CN112321325A - 干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构及其制备方法，结构：复合涂层包括由内到外依次设置的硅烷浸渍层、环氧底漆层、腻子层、环氧中间漆层及面漆层。方法：混凝土基体表面处理，分为基本处理、轻处理和重处理；涂装为：用膏状硅烷浸渍剂在混凝土基体表面涂刷形成硅烷浸渍层，在硅烷浸渍层表面涂刷环氧底漆形成环氧底漆层，用腻子在环氧底漆层表面上的缺陷处进行填补形成腻子层，在腻子层表面涂刷环氧中间漆形成环氧中间漆层；在环氧中间漆层的表面涂刷面漆形成面漆层。该结构能实现干湿交替区混凝土的长久保护，能保证混凝土工程使用寿命达到甚至超过设计要求。该方法能提高混凝土防腐蚀能力，可以满足人们对混凝土结构长效防腐的要求。

Description

干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构及其制备方法

技术领域

本发明属于混凝土防护技术领域，尤其涉及一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构及其制备方法。

背景技术

在干湿交替的环境中，如海洋浪溅区、地下水位变化区等环境中，钢筋混凝土结构更容易受到腐蚀和损伤，由于混凝土本身的耐化学腐蚀性是有限的，在混凝土失去对钢筋的保护作用后，钢筋便会开始生锈，而生锈的钢筋不能再给混凝土提供强度上的支持，进而会降低钢筋混凝土结构整体的耐久性。在这样的环境中，为了更好的保护钢筋混凝土结构，除了改变混凝土内部组成，选择抗渗性强的高性能混凝土之外，还要进行混凝土表面的涂层处理，以此来增强混凝土的耐久性能，混凝土表面涂刷涂层后，能有效的阻止外界侵蚀介质的进入，进而能增强混凝土的抗蚀能力。

目前，混凝土结构表面涂层最常用的主要有：聚氨酯涂层、丙烯酸酯涂层、有机硅树脂涂层、氟树脂涂层、环氧涂层、氯化橡胶涂层、玻璃鳞片涂层及聚脲涂层。虽然这些涂层均具有一定的防腐蚀功能，但随着对工程结构耐久性要求的提高，传统的单一涂层已经不能满足人们对混凝土结构长效防腐的要求。由于单一涂层已经不能胜任工程的需求，复合涂层的作用越来越明显。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构及其制备方法，该结构能够实现干湿交替区混凝土的长久保护，能保证混凝土工程使用寿命达到甚至超过设计要求。该方法步骤简单，易于实施，能显著提高混凝土防腐蚀能力，可以满足人们对混凝土结构长效防腐的要求。

本发明提供了一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构，复合涂层包括由内到外依次设置在混凝土基体外部的硅烷浸渍层、环氧底漆层、腻子层、环氧中间漆层以及面漆层。

进一步，为了提高防护效果，所述环氧底漆层的厚度为50μm；所述环氧中间漆层为连续的两层，每层厚度为110μm；所述面漆层的厚度为80μm。

进一步，为了提高防护效果，所述面漆层的外部还涂覆有密封胶层，所述密封胶层的外部包裹有PVF胶带层。

本发明中，通过硅烷浸渍层直接涂覆在混凝土基体表面，能利用硅烷特殊的小分子结构，穿透混凝土基体的表层，渗透到混凝土基体内部几十到十几毫米，并分布在混凝土毛细孔内壁上，甚至达到最小的毛细孔壁上，在毛细孔中空气、水的作用下，硅烷水解形成硅醇，新生成的硅醇与硅酸盐中羟基反应形成新的硅氧烷链，并相互缩合在基材表面形成一层坚固、刚柔的斥水层网状结构的硅树脂憎水层。在硅烷浸渍基础上，采用环氧底漆层涂刷在硅烷浸渍层的表面能形成平滑均一稳定的过渡粘接界面，从而能便于腻子层能稳定的粘附于环氧底漆层的表面，便于对混凝土基体表面的缺陷进行更稳定的填补，从而使混凝土基体表面更平整光滑，从而能提高涂层基底的抗收缩性以及抗流挂性能，腻子层的设置能进一步形成平滑均一稳定的过渡粘接界面，作为搭桥能实现环氧中间漆层与硅烷浸渍层的粘结性，从而能实现复合涂层间的紧密、可靠、耐久粘接，进而能强化混凝土基体表面的强度、密实度与稳定性。通过面漆层的设置能够进一步提高混凝土的耐候性和憎水性；该复合涂层结构具有显著的耐老化性能，能确保混凝土内部湿度的稳定，可以防止由于“湿胀干缩”循环应力作用导致的开裂。能避免混凝土出现龟裂和剥落等损害，起到高效防护混凝土的作用。

本发明还提供了一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：混凝土基体表面处理

表面处理有三种方法，分别为基本处理、轻处理、重处理；实际操作时，依据工程需求选择其中之一进行；

A1：基本处理：

利用高压水枪并采用高压淡水冲洗混凝土基体表面，然后通过抹面擦干混凝土基体表面，保证混凝土基体表面无水；

A2：轻处理；

通过角磨机打磨混凝土基体表面至无不牢固附着物、无脱模剂残留，用高压水枪冲洗混凝土基体表面，再用抹布擦干表面，表面无明水，自然风干15min；

A3重处理；

通过角磨机对混凝土基体表面上的棱角进行打磨处理，表面上的棱角为45°，用角磨机打磨混凝土基体表面至无不牢固附着物、无脱模剂残留，用高压水枪冲洗混凝土基体表面，再用抹布擦干表面，表面无明水，热风吹干混凝土表面；

步骤二：涂装；

S1：先用膏状硅烷浸渍剂对处理过的混凝土基体表面进行第一次涂刷，待6小时后，再用膏状硅烷浸渍剂对处理过的混凝土基体表面进行第二次涂刷，两次涂刷后形成硅烷浸渍层，其中每次涂刷用量为300g/m²；

S2：待硅烷浸渍层形成6小时后，在硅烷浸渍层表面涂刷50μm厚环氧底漆一遍形成环氧底漆层；

S3：待环氧底漆层形成24小时后，用腻子在环氧底漆层表面上的缺陷处进行填补形成腻子层，使表面平整光滑；

S4：待腻子层形成24小时后，在腻子层表面涂刷2遍110μm厚的环氧中间漆形成环氧中间漆层；

S5：在环氧中间漆层的表面涂刷2遍40μm厚的面漆形成面漆层。

作为一种优选，在步骤五的S3中，采用环氧树脂漆作为腻子。

进一步，为了提高密封性能，避免海水与混凝土进行直接的接触，在步骤五中的S5中，待面漆层形成24小时候，先用密封胶均匀的涂覆在面漆层的表面形成密封胶层，再用PVF胶带均匀的缠包于密封胶层的表面形成PVF胶带层。

进一步，为了具有更好的密封效果，所述PVF胶带的厚度为0.2mm，PVF胶带缠绕重叠宽度为胶带带宽的40％。

本发明中的制备方法步骤简单，复合涂层是在硅烷浸渍的基础上进行涂料涂装的，充分整合利用了复合涂层技术的优势，实现对干湿交替区混凝土的长久保护，保证混凝土工程使用寿命达到甚至超过设计要求。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是采用不同处理后的混凝土基体腐蚀40天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比柱状图；

图3是采用不同处理后的腐蚀80天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比柱状图；

图4是采用不同处理后的腐蚀120天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比柱状图；

图5是采用不同处理后的腐蚀160天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比柱状图。

图中：1、混凝土基体，2、硅烷浸渍层，3、腻子层，4、环氧底漆层，5、环氧中间层，6、面漆层，7、密封胶层，8、PVF胶带层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构，复合涂层包括由内到外依次设置在混凝土基体1外部的硅烷浸渍层2、环氧底漆层3、腻子层4、环氧中间漆层5以及面漆层6。

为了提高防护效果，所述环氧底漆层3的厚度为50μm；所述环氧中间漆层5为连续的两层，每层厚度为110μm；所述面漆层6的厚度为80μm。

通过硅烷浸渍层直接涂覆在混凝土基体表面，能利用硅烷特殊的小分子结构，穿透混凝土基体的表层，渗透到混凝土基体内部几十到十几毫米，并分布在混凝土毛细孔内壁上，甚至达到最小的毛细孔壁上，在毛细孔中空气、水的作用下，硅烷水解形成硅醇，新生成的硅醇与硅酸盐中羟基反应形成新的硅氧烷链，并相互缩合在基材表面形成一层坚固、刚柔的斥水层网状结构的硅树脂憎水层。在硅烷浸渍基础上，采用环氧底漆层涂刷在硅烷浸渍层的表面能形成平滑均一稳定的过渡粘接界面，从而能便于腻子层能稳定的粘附于环氧底漆层的表面，便于对混凝土基体表面的缺陷进行更稳定的填补，从而使混凝土基体表面更平整光滑，从而能提高涂层基底的抗收缩性以及抗流挂性能，腻子层的设置能进一步形成平滑均一稳定的过渡粘接界面，作为搭桥能实现环氧中间漆层与硅烷浸渍层的粘结性，从而能实现复合涂层间的紧密、可靠、耐久粘接，进而能强化混凝土基体表面的强度、密实度与稳定性。通过面漆层的设置能够进一步提高混凝土的耐候性和憎水性；该复合涂层结构具有显著的耐老化性能，能确保混凝土内部湿度的稳定，可以防止由于“湿胀干缩”循环应力作用导致的开裂。能避免混凝土出现龟裂和剥落等损害，起到高效防护混凝土的作用。

作为一种优选，为了提高防护效果，所述面漆层6的外部还涂覆有密封胶层7，所述密封胶层7的外部包裹有PVF胶带层8。作为一种优选，密封胶层7采用硅烷改性聚合物密封胶层。

本发明提供了一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：混凝土基体表面处理

表面处理有三种方法，分别为基本处理、轻处理、重处理；实际操作时，依据工程需求选择其中之一进行。

A1：基本处理：

利用高压水枪并采用高压淡水冲洗混凝土基体1表面，然后通过抹面擦干混凝土基体1表面，保证混凝土基体1表面无水。

A2：轻处理；

通过角磨机打磨混凝土基体1表面至无不牢固附着物、无脱模剂残留，用高压水枪冲洗混凝土基体1表面，再用抹布擦干表面，表面无明水，自然风干15min。

A3重处理；

通过角磨机对混凝土基体1表面上的棱角进行打磨处理，表面上的棱角为45°，用角磨机打磨混凝土基体1表面至无不牢固附着物、无脱模剂残留，用高压水枪冲洗混凝土基体1表面，再用抹布擦干表面，表面无明水，热风吹干混凝土表面，使其尽量干燥。

步骤二：涂装；

S1：先用膏状硅烷浸渍剂对处理过的混凝土基体1表面进行第一次涂刷，待6小时后，再用膏状硅烷浸渍剂对处理过的混凝土基体1表面进行第二次涂刷，两次涂刷后形成硅烷浸渍层2，其中每次涂刷用量为300g/m²；

S2：待硅烷浸渍层2形成6小时后，在硅烷浸渍层2表面涂刷50μm厚环氧底漆一遍形成环氧底漆层3；

S3：待环氧底漆层3形成24小时后，用腻子在环氧底漆层3表面上的缺陷处进行填补形成腻子层4，使表面平整光滑；

S4：待腻子层4形成24小时后，在腻子层4表面涂刷2遍110μm厚的环氧中间漆形成环氧中间漆层5；

S5：在环氧中间漆层5的表面涂刷2遍40μm厚的面漆形成面漆层6。

作为一种优选，在步骤五的S3中，采用环氧树脂漆作为腻子。

为了提高密封性能，避免海水与混凝土进行直接的接触，在步骤五中的S5中，待面漆层6形成24小时候，先用密封胶均匀的涂覆在面漆层6的表面形成密封胶层7，再用PVF胶带均匀的缠包于密封胶层7的表面形成PVF胶带层8。

为了具有更好的密封效果，所述PVF胶带的厚度为0.2mm，PVF胶带缠绕重叠宽度为胶带带宽的40％。作为一种优选，PVF胶带背材为聚氟乙烯薄膜材料，由氟和氟碳分子的共聚体挤压而成，具有晶体结构、高电绝缘性能、高坚韧性、优良耐化学品、抗老化、耐污易清洁性能和耐腐蚀性能，PVF薄膜对日照、湿气和氧化作用的抵抗力和耐久性显著优于现有PVC、PDPF材料，更远优于现有的氯磺化聚氯乙烯缠包带材和常规的防水卷材，已有30a以上的可靠工程应用实例。另外，PVF胶带表面疏水、耐污及高坚韧性，可抑制海生物附着生长，抵御海水冲刷，其还可在-40～90℃温度区间稳定可靠长时间工作，PVF胶带材料上述优异的综合性能与密封剂、底涂有机结合，形成对潮差区混凝土有效的界面强化、可靠密封、耐久防护。

本发明中的制备方法步骤简单，复合涂层是在硅烷浸渍的基础上进行涂料涂装的，充分整合利用了复合涂层技术的优势，实现对干湿交替区混凝土的长久保护，保证混凝土工程使用寿命达到甚至超过设计要求。

对由硅烷浸渍层2、环氧底漆层3、腻子层4、环氧中间漆层5以及面漆层6组成的复合涂层结构进行试验，以验证对混凝土基体的保护效果：

1、准备试验设备如下：

(1)大型试验浸泡水池：用于对混凝土试件进行干湿循环实验，浸泡池尺寸为2.5m×3.5m×0.3m。

(2)工业盐和FA1004分析电子天平：用于配置指定浓度的氯离子溶液(10％NaCI溶液)，其中电子称量程100g，精度0.0001g。

(3)抽水泵：用于将浸泡池中的NaCI溶液抽出，实现干湿循环过程。

(4)烤灯：用于对干湿循环过程中混凝土试件进行加热，以加速腐蚀过程。

(5)温度控制器：可使干湿循环实验温度控制在某一范围内，控温范围为1-115℃，工作电压220v。

(6)钻孔取粉器：用于获取指定深度的混凝土粉末。

(7)DY-2501B氯离子含量快速测定仪，用于测定不同深度处混凝土中氯离子的质量百分比，具体技术规格如下：测试项目包括水溶CI-含量(％)、酸溶CI-含量(％)、总氯离子量(mg/kg)；测试范围为0.0005％～2.0000％；测试时间大约1分钟。

2、具体试验方法如下：

用工业盐配置浓度10％的NaCl溶液。将养护28d后的涂层混凝土以及无涂层混凝土放入装有NaCl溶液的水池中，保证试验试件完全浸没于溶液中。将试验试件浸泡在溶液中4d后，将溶液用水泵抽出，使试件在池内干燥4d，这样约8d为一个干湿循环周期。实验过程中要每隔一段时间对溶液浓度进行测试，以保证试验过程溶液浓度保持不变。此外，在干湿循环过程中，为了加速混凝土腐蚀，采用烤灯对试验浸泡池进行加热，同时采用温度控制器使实验温度保持在30℃～35℃。

分别在干湿循环腐蚀作用时间40、80、120、160d四个时间点处，取出试验试件，然后用钻孔取粉器分别来获取指定深度的混凝土粉末，采用DY氯离子快速测定仪测定氯离子含量，以占混凝土质量的百分比计。

每3个试样为一组，各涂层体系混凝土试块均需4×3＝12块，共计不同涂层体系混凝土试块12×4＝48块。得到不同涂层混凝土抗氯离子渗透性能能随干湿循环腐蚀作用时间的变化规律。

具体试验步骤如下:

(1)将养护28d后的混凝土试件从标准养护室中取出，放入浓度为10％的NaCl溶液浸泡池中，试件浸泡在溶液中4d后，将溶液用水泵抽出，使试件在池内干燥4d，这样约8d为一个干湿循环周期。

(2)分别在四个不同的时间点处，取出试件，用钻孔取粉器分别获取混凝土试件深度2mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm处的混凝土粉末，放入自封袋中备用。

(3)将称取的粉末试样取4g倒入装有40g萃取液的DY-2501B试剂瓶中。盖上瓶盖，用力振荡10分钟直至测试材料完全融入萃取液中。

(5)准备DY氯离子电极：取下电极端部的橡胶保护套，将电极液从上侧的小孔中注满电极。将电极分别插入标有0.005％、0.050％、0.50％Cl-的标定液中，标定完成后，显示SLP值，理想SLP值为100％，但是90％-110％均是可以接受的。若标定结果超出上述范围，则要将探头抛光，或是在重新标定前更换标定溶液。

(6)测量：将标定好的电极插入步骤3中装有试样的DY-2501B试剂瓶中，读数稳定后读取氯离子含量值。

通过试验得到氯离子含量占比(以无涂层的为100％)随干湿循环腐蚀作用时间的变化规律如表1所示(表1中，硅烷浸渍(2)表示为混凝土基体1表面上涂装硅烷浸渍层2，其他类推，混凝土基体表面处理均为重处理)；得到腐蚀40天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比(以无涂层的为100％)如图2所示；得到腐蚀80天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比(以无涂层的为100％)如图3所示；得到腐蚀120天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比(以无涂层的为100％)如图4所示；得到腐蚀160天后距表面深度为2mm处氯离子含量占比(以无涂层的为100％)如图5所示；

表1：氯离子含量占比(以无涂层的为100％)随干湿循环腐蚀作用时间的变化规律(距表面深度为2mm)

通过试验可知，由硅烷浸渍层2、环氧底漆层3、腻子层4、环氧中间漆层5以及面漆层6组成的复合涂层结构能显著提高混凝土防腐蚀能力，进而能够有效延长混凝土基体的使用寿命，可以满足人们对混凝土结构长效防腐的要求。而通过密封胶层7和PVF胶带层的设置能够有效隔离海水，进而能进一步提高对混凝土基体的保护作用。

Claims (7)

1.一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构，其特征在于，复合涂层包括由内到外依次设置在混凝土基体(1)外部的硅烷浸渍层(2)、环氧底漆层(3)、腻子层(4)、环氧中间漆层(5)以及面漆层(6)。

2.根据权利要求1所述的一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构，其特征在于，所述环氧底漆层(3)的厚度为50μm；所述环氧中间漆层(5)为连续的两层，每层厚度为110μm；所述面漆层(6)的厚度为80μm。

3.根据权利要求1或2所述的一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层结构，其特征在于，所述面漆层(6)的外部还涂覆有密封胶层(7)，所述密封胶层(7)的外部包裹有PVF胶带层(8)。

4.一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：混凝土基体表面处理；

表面处理有三种方法，分别为基本处理、轻处理、重处理；实际操作时，依据工程需求选择其中之一进行；

A1：基本处理：

利用高压水枪并采用高压淡水冲洗混凝土基体(1)表面，然后通过抹面擦干混凝土基体(1)表面，保证混凝土基体(1)表面无水。

A2：轻处理；

通过角磨机打磨混凝土基体(1)表面至无不牢固附着物、无脱模剂残留，用高压水枪冲洗混凝土基体(1)表面，再用抹布擦干表面，表面无明水，自然风干15min；

A3重处理；

通过角磨机对混凝土基体(1)表面上的棱角进行打磨处理，表面上的棱角为45°，用角磨机打磨混凝土基体(1)表面至无不牢固附着物、无脱模剂残留，用高压水枪冲洗混凝土基体(1)表面，再用抹布擦干表面，表面无明水，热风吹干混凝土表面；

步骤二：涂装；

S1：先用膏状硅烷浸渍剂对处理过的混凝土基体(1)表面进行第一次涂刷，待6小时后，再用膏状硅烷浸渍剂对处理过的混凝土基体(1)表面进行第二次涂刷，两次涂刷后形成硅烷浸渍层(2)，其中每次涂刷用量为300g/m²；

S2：待硅烷浸渍层(2)形成6小时后，在硅烷浸渍层(2)表面涂刷50μm厚环氧底漆一遍形成环氧底漆层(3)；

S3：待环氧底漆层(3)形成24小时后，用腻子在环氧底漆层(3)表面上的缺陷处进行填补形成腻子层(4)，使表面平整光滑；

S4：待腻子层(4)形成24小时后，在腻子层(4)表面涂刷2遍110μm厚的环氧中间漆形成环氧中间漆层(5)；

S5：在环氧中间漆层(5)的表面涂刷2遍40μm厚的面漆形成面漆层(6)。

5.根据权利要求4所述的一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤五的S3中，采用环氧树脂漆作为腻子。

6.根据权利要求4所述的一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层的制备方法，其特征在于，在步骤五中的S5中，待面漆层(6)形成24小时候，先用密封胶均匀的涂覆在面漆层(6)的表面形成密封胶层(7)，再用PVF胶带均匀的缠包于密封胶层(7)的表面形成PVF胶带层(8)。

7.根据权利要求6所述的一种干湿交替区混凝土的防护涂装复合涂层的制备方法，其特征在于，所述PVF胶带的厚度为0.2mm，PVF胶带缠绕重叠宽度为胶带带宽的40％。

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