗方法

此次研究中，混凝土試件的抗氯鹽侵蝕試驗主要針對氯離子遷移系數(shù)、氯離子濃度以及抗壓強度進行測定[8]。在試驗過程中，將試塊全浸泡于 3.5%NaCl 溶液中，測試浸泡 30 d、60 d、90 d、120 d時的氯離子含量，并計算擴散系數(shù)，同時測試試件的電阻率和抗壓強度。測試時每組方案測量三個試件，以其均值作為最終結(jié)果。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 抗壓強度

對不同涂層方案下水工混凝土氯鹽侵蝕后的抗壓強度進行測試，根據(jù)測試結(jié)果計算獲取不同試驗方案試件的抗壓強度值，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，隨著浸泡時間的延長，不同涂層方案混凝土的抗壓強度值呈現(xiàn)出不斷減小的變化趨勢，且減小的速率不斷增大。究其原因，主要是氯鹽溶液會對混凝土產(chǎn)生比較顯著的侵蝕作用，且浸泡時間越長，侵蝕作用越明顯。另一方面，在浸泡時間相同的情況下，設(shè)置土層的方案1與方案2的抗壓強度值顯著大于方案3，且浸泡時間越長，差距越明顯。由此可見，混凝土涂層對提高水工混凝土在氯鹽侵蝕條件下的抗壓強度具有十分顯著的作用，而浸泡時間越長，上述作用越顯著。例如，在浸泡時間為30 d時，方案1和方案2的抗壓強度與方案3相比分別大2.96%和1.89%；而在浸泡時間為120 d時，方案1和方案2的抗壓強度與方案3相比分別大36.96%和31.52%。究其原因，主要是混凝土涂層可以起到良好的氯鹽溶液和混凝土的隔離作用，可以有效減緩氯鹽溶液對混凝土的侵蝕作用。在長時間侵蝕影響下，普通混凝土的抗壓強度會迅速降低，而有涂層混凝土的抗壓強度值下降較慢。此外，兩種不同涂層方案的試驗結(jié)果相比，方案1更具有優(yōu)勢。由此可見，環(huán)氧樹脂-地聚物復合材料涂層與傳統(tǒng)的聚氨酯涂層材料相比，對提升混凝土抗氯鹽侵蝕作用更顯著，具有良好的工程應用價值。

圖1 抗壓強度變化曲線

2.2 電阻率

對不同涂層方案下水工混凝土的氯鹽侵蝕后的電阻率進行測量，獲得不同方案、不同浸泡時間混凝土試件的電阻率值，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，各個試驗方案混凝土在氯鹽侵蝕后的電阻率隨著浸泡時間的增加呈現(xiàn)出不斷減小的變化特點，且減小的速率也呈現(xiàn)出不斷加快的趨勢。從不同方案的試驗結(jié)果來看，方案1和方案2的試驗結(jié)果比較接近，且顯著大于方案3。由此可見，在混凝土外部涂刷涂層材料有助于提高混凝土的電阻率。方案1和方案2的試驗結(jié)果相比，在浸泡時間相同時，方案1的電阻率值較大，說明工程效果更優(yōu)。

圖2 電阻率變化曲線

2.3 氯離子遷移系數(shù)

對不同涂層方案下水工混凝土的氯鹽侵蝕后的氯離子遷移系數(shù)進行計算，獲得不同方案、不同浸泡時間混凝土試件的氯離子遷移系數(shù)，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，各個試驗方案混凝土在氯鹽侵蝕后的電阻率隨著浸泡時間的增加呈現(xiàn)出不斷增大的變化特點，且增大的速率也呈現(xiàn)出不斷加快的趨勢。從不同方案的試驗結(jié)果來看，方案1和方案2的試驗結(jié)果比較接近，且顯著大于方案3。由此可見，在混凝土外部涂刷涂層材料有助于降低混凝土的氯離子遷移系數(shù)。方案1和方案2的試驗結(jié)果相比，在浸泡時間相同時，方案1的氯離子遷移系數(shù)更小，說明提高混凝土抗氯鹽侵蝕性能更佳。

圖3 氯離子遷移系數(shù)變化曲線

3 結(jié) 論

此次研究通過室內(nèi)對比試驗的方式，探討和分析了環(huán)氧樹脂-地聚物復合涂層對混凝土抗氯鹽侵蝕性能的作用。試驗結(jié)果顯示，混凝土涂層對提高水工混凝土抗氯鹽侵蝕性能具有十分顯著的作用，浸泡時間越長，上述作用越顯著。同時，本文提出的環(huán)氧樹脂-地聚物復合涂層與傳統(tǒng)的聚氨酯涂層材料相比，對提升混凝土抗氯鹽侵蝕作用更顯著，具有良好的工程應用價值，推薦在工程建設(shè)中使用。當然，混凝土抗氯鹽侵蝕性能的提升是一項復雜的研究，需要在工程層面綜合采用多種措施，才能取得最佳的抗氯鹽侵蝕性能，從而提升混凝土結(jié)構(gòu)在氯鹽侵蝕環(huán)境下的安全性和耐久性。