水性氟碳涂料对混凝土防护作用的研究

王刚

摘 要：在现代建筑工程中应用最为广泛的建筑材料应该就是混凝土，社会各界自然也就对耐久性给予了越来越多的关注。大量的建筑实践活动表明，防护涂料的科学应用对于混凝土持久性的提升与改善是有着积极效用的，而这其中效果最为理想的应该就是水性防护涂料的使用。基于这样的现实背景，文章以“水性氟碳涂料”为主要研究对象，在对其进行概述的基础上，就其对混凝土的防护作用展开探讨与分析。

关键词：水性氟碳涂料；混凝土；防护

0 引言

水性氟碳涂料，有时候也被称之为氟碳漆，其主要成分就是水性氟碳树脂，是一种耐候性水性的材料，造价经济，因此是专业墙体建筑的良好选择。实践表明，水性氟碳涂料的恰当应用对于混凝土防护作用有着极好的改善与提升作用。

1 防护涂层体系及涂刷工艺研究

1.1 防护涂层体系简介

1.1.1 成分分析

混凝土是极为典型的多相孔材料，虽然应用广泛，但是，容易受到破坏，通过防护涂层体系的使用，可以较好地解决上述难题。目前常用的防护涂层体系，其主要成分就是氟碳涂料，这是一种以有机氟聚合物或者是有机氟改性聚合物为主要成膜物质的涂料，在力学性能以及耐久性方面都有着不错的表现。

1.1.2 分类分析

从目前工程的实际应用情况来看，防护涂层体系主要是可以分为以下几种：

第一种就是沥青和煤焦油类。沥青和煤焦油类的防护涂层体系最为显著的特点就是性价比理想，在地下工程的应用中较多，防腐性能和防水能力都是不错的，但是由于黑颜色，出于美观方面的考虑，在外露结构的应用是很少的。

第二种就是油漆类。目前市场上的油漆可以说是种类颇多，价格差异较大，这样就给我们提供了更多的选择，根据实际的腐蚀环境以及相关的结构要求等选择恰当的油漆进行应用。但是老化快、耐久性差，因此其应用具有一定的局限性，尤其是不适用潮湿的环境。

第三种就是防水类。防水类防护涂层的主要特点就是在一般的腐蚀条件下，能够有效防止水进入混凝土，从而起到良好的钢筋混凝土防腐蚀或者腐蚀的延缓，尤其是近些年以来，出于减少生态环境压力的角度考虑，一些新型的防水性涂料发展迅速，尤其是水性的和无溶剂型的。但是，这类涂料与油漆类涂料类似，在耐久性以及防腐蚀性方面有待进一步改善与提高。

第四种就是树脂类涂料。树脂类涂料的分类较多，而且不同类别的树脂类涂料的特点也是不同的，在应用方面也是有所区别的，其中应用最为广泛的应该是环氧树脂以及聚氨酯涂料。另外，需要注意的是，随着研究进程的不断推进，有一类高性能的涂料悄然出现，就是氟碳树脂类涂料。这类涂料具有非常好的耐久性，但是由于价格的原因，影响了其在混凝土防护领域的应用与推广。

1.2 涂刷工艺分析

在混凝土防护层体系的涂刷工艺方面，目前常用的主要有以下几种，分别是手工施工、简易的机械喷涂、双组份的双路喷涂以耐磨性的双组份双路喷涂等。

手工施工的原材料是环氧漆，一般是将其余适量的固化剂混合，待其熟化后，用毛刷或者是滚刷进行涂敷。这种方式是最传统的，也是最费时费力的。

简易机械喷涂主要是采用溶剂型的环氧漆，将其与固化剂按照恰当的比例混合后，加入适量的溶剂，待其熟化后，用齿轮泵或者是压力缸进行喷涂。

双组份双路喷涂机主要有低填料型和高填料耐磨型两种，但是在使用方面具有一定的局限性，更加适用于喷涂的固体填料含量小、硬度低的环氧漆。

耐磨性的双组份双路喷涂是双组份双路喷涂的改善与升华，可以进行大量填料厚浆和无溶剂型环氧漆的喷涂，喷涂的厚度可以达到300?m以上。

2 破损程度对防护性能的影响

2.1 涂层破损的分类

使用寿命到达的自然老化失效以及外力作用导致涂层受损可以说是涂层破损的两个主要类别。如果是因为受到外力的作用而导致涂层在尚未到达使用年限就已经出现破损现象的话，需要对混凝土的结构进行深入分析，是否存在结构破坏的现象，是否有裂缝的产生等；如果仅仅是涂层的破损，往往只需要对出现破损的区域进行局部性的重涂就可以重新恢复涂层的防护性能。

2.2 破损程度影响试验

破损可以是涂层使用过程中一种极为常见的现象，但是由于破损程度的不同，可能导致的实际影响也是有所差异的。为了更好地验证破损可能带来的影响，进行了如下试验，具体方案如下：

第一步就是制备测试的样本，选取合适的混凝土样块，最好是体积相同、生产配比也相同，对其表面进行优选防护涂层体系的表面涂刷。

第二步就是开始进行涂层破损实验，一般是在测试样本的涂层成膜后三天开始进行。在破损程度分别是0、10%、20%、30%、40%、50%的时候，涂刷丙酮，将涂层溶去。

第三步就是取平行的测试样本，进行吸水率的测试，测试的时间分别是2个小时、4个小时、6个小时和12个小时、24个小时（图1）。

从图1中，我们可以清楚看出：随着涂层破损程度的逐渐增加，相同时间下混凝土的吸水率呈现出同样的增长趋势。当破损程度<20%的时候，不同测试时间的系数率虽然也呈现出了增长的趋势，但是始终是<3%的；当破损程度>30%的时候，在相同的测试时间，吸水率基本是不变的，也就是在破损程度达到30%或者更高的时候，混凝土涂层的吸水率与破损程度的关系并不大。换句话说，涂层的破损已经基本失去了防护能力；当破损程度分别在40%和50%的时候，结果与30%破损程度的数据基本相同，这就表明混凝土涂层已经失去了防护能力。另外，关于涂层破损程度对混凝土试块吸水率随时间变化的影响（图2）。

从图2，我们可以看出，吸水率的高低与破损程度有着密切的关系，随着破损程度的增大，吸水率也不断增加，而且达到饱和吸水状态所需要的时间就越短。当破损程度在 10%时，吸水率是在12小时 左右达到饱和状态的；当破损程度在 20%时，达到饱和的时间仅仅需要6个小时；当破损程度 30%以上时，时间更短，仅僅为4个小时。

3 涂層修复工艺研究

3.1 涂层残留的处理方式

机械打磨和化学试剂处理是残留涂层处理的两种主要方式。关于机械打磨，可以说是应用相对广泛的一种处理方式，但是这种方式最为显著的弊端就在于如果防护涂层的附着力较好，往往需要很长的时间才能实现对残留涂层的处理，而且效果也不如化学试剂的方式理想。但是，对于交联固化的涂层来说，化学试剂往往是没有效果的，只能选用机械打磨的方式进行处理。总的来说，机械打磨对环境的污染很少，而且更加适用于大面积的涂层去除。

另外一种处理方式就是应用化学试剂，其本质在于相似相溶的基本原理，也就是说在化学试剂的选择方面，需要选择那些和涂层的有效成膜有着相似极性的，才有可能达到预期的效果。这种方法操作简单，效果也不错，但是成本较高，而且容易造成。

3.2 混凝土湿度对重涂涂层防护性能的影响

为了更好地研究混凝土的湿度可能对重涂涂层防护性能产生的影响，设计了如下试验：

首先对测试样块进行破损处理，程度为30%，然后对干燥状态下测试样块的重量进行测定，将其置于水中24个小时，待吸水达到饱和状态后，将表面水分擦拭干净，进行称重。将饱和吸水状态下的湿度设定为100%，将其置于烘箱中，进行烘干，每间隔一段时间，进行一次称重，这个时候含水量与饱和状态下混凝土吸水量额比值就是混凝土的湿度了。别在混凝土湿度为 20%、40%、60%及 80%时在涂层破损处局部重涂，与完全干燥时涂刷重涂涂层的试块进行比较（图3）。

如图3所示，当混凝土的湿度分别是20%和40%的时候，涂刷重层涂层的确能够有效降低吸水率，而且湿度越小，这种效果越为显著。当混凝土的湿度达到60%的时候，根据测试的结果来看，如果测试12个小时的话，依然是能够起到有效防护作用的，但是在24个小时的时候所测得的数据表明，吸水率明显增高，而且湿度为60%的测试样块在浸泡12个小时以后有细微的鼓泡现象出现；当湿度为80%的样块进行测试的时候，鼓泡现象出现的更早，而且在12个小时的时候，就出现了吸水率的显著增大。因此，我们可以认为湿度大的混凝土，其界面重涂涂层的附着性是比较差的。

3.3 重涂工艺的选择与应用环境污染

关于重涂工艺的选择，不仅仅要将残留涂层系列的种类纳入考虑的范围，混凝土建筑物所处的环境同样是重要的考虑因素。换句话说，在选择重涂涂层体系的时候，新旧涂层之间最好是能够在界面上实现良好的结合。另外一点就是如果残留的涂层需要全部处理，全部重涂的时候，可供选择的涂层范围是可以相对扩大一些的，只要根据其使用的环境来选择恰当的涂层体系就可以了。一旦涂层体系确定了，重涂工艺的选择至关重要，因为这会在很大程度上影响到重涂之后的效果。

选择两种重涂工艺，将破埙程度是50%，已经制备好的测试样块分为两个组别，每组各有3块，第一组是单独涂刷水性氟碳乳液面漆，两层涂刷，厚度在160?m左右；第二组则是混合型涂刷，第一遍先进行水性硅丙乳液底漆的涂刷，第二层则是水性氟碳面漆的涂刷，总厚度控制在280?m左右最为合适。之后进行混凝土吸水度的测试，浸泡时间分别是2个小时、4个小时、6个小时、12个小时和24个小时（图4）。

从图4的数据中，我们可以看出来，两种不同工艺下得到的重涂涂层都能够有效降低混凝土的吸水率。但是，与未破损状态下的测试样本相比，重涂后的涂层在混凝土吸水率的降低方面是可以恢复到原来性能的，但是两组工艺对混凝土西汇率的影响并不大。

4 结语

从上文的论述中，我们可以看出，水性氟碳涂料的确对于混凝土的防护作用具有积极的影响。为此，笔者建议一定要根据实际情况，充分发挥水性氟碳涂料的积极效用，选择恰当的工艺，全面提升混凝土的耐久性。

参考文献

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（作者单位：中国航发北京航空材料研究院）