混凝土表面增强处理对抗冲蚀磨损性能的影响.pdf

2 0 1 3 年 第 3 期 (总 第 2 8 1期 ) Nu mb e r 3 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 1 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 理论研究 THEORETI CAL RES EARCH d o i ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 3 0 1 0 混凝土表面增强处理对抗冲蚀磨损性能的影响 王彦平 a , b I王起才 。 。居春常 ( 兰州交通大学 a 土木工程学院；b 机电工程学院 ，甘肃 兰州 7 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 兰新铁路第二双线( 新疆段 ) 穿越五大风区。 风区地段， 强风携带 的砂粒对兰新铁路混凝土结构产生严重的冲蚀磨损 ， 造成混凝土结构耐久性的降低 。 选用 J NF型抗冻型硅溶胶 ， 氟硅酸镁 +氟硅酸铝和沃尔 VL M1 高效混凝土密封固化剂对混凝土 表面进行了处理。 并分别在处理试样上涂装 了水性硅丙乳液 、 环氧树脂 +聚氨酯和 P P G聚氨酯涂料作为风蚀防护层。 试验结果 表明： 混凝土的基底处理均在一定程度上提高了其表面耐磨性 ， 而其 中以氟硅酸镁 +氟硅酸铝处理 的表面耐磨性提高最多； 在同 种表面处理时， 环氧树脂 +聚氨酯涂料 的抗冲蚀性能最好 ， P P G涂料次之 ， 水性硅丙乳液最差 ； 在不同表面处理后 ， 氟硅酸镁 +氟 硅酸铝溶液表面处理的试块， 涂料的抗冲蚀性能亦最好。 关键词： 混凝土 ；表面处理；冲蚀磨损 中图分类号： T U 5 2 8 0 1 文献标志码 ： A 文章编号： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 3 7 0 4 Effec t o f c onc r e t e s ur f ac e t r e at ment on a nt i e r os i on per f or manc e WANG Ya n - p i n g ， WANG Oi - c a i ， J UC h u n c h a n g ( a S c h o o l o f Ci v i l E n g i n e e r i n g ； b S c h o o l o f Me c h a t r o n i cE n g i n e e r i n g ， L a n z h o u J i a o t o n gUn i v e r s i t y， L a n z h o u 7 3 0 0 7 0 ， Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h e s e c o n d d o u b l e - t r a c k s e c t i o n i n X i n j i a n g o f L a n z h o u X i n j i a n g r a i l w a y c r o s s e s fi v e w i n d a r e a s I n t h e s e ar e a s ， r a i l w a y c o n c r e t e s t r u c t u r e are s e r i o u s l y e r o d e d b y g r a i n s o f s a n d c a r r i e d b y s tr o n g wi n d s ， c a u s i n g t h e d u r a b i l i ty o f c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n t o r e d u c e T h e c o n c r e t e s u r f a c e s we r e t r e a t e d b y J NF s i l i c a s ol ， ma gn e s i u m s i l i c o flu o fide s ol u t i o n a n d a l u mi n i u m flu os i l i c a t e s ol u t i o n a nd VL M 1 c o n c r e t e s e a l c ur i n g a g e n t Afte r t r e a t i n g t he s urf a c e o f s a mp l e s ， t h e s a mpl e s we r e p a i n t e d b y wa t e r ba s e d s i l i c o n e a c r y l i c e mu l s i o n， e p ox y p rime r a ndp o l y ur e t ha ne， a swe l l a sPPG， r e s pe c t i v e l y Th e r e s u l t s s ho we dtha t t h et r e a t me n t sf o r the s urf a c e o fc o n c r e t ei n d u c e a c e r t a i nd e gre e i mpr o v e me n t for t he we ar r e s i s t anc e， an d the tre a t me n t e ffe c t o f ma gn e s i u m s i l i c o fluo r i d e s olut i o n a n d a l u mi ni u m fl uo s i l i c a t e s o l ut i o n we r e b e t t e r tha n o t h e r s I n t h e s a me s u r f a c e tre a tm e n t ， e p o x y r e s i n + p o l y u r e t h a n e c o a t i n g r e s i s t anc e t o e r o s i o n p e r f o r manc e wa s b e s t ， P P G c o a t i n g f o l l o ws ， and wa t e r - ba s e d s i l i c o n e a c r y l i c e mu l s i o n wa s t h e wo r s t I n d i ffe r e n t s ur f a c e t r e a tm e n t ， t h e s a mpl e s t r e a t e d by ma gn e s i um s i l i c o fluo r i d e s o l u t i o n a n d a l um i ni um flu o s i l i c a t e s o l u t i o n h a v e the be s t e r os i o n r e s i s t a n c e t o o Key w or ds ： c o nc r e t e； s ur f a c e t r e a t me nt ； e r o s i o n we ar 0 引言 兰新铁 路第二 双线( 新疆 段 ) 穿越百 里风 区 、 三 十里 风 区 、 吐鲁 番西部风 区 、 哈密北 戈壁风 区 、 哈密 南戈壁 风 区等五大风 区。 风区地段 ， 风力强劲 ， 风期长 ， 强 风携带 的 砂粒 对兰新 铁路混凝 土结构产生严 重 的冲蚀磨损 ， 造 成 混凝 土表面的水泥剥落以及水泥与骨料之 间微裂纹 的产 生 ，这些损 伤进一 步加剧 了混凝 土结构 的碳化 、氯盐 侵 害 、 冻融破 坏等损伤 。 混凝土 结构功能 的劣化 ， 不仅造 成 庞大的维修费用 ， 也给列车的行车安全造成 了重大的隐患 。 因此 ， 研究混 凝土结 构的表面抗 冲蚀 防护具有 重要 的工 程意义 。 目前 国内关于混凝土在气 固两相 流下的冲蚀磨损 鲜 见报 道 ， 国外的报道也较少 ， 且主要集 中在 冲蚀磨损 的影 响因素及机理方 面 ， 这 对强风沙地 区混凝 土结构风 蚀 防护提供 了指导 。 研 究指 出混凝 土结构表 面 的抗 冲蚀性 能取决于基 底的性 能和防护层 的性能 ， 如 混凝土 的表 面 硬度 ， 防护涂层 的厚度 、 硬度 、 柔韧性和强度等 。 表面硬度 高 ， 其耐 磨性 也高 ， 表面柔韧性好 ， 可 以吸收砂粒 的动能 ， 降低其冲击力 ， 减缓砂粒对混凝土结构的破坏。 因此， 强 柔结合 的复合 防护方法可能是强风蚀地区混凝土结构 防 护的有效方法 。 为此 ， 本研究先对混凝土表面进行基底处 理 ， 考察 不同处理对表面耐磨性的影响 ； 而后对进行基底 处理 的混凝 土表面进行涂装 ， 考察基底处理对表面防护效 果 的影 响。 1试 验 部 分 配制混凝土的原材料为 ： P O4 2 5 水泥， 细度模数为 2 8 3 的中砂 ， 粒径为 5 3 1 5 m m 的碎石 ， 自来水。 混凝土试件强 度等级为 C 3 0 ， 尺寸均为 1 0 0 m mx l 0 0 m mx l O 0 m m。 试件成 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 0 - 2 2 基金项 目：铁道部科技研究开发计划项 目( 2 0 1 0 G 0 1 9 A) ； 长江学者和创新团队发展计划资助( I R T1 1 3 9 ) 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图 4 1 # - 2 、 2 # - 2和 3 2 ) ； 沃尔 v L M1 高效混凝土密封 固化 剂是一种高渗透性混凝土密封 固化剂 ， 它可以有效渗透至 混凝土面层 3 1 0 m m， 并与混凝土中的一些游离成分发生 化学反应生成一种坚硬致密 的物质 ， 经这种密封 固化剂处 理过的混凝土 ， 其硬度 、 抗压强度 、 耐磨性能 、 抗渗透性 能 、 耐老化性 能均能得到一定程度提高 ， 有利于延长混凝土的 使用 寿命 。 从图 2 、 3 试验结果看 ， 用这 3种材料处理 的混 凝土其表面耐磨性相对于空 白样均有提高 ， 但提高的程度 不同 ， 以氟硅酸镁 + 氟硅酸铝 处理的表面其耐磨性提高的 最多。 水性硅丙乳液涂料i 1 z 】 因膜层较薄 ， 且膜层较脆 ， 当砂 粒冲蚀表面时 ， 无法有效 吸收砂粒 的能量 ， 致使局部产生 应力集 中 ， 造成膜层 剥离 ， 从而加速 了膜层 的全 面破 坏 。 所 以其抗 冲蚀磨损 的能力较低 ， 仅适 合于风蚀烈度 较低 环境下的混凝土 ， 如梁体 、 混凝 土桥墩 3 m 以上部位或桥 墩背 风区 ； 溶 剂型风 电涂料 1 3 - 1 4 以环氧树脂作 为底层 ， 聚 氨酯作 为面层 ， 因环 氧树脂强度 高 ， 而聚氨酯韧性好 ， 这 种强 韧结合 的涂层 可 以吸收大部分 的砂 粒冲击 能量 1 5 1 。 因此 ， 具有强 的抗 冲蚀能力 ， 适合于正面迎风区的风蚀 防 护 ， 如混凝土桥墩 3 n l 以下部位正面迎风区 ； P P G聚氨酯 涂料 的抗风蚀能力介 于上述两种涂 料之问 ， 抗 风蚀能力 中等 ， 适合 于与风 向呈一定夹 角的混凝土桥 墩的侧面 迎 风 区 。 4结 论 ( 1 ) 混凝土表面的基底处理有利于提高其表面耐磨性 ， 氟硅酸镁 +氟硅酸铝处理的混凝土表面其耐磨性提高的 最多。 ( 2 ) 在同种基底处理时 ， 溶剂 型风电涂料的抗冲蚀性 能最好 ， P P G涂料次之 ， 水性硅丙乳液的最差。 ( 3 ) 在不 同基底处理 后 ， 氟硅 酸镁 +氟硅酸铝溶液基 底处理的试块 ， 涂料 的抗冲蚀性能亦最好 ， 沃尔 V L - M1 高 效混凝 土密封 固化剂 基底处理 的试块 抗冲蚀性 能稍次 ， J NF型抗 冻型硅溶胶基底处理 的试块抗 冲蚀性 能最差。 参 考 文献 ： 【 1 GOR E q F A K C， B UR DT M L， C U B ER M M S o l i d p a r t i c l e e r o s i o n o f p o r t l a n d c e m e n t a n d c o n c r e t e J We a r ， 1 9 9 9 ， 2 2 4 ( 1 ) ： 1 0 6 1 1 2 2 MOMB E R A W T h e e r o s i o n o f c e me n t p a s t e ， mo rt a r a n d c o n c r e t e b y g n t b l a s t i n g J We a r ， 2 0 0 0 ， 2 4 6 ( 1 - 2 ) ： 4 6 - 5 4 3 】F I ORI O BWe a r e h a r a e t e r i s a t i o n a n d d e g r a d a t i o n me c h a n i s ms 0 f a c o n c r e t e s u r f a c e u n d e r i c e f r i c t i o n J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 5 ， 1 9 ( 5 ) ： 3 6 6 3 7 5 4 MOMB ER A W Da ma g e t o R o c k s a n d C e me n t i t i o u s Ma t e r i a l s fr o m S o l i d I m p a c t J R o c k Me c h a n i c s a n d R o c k E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 4 ， 3 7 ( 1 ) ： 5 7 8 2 5 】 章岩 ， 王起才 ， 张粉芹 ， 等 昆 凝土抗风蚀磨损表面强化处理材 料的对比试验研究 J 1 中国铁道科学， 2 0 1 2 ， 3 3 ( 2 ) ： 4 3 4 7 6 张晏清 普通混凝土表面强化 的研究 J 建筑材料学报 ， 1 9 9 9 ， 2 ( 1 3 ： 3 3 3 6 7 郝贫洪 ， 邢永明 ， 杨诗婷风沙环境下钢结构表面涂层； 中蚀行为 与侵蚀机理研究l J 1 摩擦学学报 ， 2 0 1 0 ， 3 0 ( 1 ) ： 2 6 3 1 8 郝贫洪 ， 邢永明， 赵燕茹 ， 等 风沙环境下钢结构涂层侵蚀机理 及评价方法 J J _ 建筑材料学报， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 3 ) ： 3 4 5 3 6 1 9 叶青硅溶胶对水泥基材料微观结构和力学性能的影响【 J 1 硅酸 盐学报 ， 2 0 0 8 ， 3 6 ( 4 ) ： 4 2 5 4 3 0 【 l O H a n Y o u n g M o o n ， D o n g G u S h i n ， D o o S u n C h o i E v a l u a t i o n o f t h e d u r a bi l i t y o f mo rta r a n d c o n c r e t e a p pl i e d wi t h i n o r g a n i c c o ati n g m a t e r i a l a n d s u rf a c e t r e a t m e n t s y s t e m J C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g M a t e r i a l s ， 2 0 0 7 ( 2 1 ) ： 3 6 2 3 6 9 【 l 1 于慧生 氟硅酸镁的基本用途 J 1 _无机盐工业 ， 1 9 8 3 ( 2 ) ： 1 8 2 1 1 2 】 徐峰 ， 邹侯招 建筑涂料技术与应用【 M 北京 ： 中国建筑工业出 版社 ， 2 0 0 9 I 1 3 1 J 成楼环氧俩烯酸弹 性聚酯一 聚氨酯抗风沙磨蚀涂料的研南 0 叨 中国涂料 ， 2 0 0 9 ， 2 4 ( 1 1 ) ： l 3 1 6 【 1 4 】 赵庆军， 李莉， 姚海龙， 等风力发电机组风机叶片涂料的研究【J J 现代涂料与涂装 ， 2 0 1 1 ， 1 4 ( 4 ) ： 3 8 4 0 【 1 5 H A N Z h i - w u ， Z H A N G J u n - q i u ， G E C h a o ， e t a 1 E r o s i o n r e s i s t a n c e o f b i o n i c f u n c t i o n al s u rfa c e s i n s p i r e d f r o m d e s e r t s c o r p i o n s J J L a n g - m u i r 。 2 0 1 2 ( 2 8 ) ： 2 9 1 4 2 9 2 1 作者简介 ： 联系地址 王彦平( 1 9 7 4 一 ) ， 博士研究生 ， 副教授， 主要从事风沙 环境下混凝土的冲蚀磨损。 兰州市安宁区安宁西路 8 8 号 兰州交通大学 4 0 6 信箱 ( 7 3 0 0 7 0 ) 联系电话 ： 1 5 3 5 2 0 1 0 4 5 5 ， 、 淮安市出台预拌砂浆推广应用实施细则 为加快预拌砂浆推广应用步伐 ， 城区全面实现禁止施工现场搅拌砂浆 ， 近 日， 淮安市住房 和城乡建设局依据 江苏省 散装水泥促进条例 和 淮安市人民政府关于市区禁止现场搅拌砂浆的通告 ， 结合实际情况， 制定了 淮安市推广应用预 拌砂浆实施细则( 试行 ) ( 以下简称 细则 ) 。 细则 规定： 市区( 除淮阴区、 淮安区外) 范围内所有新开工建设工程项 目， 一律不得在施工现场架设砂浆搅拌机， 必 须全部使用预拌砂浆。属于禁止现场搅拌砂浆的工程建设项 目， 有特殊情形的， 必须在使用前经市散办备案， 方可现场搅 拌砂浆 。 细则 明确 了设计 、 施工图审查 、 造价 、 标底 编制、 施工 、 监理等单位在推广应用预拌砂浆过程 中的职责。 细则 还规定 ： 对未按规定使用预拌砂浆 的建设工程 ， 一律不得参加工程评优 ， 同时不予办理散装水泥专项资金返退 结算手续 ， 并按照相关法律法规予以处罚。 4 0 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m