混凝土涂料對混凝土碳化性能影響的研究

孫學志 王元綱 趙蘇政

南京林業大學土木工程學院，江蘇南京  210037

    混凝土碳化是指大氣中的C02不斷向混凝土內部擴散，并與其中的堿性物質發生化學反應使混凝土的堿度降低直至中性化的過程。這是一個緩慢而復雜的過程，涉及到材料、荷載與環境變量，如混凝土水灰比、可碳化物質含量、環境的溫度與濕度、C02濃度、荷載作用方式及水平、混凝土密度與孔結構等。這些變量中有的表現為很大的隨機性，研究起來十分困難。所以目前對混凝土碳化的研究主要是建立在實驗室中人工快速碳化試驗的基礎上。

    本文選用幾種目前市場上經常使用的有機，無機涂料，通過碳化對比試驗分析，說明混凝土保護涂層對混凝土抗碳化能力的改善作用，從而從抗碳化能力這方面來進一步評價涂料的使用性能。

1、涂料對混凝土碳化深度影響的機理

    目前，混凝土耐久性的防護技術主要包括：①針對鋼筋銹蝕防護的陰極防護法、添加鋼筋阻銹劑法和采用涂層鋼筋法；②針對氯鹽侵蝕的電化學脫鹽法和降低碳化的電化學再堿化法；③針對混凝土結構體系的表面涂層防護法等。實踐表明。混凝土表面涂層防護法是較為經濟的方法。常規混凝土表面防護涂層可分為兩種：

    一類為有機材料，典型代表應屬有機硅類材料，如烷基烷氧基硅烷等。另外，含有機硅樹脂的稀溶液，具有很強的滲透性，本身有很強的憎水性，并能與混凝土組分起作用，可堵塞孔隙并在孔壁形成憎水膜，能防水，抗滲透性強。其次對環氧涂料研究也頗多；因其對混凝土表面有著很好的附著力，并且耐化學腐蝕品質優良，液態樹脂和液態固化劑配制的環氧涂料可以深深地滲透進混凝土表層，增強混凝土的表面的強度和密度，從而大大提高了混凝土的耐久性。

    一類是以水泥基材為主，加入一些添加劑制成的，通常稱為水泥基滲透結晶型防水材料。如西佩克(XYPEX)、克塞佩克斯、韓國的水牛防水劑以及德國的KOESTER NBl系列產品等，還有我國的雪佳等產品。這些產品可與基材的濕氣和游離石灰產生結晶，具有強滲透性和可錨固基材本身，并填補孔洞和堵塞毛細孔而起到防水作用。它具有良好的透氣性，可以阻擋水分子但不能阻擋空氣分子的透過，在廣泛范圍內不受弱酸性物質、堿性物質的侵襲，能防止凍融循環對混凝土的破壞，并對鋼筋起保護作用。

    總之，有機涂層涂料主要是以滲入，吸附，凝結的方式填充混凝土孔隙，無機涂料主要是以活性物質進一步和混凝土的相關物質反應，生成新的結晶物，達到填充混凝土孔隙的目的。

2、試驗材料和試驗方法

    2.1原材料

    (1)水泥：本試驗所用水泥為南京江南水泥有限公司的產品。水泥商標：鐘山牌；水泥品種：普通硅酸鹽水泥；水泥等級：42.5；窯型：回轉窯。

    (2)骨料：本試驗所用骨料均為南京白云礦廠生產的碎石，骨料共有粗、中、細三種規格。

    (3)水：凡飲用水(含牲畜飲用水)均可使用，本試驗采用自來水。

    (4)7一氨丙基三乙氧基硅烷

    本品由南京曙光化工集團有限公司生產、經銷。經出廠檢驗該產品合格。本文中用代號”G”代替本產品的名稱。

    (5)HMl500無機水性水泥密封防水劑

    本品由南充市眾城防水防腐材料廠生產。本文中用代號”H”代替本產品名稱。

    (6)立邦通用抗堿封墻底漆

    本品由上海立邦涂料(中國)有限公司生產、經銷。經出廠檢驗該產品合格。本文中用代號”Bf．代替本產品的名稱。

    (7)JT—CCCW

    本品由南京金湯建筑防水有限公司生產、經銷。本文選用的包括JT—CCCW l型，本文中分別用代號”cI”(或” C1”)代替它的名稱。

    2.2試驗方法

    2.2.1混凝土試件的制作

    按GB／T50082—2002(普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》規定成型普通水泥混凝土試件：采用10cm×10cm×10cm的混凝土鋼制試模按一定配合比成型普通水泥混凝土試件，3個試樣為l組。

    將已成型的混凝土試件按規定送至溫度(20±3)℃、濕度90％以上的標準養護室養護，靜置l d脫模，脫模后用鋼絲刷將試件各面刷毛、清除油污，清洗干凈并除去浮水，再重新放入養護室繼續養生。

    標養l4d(從制件放入標養室開始算起)開始涂刷涂料。

    2.2.2涂刷涂料

    (1)水泥基滲透結晶型防水涂料

    參照使用說明以質量比為：5(粉劑)：2(水)配置成使用涂料。然后在混凝土處于干飽和狀態時開始用毛刷均勻涂刷，通過控制涂料使用量實現對涂料厚度的基本控制。盡量使涂料用量保持在1.0kg/㎡以上，以滿足要求，達到最佳效果。

    (2)I-IMl500無機水性水泥密封防水劑

    在試件處于干飽和狀態時，將試件置于水平桌面上，試件的被涂面垂直于桌面。用毛刷蘸取I-IMl500無機水性水泥密封防水劑，由上而下在試件被涂面上均勻涂刷5—7次，保持被涂面至少5sH看上去是濕的”。記錄下每個試件表面的試劑用量。每次重新涂刷都用相同的控制方法。

    (3)7一氨丙基三乙氧基硅烷

    在涂刷前24h時，將試件從標養室取出在實驗室條件下靜置24h后，開始涂刷。涂刷方法同HMl500無機水性水泥密封防水劑。

    (4)立邦通用抗堿封墻底漆

    在涂刷前24 h時，將從標養室取出在實驗室條件下靜置24 h后，開始涂刷。通過控制涂料使用量實現對涂料厚度的基本控制。

    2.2.3試件養生

    涂水泥基滲透結晶型防水涂料的試件放在溫度(20±3)℃、濕度90％條件下養生；涂HMl500無機水性水泥密封防水劑，7一氨丙基三乙氧基硅烷和立邦通用抗堿封墻底漆的試件放在溫度(20±3)℃下，并用塑料袋密封。

    2.2.4碳化試驗

    分別測試3d，7d，14d，28d的空白基準件和涂涂料試件的碳化深度。具體操作按照：GB/T50082—2tX)2(普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》進行，采用試件規格為10cm×10cm×10cm。

    2.2.5試驗用混凝土配合比

    水灰比0.60，1m3混凝土材料用量(1kg)：水泥351，水211，砂680，石ll58。

3、試驗結果與分析

    3.1碳化深度隨涂料品種不同的變化

    3.1.1實驗結果

    涂料層數均為2層，涂料的齡期為l4d，試件的水灰比為0.6，分別在碳化時間為3d，7d，14d，28d時測定碳化深度。測定結果見表l和圖l。

    3.1.2試驗結果的分析

    (1)可以看出，無論是空白基準試件還是涂層試件，它們的碳化深度均隨著碳化時間的延長而增加。

    (2)分別觀察表1中的涂層試件的碳化深度和作為對比的空白基準試件的碳化深度，可以明顯地看出涂覆了混凝土保護涂層的試件的碳化深度小于未涂覆保護涂層的試件K，涂涂料后試件的抗碳化能力從大到小分別是：B，G，H，C1。

    (3)分別觀察表中涂覆了混凝土保護涂層的試件的碳化結果，可以看出在涂料齡期是14d時，有機涂料的效果是優于無機涂料的。

    (4)碳化時間比較短時，由于實驗條件等原因，所測數據沒有明顯的梯度，數據沒有規律性，比如在3 d測試的數據中，其結果就不很合理，但隨著碳化時間的增加，碳化深度有了一定的規律和可比性。

    (5)研究lg(碳化深度)和碳化時間的關系可以從圖2得出，從7d開始后l g(碳化深度)基本成直線，說明其值與碳化時間有很好的相關性，并且可知8，G有機涂料隨碳化時間增加，碳化深度的增幅比無機涂料大。所以可以預見隨著碳化時間的加長，無機涂料總碳化深度和有機涂料總碳化深度的差距也會逐漸減小。也可以這樣說：在涂料齡期超過14d后，隨著碳化時間的增加，無機涂料所表現出的抗碳化性能相對于有機涂料有了逐步提高。

    3.2碳化深度隨涂料層數不同時的變化

    當涂料層數不同時，通常認為隨著涂料層數的增加，其抗碳化能力也有一定程度的增加。但本實驗的結果說明不同品種的涂料對涂層厚度的敏感性是不同的。

    3.2.1試驗結果

    通過對涂層層數為l，2，3層的試件，分別進行3d，7d，14d．28d的碳化，測量其碳化深度如表2，表3表4所示。

    3.2.2試驗結果分析

    (1)從表2，表3，表4中可以看出涂層層數的增加，各種涂料的碳化深度依次減小。說明涂料的層數對混凝土抗碳化能力有一定的影響。層數越多，其抗碳化能力越強。

    (2)取各層涂料的28 d碳化深度進行匯總(見表5，圖3)，可以看出：

    (1)從圖3中可以明顯看出涂有機涂料8，G的試件抗碳化能力強于涂無機涂料Cl，H的試件；

    (2)cl和H隨著層數的增加其28 d碳化深度減小的幅度比8和G的減小幅度小，也就是說增加厚度后的試件抗碳化能力有機涂料8和G要好于無機涂料Cl和H。有機涂料對厚度的敏感性要強于無機涂料。

    (3)出現以上現象的主要原因是由于有機涂料主要是以短期成膜為主要的反應形式，用時短，見效快。另外其本身成膜有很好的密閉性和穩定性也是其抗碳化能力強的一個因素。而無機涂料的反應時間相對較長，所以在涂料齡期為14d時的抗碳化能力不如有機涂料。

    但從生成物質的數量和成分來看，有機物主要是在短期內本身涂料的失水凝固，填充的是混凝土表面有限厚度的孔隙；無機涂料隨著涂料齡期的增長，能夠逐漸滲入，不斷生成結晶物，不斷填充混凝土內部孔隙，其作用是長期的，本質的。

4、結論

    通過以上兩個實驗的分析，可以知道目前常用的幾種涂料對混凝土抗碳化能力的影響情況。有機涂料主要以短期的，物理的作用提高了混凝土的抗碳化能力，無機涂料主要以長期的，化學的作用提高混凝土的抗碳化能力，所以齡期為l4d的碳化實驗表明，有機涂料8，G的表現要好于無機涂料。

    增加層厚對于有機涂料的效果是很明顯的，可以大大增加混凝土的抗碳化能力，而無機涂料對層厚增加的反映不明顯。所以在實踐使用相應涂料時，要根據涂料的自我品質和施工要求選用合適的涂料和合適的層數。對于無機涂料想通過增加層厚而達到短期內提高混凝土抗碳化能力的做法，明顯是欠妥當的。

參考文獻

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【4】GBJ 82—85普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法【S】．1985．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)