海工混凝土防腐涂层耐老化性能的研究.pdf

中国科技核心期刊 新癯 建巍 柑 海工混凝士 腐涂层耐老化牲能的研究 陈雷 ， 刘东 ， 周吉 ： ， 余剑英 ： ( 1 唐 山曹妃甸发展投 资集 团有 限公司 ， 河北 唐 山0 5 0 0 5 1 ； 2 武汉理工大学 硅酸盐建筑 材料 国家重 点实验室 ， 湖北 武汉4 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 将表面成膜型防腐涂料涂刷于混凝土表面， 测试紫外光、 热老化前后涂层试件的吸水率和氯离子扩散系数， 研究了不同 类 型防腐涂层 的耐老化性 能。结果表 明， 随着热老化和紫外老化时间的延长， 涂层试件 的吸水率和氯离子扩散系数均显著增大 ， 紫 外老化对涂层的性能影 响更为 明显 ； 不 同类型防腐涂层的耐老化性能差异较大。 关键词： 海工混凝土； 表面成膜型涂料； 老化； 吸水率； 氯离子扩散系数 中图分类号： T U 5 6 1 6 9 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 3 ) 1 1 - 0 0 4 0 0 3 Ag i n g r e s i s t a n c e o f a n t i c o r r o s i v e c o a t i n g u s e d i n ma r i n e c o n c r e t e C HE N L e i ， L I U D o n f， Z H OU J i ， YU J i a n y i n f ( 1 T a n g s h a n C a ofe i d i a n De v e l o pme n t I n v e s t me n t Gr o u p Co L t d ， T a n g s h a n 0 5 0 0 5 1 ， He b e i ， C h i n a ： 2 S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f S i l i c a t e Ma t e r i a l s f o r Ar c h i t e c t ur e s o f Wu h a n Un i v e mi t y o f Te c h n o l o g y， Wu h a n 4 3 0 0 7 0， Hu b e i ， Ch i n a ) Abs t r ac t ： Th e s u r f a c e fi l m for mi n g a n t i c o r r o s i v e c o a t i n g wa s pa i n t e d o n t h e s u r f a c e o f ma r i n e c o n c r e t e T h e a g i n g r e s i s t a n c e o f d i f f e r e n t a n t i c o r r o s i v e c o a t i n g s wa s e v a l u a t e d b y t h e wa t e r ab s o rp t i o n a n d c h l o r i d e i o n d i f f us i o n c o e ffi c i e n t o f t h e c o a t e d s p e c i me n s b e f o r e a n d a f t e r u l t r a v i o l e t ( UV) a n d t h e r ma l a g i n g Re s u l t s s h o w t h a t b o t h t h e wa t e r a b s o r p t i o n a n d c h l o rid e i o n d i f f u s i o n c o e ffi c i e n t o f t h e c o a t e d s p e c i me n s c a n i n c r e a s e r e ma r k a b l y wi t h t h e e x t e ns i o n o f UV a n d t h e r ma l a g i n g t i me Co mp a r e d wi t h t h e t he rm a l a g i n g ， t he UV a g i n g a f f e c t s t h e p r o p e r t i e s o f t h e c o a t i n g mo r e o b v i o u s l y Th e a g i n g r e s i s t a n c e o f d i f f e r e n t a n t i c o r r o s i v e c o a t i n g s i s d i v e r s e Ke y wo r ds ： ma r i n e c o n c r e t e ； s u r f a c e - fil m f o r mi n g c o a t i n g ： agi n g： wa t e r a b s o rpt i o n； c h l o r i d e i o n d i f f u s i o n c o e ffic i e n t 0 前言 混凝土是海洋基础建设设施中用量最大的建筑材料， 但 海工混凝土在其服役过程中受到海洋环境中的化学物质腐蚀 影响， 易使混凝土出现钢筋锈蚀等破坏， 从而导致其服役寿命 大大缩短_ 1 。因此， 需对海工混凝土采取保护措施， 防止有害 介质进入混凝土内部， 以提高海工混凝土的耐久性闭 。 涂刷防腐涂料是提高混凝土耐久性最为有效的措施之 - 3 1 。混凝土防腐涂料一般分为渗透型和表面成膜型， 其中表 面成膜型涂料不仅能够屏蔽腐蚀介质进入混凝土内部，而且 具有色彩丰富、 美化装饰等优点， 在国内外的海工建筑上已得 到了广泛应用 。关于防腐涂层对混凝土的耐久性改善效果 已有较多研究 ， 但对防腐涂层耐老化性能的研究较少7 1 。由 收稿 日期 ： 2 01 3 0 5 0 2 作者简介 ： 陈雷， 男， 1 9 7 9年生， 河 北唐山人 ， 工程师 。地址： 唐山市曹 妃甸工业 区三加 ， E ma i l ： w u y e j i n g l e i 1 2 6 c o i n 。 4 0 新型建筑材料 2 0 1 3 1 1 于成膜型防腐涂料主要是有机高分子材料，在使用过程中本 身受紫外光、 热的作用易发生老化， 一旦老化失效就将失去对 混凝土的保护作用。 因此， 极有必要研究海工混凝土防护涂层 的耐老化性能。 本文选用了不同类型的表面成膜型防护涂料，将其涂刷 于混凝土表面， 分别进行紫外光和热老化， 测试光、 热老化前 后试件的吸水率和氯离子扩散系数，以评价不同类型成膜型 防腐涂料的耐老化性能。 l 试验 1 1 原材料 水泥： P 0 4 2 5 水泥， 华新水泥股份有限公司生产； 河砂： 细度模数为2 5 ； 表面成膜型涂层： 选用了3 种不同厂家、 不同 类型的表面成膜涂料体系( 分别称之为A 、 B 、 C ) 。3 种涂装体 系均由底漆、 中间漆和面漆 3 层组成， 底层均为环氧封闭漆， 中间漆和面漆涂料类型不同， 3 种涂装体系的组成如表 1 所 不 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈雷， 等： 海工混凝土防腐涂层耐老化性能的研究 表 1 3种表面成膜型涂层涂装体 系的组成 1 2 试件制备 ( 1 ) 试件成型： 水泥砂浆试件按m( 水泥) ： ( 砂) ： m C z k ) ： 1 0 ： 3 0 ： 0 7的配合比混合， 搅拌5 m i n 后， 成型7 0 m m x 7 0 m m x 7 0 m m的砂浆试件， 再置于振动台震动 1 5 S ， 2 4 h 后脱模。 ( 2 ) 试件处理： 用钢丝刷除去砂浆试件上的浮浆后移入标 准养护室， 2 8 d 后取出， 室温放置7 d 后， 用砂纸打磨涂层涂 刷面，用丙酮对涂层涂刷面稍加清洗，再用清水洗净试件表 面， 放入烘箱中7 0 干燥2 4 h 。 ( 3 ) 涂刷涂料： 在试件表面先刷 1 遍底漆， 6 h后刷中间 漆， 再间隔6 h 刷面漆， 除刷漆面外， 对必要的表面用环氧树 脂进行密封处理。涂刷完成后连同基准试件室温下放置 7 d 后进行老化试验。 1 _ 3 试验方法 1 3 1 老化试验 ( 1 ) 热老化试验 将试件放入热氧老化箱中， 试验温度分别为6 0 、 7 0 、 8 0 ， 并分别老化3 、 6 、 9 、 1 2 d 。测试老化前后试件的吸水率和氯离 子扩散系数。 ( 2 ) 紫外光老化( U V ) 试验 将试件的涂层面向上， 用5 0 0 W直管形紫外线高压汞灯 照射试样， 紫外灯离涂刷面的距离为4 0 c m， 试验温度分别为 4 0 、 5 0 、 6 0 ， 辐照时间分别为 3 、 6 、 9 、 1 2 d 。测试老化前后试 件的吸水率和氯离子扩散系数。 1 3 2 吸水率测试 先称取涂刷有不同涂层的试件的初始质量 ， 然后将试 件放入水中浸泡 1 2 0 h ， 取出擦干表面水分， 再称取试件质量 ，精确到0 0 1 g 。试件浸泡在水中的侧面均用环氧树脂密 封， 以保证水分在混凝土试件内的一维迁移， 且水位不超过试 样底面5 m m ， 试验装置见图1 。吸水率A按式( 1 ) 计算： A= 厂Mo ) t S ( 1 ) 式中： A 吸水率， g ( m h ) ； 慨 一吸水前试件质量， g ； M 吸水1 2 0 h 后试件质量， g ； 5 试件与水接触的表面积， m ； r吸水时间， h 。 图 1 吸水性能测试装置示意 1 3 2 氯离子扩散系数测试 氯离子扩散性能系数按J C T 1 0 8 6 -2 0 0 8 水泥氯离子扩 散系数检验方法 中的N E L 法进行测试。试验采用直径 1 0 0 m m ， 高度5 0 m m的圆柱状砂浆试件。 试件上下2 个圆面涂刷 涂层，侧面全部密封。将试件放入模拟海水中抽真空饱盐处 理， 再擦干表面水分， 采用氯离子扩散系数电 测仪进行测试。 2 结果与讨论 2 1 光热老化对涂层试件吸水率的影响 2 1 1 热老化 图2 为老化温度8 0 时， 热老化时间对试件吸水性能的 影响； 图3 为老化时间 1 2 d时， 热老化温度对涂层试件吸水 率的影响。 1 4 1 2 1 0 8 6 2 0 图 2 热老化时间对试件 吸水率的影响 从图2 可以看出， 3 种涂层试件吸水率均受热老化影响 较大。 3 种涂层试件的吸水率均随着老化时间的延长而增大， A涂层试件在老化6 d 以内， 吸水率呈线性增加， 而6 d 后， 吸 水率开始快速增大，其它2 种涂层试件的吸水率随老化时间 基本为线性增大。3 种涂层试件在1 2 d 时的吸水率是未老化 试件的3 5 倍。对于不同类型的涂层试件， 吸水率随时间的 变化表现出明显的差异性， A涂层试件吸水率增加最快， 其次 N E W BUI L Dl NG MAT E RI AL S 4l 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 陈雷， 等： 海工混凝土防腐涂层耐老化性能的研究 为B涂层试件， C 涂层试件的吸水率最低。 l 4 暑 1 0 8 6 毯2 O 豳 ； 一 6 0 7 0 8 O 热老化温度 图 3 热氧老化温度对涂层试件吸水率 的影 响 从图3 可以看出， 相同涂层试件， 随老化温度升高吸水率 增大， 但不同涂层试件的吸水率随温度的增速有很大差异。 如 A涂层试件， 8 0 老化后的吸水率是6 0的1 7 5 倍， 而 C涂 层试件是1 4 6 倍。随着老化温度的升高， C涂层试件的吸水 率增速最小， 其次分别为B涂层试件和A涂层试件。 综合图2 和图3的试验结果， 3 种涂层的耐热氧老化性 能依次为： c 涂装体系 B涂装体系 A涂装体系。 2 1 2 紫外老化 图4 为老化温度6 0 时， 不同涂层试件吸水率随紫外老 化时间的变化； 图5为老化时间1 2 d时， 紫外老化温度对吸 水率的影响。 1 4 = 1 2 1 0 8 6 2 O 图 4 紫外老化时间对吸水率的影 响 1 4 三 1 0 s 6 2 O 4 0 b U b U 紫外老化温度 e 图 5 紫外老化温度对吸水率的影响 从图4可以看出， 3 种涂层试样随紫外老化时间的延长， 其吸水率持续增大。但与热老化相比， 紫外老化 3 d时， 吸水 率就显著增大， 之后吸水率增大速度减缓， 但A涂层试件在 4 2 新型建筑材料 2 0 1 3 1 1 紫外老化9 d 后， 吸水率又开始快速增大。这表明紫外光对涂 层性能的影响在老化初期最为显著， A涂层试件在老化 9 d 时紫外光已对涂层产生较明显的破坏，导致其吸水率快速增 大。 在紫外光作用下， 3 种涂层试件的吸水率依然是A涂装体 系 B涂装体系 C涂装体系，即C涂层的耐紫外光老化性能 最优， A涂层的耐紫外光老化性能最差。 从图5 可以看出， 随着紫外老化温度的升高， 涂层试件的 吸水率均增大， 其中A涂层试件， 6 0 c c 老化后的吸水率是4 0 的 1 4 倍， B涂层试件是 1 2 1 倍， C涂层试件是 1 2 7 倍。A 涂层试件随温度升高， 吸水率增速最快。 对比3 种涂层试件，当热氧和紫外老化温度和时间相同 ( 6 0 o C ， 1 2 d ) 时， 试件紫外老化后的吸水率明显高于热氧老化 后的吸水率，如B 涂层试件热氧老化吸水率为6 0 7 g ( I n 2 h ) ， 而紫外老化后吸水率为9 0 5 g ( m 2 o h ) ， 增大了4 9 。这表明 紫外光老化时， 光热相互促进， 加速了涂层的老化。 2 2 光热老化对涂层试件氯离子扩散系数的影响 2 2 1 热老化 图6为老化温度8 0 时， 热老化时间对涂层试件氯离子 扩散系数的影响。 B 涂料种类 图 6 热老 化对涂层试件氯离子扩散系数的影响 由图6 可知， 热老化前， 3 种涂层试件的氯离子扩散系数 相近。 热老化后， 试件的氯离子扩散系数明显增大 A涂层试 件热老化6 d 后的氯离子扩散系数升至老化前的2 倍左右， 老化1 2 d 后升至老化前的4 倍左右； B 涂层试件老化6 d 时， 氯离子扩散系数增加较小， 但老化 1 2 d 时， 氯离子扩散系数 增大至老化前的2 5 倍； c涂层试件老化后， 氯离子扩散系数 增加较小， 老化 1 2 d 时的氯离子扩散系数仅为老化前的 1 6 8 倍。 氯离子扩散系数试验结果也表明， C涂层的耐热氧老化能 力最强， 其次为B 涂层， A涂层最差。 2 2 2 紫外老化 图7 为老化温度8 0 时， 紫外老化对涂层试件氯离子渗 透性能的影响。 从图7 可以看出， A涂层试件老化6 d的氯离子扩散系 ( 下转第 5 2页) 9 8 7 6 5 4 3 2 l O ( 山 c _ 0 0 曦錾 燃 懈膈 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 韩晨， 等： 金山店铁尾矿制备加气混凝土试验研究 从图5 可以看出，制品的水化产物密集丛生，形成凝胶状 ( C S H ) 11 大量针状或薄片状或板状的水化产物( 托贝莫来石) 。 水化产物相互连接， 形成良 好的网络状结构， 能够改变制品孔 结构， 具备较好的抵抗外界荷载的能力， 对提高制品强度起到 了积极作用 1 。 3 结论 ( 1 ) 利用金山店铁尾矿制备加气混凝土， 为低硅尾铁矿的 资源化利用开辟了新途径。 ( 2 ) 由于金山店铁尾矿硅含量较低， 其活性也较差， 不能 完全取代砂制备加气混凝土，加入适量的硅质材料石英粉能 满足制品的强度要求。 对尾矿进行磨细处理， 有利于提高加气 混凝土的密度和强度。 ( 3 ) 在m( 尾矿) ： m( 石英粉) ： m( 石灰) ：m( 水泥) ： m( 石膏) ： 5 0 ： 2 0 ： 1 8 ： 1 0 ： 2 ，铝粉用量0 1 o 7 o , I1 氢氧化钠用量0 4 的条件下， 制备的加气混凝土密度为6 3 7 k g m ，抗压强度为4 3 1 M P a ， 符 合G B 1 1 9 6 8 -2 0 0 6 中A 3 5 、 B 0 7 级加气混凝土合格品的要求。 ( 4 ) 通过X R D及S E M分析可知， 制品中含有大量的托贝 莫来石和C S H凝胶生成， 水化产物相互重叠， 结构紧凑， 对提 高制品强度发挥了重要作用。 参考文献： 1 黄世伟 ， 李妍妍 ， 程麟 ， 等 用梅 山铁尾矿制备 免烧 免蒸砖 I J 1 金属 矿 山 ， 2 0 0 7 ( 4 ) ： 8 1 - 8 4 【 2 】 郑永超 密 云铁尾矿制 备高强 结构材料研 究【 D 】 北京 ： 北京科技 大学， 2 0 1 0 3 张淑 会， 薛 向欣 ， 金 在峰 我 国铁尾矿 的资源现状及 其综合利 用 唧 材料与冶金学报 ， 2 0 0 4 ， 3 ( 4 ) ： 2 4 1 2 4 5 4 李德 忠， 倪文， 王长龙， 等 不 同养护条件对铁尾矿 加气 混凝土性 能的影n J 1 新型建筑材料 ， 2 0 1 1 ( 8 ) ： 2 2 2 4 5 1 张继能， 顾 同曾 加气混凝土生产工 艺【 M 武汉 ： 武汉工业大学 出 版社 ， 1 9 9 4 f 6 N a r a y a n a n N， R a ma m u r t h y K S t r u c t u r e a n d p r o p e r t i e s o f a e r a t e d c o n c r e t e ： a r e v i e w J 1 C e m e n t a n d C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 0 ， 2 2 ( 5 )： 3 21 3 29 7 李德 忠， 倪文， 郑永超， 等 钙质材料对铁尾矿加气 混凝 土砌块性 能的影响【 J j 金属矿山， 2 0 1 1 ( 5 ) ： 1 6 1 1 6 4 8 李德忠， 倪文 ， 张静文 ， 等 铁尾矿在 蒸压 养护过程中的物相变化 J 1 硅酸 盐学报 ， 2 0 1 1 ， 3 9 ( 4 ) ： 7 0 8 7 1 3 9 吴笑梅， 樊粤 明 粉煤灰加气混凝土水化产物的种类和微观结构I J 1 华南理工大学学报： 自然科学版 ， 2 0 0 3 ， 3 1 ( 8 ) ： 5 7 6 1 A ( 接第 4 2页) 1 4 1 2 0 1 0 8 6 斑4 2 0 ： 厂 圜 一 A B L 涂料种类 图 7 紫外老 化对涂层试件氯离子渗透性 能的影响 数是老化前的2 倍， 而老化 1 2 d的氯离子扩散系数则是老化 前的7 倍， 这说明紫外老化时间越长， 对试件的氯离子扩散系 数的影响越大； 而 C涂层试件随紫外老化时间的延长， 其氯 离子扩散系数增加缓慢，表明C涂层的抗紫外老化性能优 良， 使混凝土能保持较好的抗氯离子渗透能力。 3 结论 ( 1 ) 光热老化对表面成膜型防腐涂层的性能影响较大， 随 着热和紫外老化时间的延长，涂层试件的吸水率和氯离子扩 散系数均显著增大。 ( 2 ) 相比于热老化， 紫外老化对表面成膜型防腐涂层性能 5 2 新型建筑材料 2 0 1 3 1 1 的影响更明显， 尤其在老化初期紫外光对涂层破坏较为严重。 ( 3 ) 不同种类的涂装体系耐老化性能表现出较大的差异 性， C 涂装体系的耐老化性能最优， 其次为B 涂层， A涂层最差。 参考文献 ： 1 洪乃丰 水环境腐蚀 与混凝 土的耐久性 J J 腐 蚀与防护 ， 2 0 0 6 ， 2 7 ( 4 )： 1 7 4 1 7 7 王 永红 ， 李 兴贵 改善 混凝土 耐久性 的方法 研究 l J 1 建 筑技术 开 发 ， 2 0 0 3 ， 3 0( 9 ) ： 1 0 7 1 0 9 潘琳 ， 吕平 ， 赵铁军 ， 等 海工钢筋混凝土 的腐蚀 与防护 l J 1 建筑施 工 ， 2 0 0 5， 2 7( 1 1 ) ： 5 3 5 5 陈大风 桥梁涂装 耐腐蚀 性研究【 D】 成都 ： 西南 交通大学 ， 2 0 0 7 ： l 1 1 5 李漠， 管小军 表面涂层对抗氯离子渗透性能的影响I J 】 新型建筑 材料， 2 0 0 6( 1 1 ) ： 5 2 5 3 A l mu s a l l a m A A， K h a n F M， D u l a i j a n S U， e t E f f e c t i v e n e s s o f s u r f a c e c o a t i n g s i n i m p rov i n g c o n c r e t e d u r a b i l i t y J C e me n t a n d C o n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 03 ， 2 5( 4 -5 ) ： 47 3 4 8 2 Xu Xi n g x i n， S u n C ha n Nu n， C h e n Xi n g ， e t f I n v e s t i g a t i o n o n t h e a g i n g p r o p e r t i e s o f s i l i c o n e c o a t i n g i n ma r i n e c o n c r e t e J A d v a n c e d M a t e r i a l s R e s e a r c h ， 2 0 1 2 ， 3 6 6 ： 2 9 6 3 0 0 A m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m