清水混凝土保护涂料的研制与应用

摘要：本项目研究开发了一种具有超强渗透能力和良好透气“呼吸”功能的清水混凝土保护涂料，并对其应用性进行了介绍。该涂料采用有机硅和氟碳/丙烯酸混合乳液体系，表现出如荷叶一般超强的疏水、防水、自洁性；更能提高混凝土的耐久性，延缓风化、抗拒酸性物质对混凝土的侵蚀，更能保持混凝土“原创”形态。

关键词：清水混凝土保护涂料；有机硅；透气“呼吸”功能

一、前言

随着城市建设以及现代交通的迅速发展，混凝土已成为当今世界上用量最大、使用范围最广的建筑材料，钢筋混凝土结构的大坝、桥梁、公路、铁路、海洋码头、机场、地铁、电厂电站等工业及市政建筑领域得到广泛的应用。随着混凝土广泛应用于建筑施工领域，建筑师们逐渐把目光从混凝土作为一种结构材料转移到材料本身所拥有的质感上，开始用混凝土与生俱来的装饰性特征来表达建筑传递出的情感。但是混凝土结构如果直接暴露空气中、雨水、紫外线、油污等侵蚀会使混凝土表面吸附污垢，颜色变深，空气中二氧化碳和酸雨的侵蚀也会使混凝土的强度降低并最终降低结构的使用年限。这些过早“衰老”的工程不仅需要耗用庞大的维修费用，还会造成巨大的安全隐患^[2-3]。因此研制一些既能保护混凝土不受环境碳化的影响、又能保持混凝土的本质，原创建筑风格的混凝土保护涂料，对延缓混凝土的使用寿命，提高混凝土结构的耐久性，减少维护费用具有重要的社会意义和经济价值。

因此，清水混凝土保护涂料产品的研发和推出也要相应配合这个趋势。建筑涂料企业如何满足终端消费者的需求，在很大程度上是要依靠研发能力。那么研发能力很大程度上是取决于原辅料供应这个平台所提供的技术支持。近年国外涂料原料企业纷纷加大在中国的投资和技术研发^[1,4]，为中国带来了新技术、新材料，都促进了中国涂料产业的快速发展。提高产品的技术含量。曼得丽公司与巴斯夫、陶氏化学、瓦克、杜邦等企业原料合作上都在不断努力，促进企业技术创新。

二、试验部分

清水混凝土保护涂料包括修补砂浆、保护底漆和面漆。表面涂料（底漆/面漆）会形成一种透明或半透明的漆膜，不含如钛白粉之类的有色颜填料，因此不会遮盖混凝土本来的外貌，使混凝土保持原来的颜色和质感，同时可以防止混凝土表面开裂、粉化、霉变等。本试验选用耐久性较好的有机硅乳液和氟碳乳液分别作为保护涂料底漆和面漆的成膜物质。

2.1配方设计

表1 清水混凝土保护材料底漆和面漆基础配方

2.2 生产工艺

按照上述表1配方，将各种水性助剂加入到去离子水中，在高速分散机上搅拌均匀，然后加入颜填料，经高速分散0.5h至规定细度，低速搅拌下加入保护乳液，并加入成膜助剂、消泡剂、pH调节剂和增稠剂，调节粘度并混合均匀，过滤，出料待用。

2.3性能测试

1)固体含量： >=10%±1

2)遮盖率：   透明

3)表干时间： 1 小时/25℃

4)耐碱性：   7d涂层无起泡；开裂；剥落，参考GB/T 9265-2009；

5)耐水性：   7d涂层无起泡；开裂；剥落。

6)耐沾污性：  耐沾污性小于1级（5次循环），参考GB/T 9780-2005；

7)耐洗擦性： ≥20000次以上 ，参考GB/T 9266-2009；

8)耐人工老化：1700小时

三、保护涂料的研制

本技术在研究国内外清水混凝土保护涂料的功能、应用范围及两者相互关系基础上，对清水混凝土保护涂料从成膜物质、颜填料、助剂等三方面进行了开发。目前国内进行混凝土透明保护漆开发研制、生产的厂家寥寥无已，而且他们的产品主要是采用在乳液中添加少量的偶联剂，该类产品的主要目的是起到罩光的作用。国外，特别是日本在混凝土透明保护漆的研究开发方面做的工作较多，但他们的产品大部分是以溶剂型为主，虽然这类产品的耐候性能、抗污性能等都不错，但这类产品存在不透气、价格高、不环保污染环境。

3.1技术关键

要提高清水混凝土的抗渗透、抗冻融破坏、抗风化和抗污染性能的主要措施，1、要封闭清水混凝土的毛细孔，2、提高清水混凝土的耐久性，3、透水性，4、透气性使用安全、对人、牲畜、植物无害、水基、不含石油提取物，容易用水清洗；涂刷时呈乳白色，容易识别哪里刷过，哪里没刷过；干结后变成无色透明材料；快干：一般情况下，一、二个小时即表干；表面可以涂刷各种建筑涂料，包括乳胶漆和油基涂料；抗霉菌生长，抗色斑，耐盐、酸、碱等腐蚀；单向可呼吸：防止外界雨水、潮气、二氧化碳等有害气体渗入墙体，同时又能使墙体内的潮气正常散发出来；冻融稳定性好。透明液体，质感自然。不影响混凝土表面的颜色、质感，能保持混凝土的自然肌理，良好渗透性、致密性。能渗入混凝土内部2-6ｍｍ，使混凝土表面硬度、密度、防水性大幅度提高，从而避免混凝土受酸、碱、盐、油脂等的侵蚀。 

3.2主要创新点

传统建筑外墙混凝土的耐久性保护涂料大多采用聚氨酯或丙烯酸的体系，或者在混凝土中直接添加聚合物来起到清水保护的效果。但材料的耐候性能远不能达到建筑结构保护的要求。一般经过5-7年，混凝土就会发黑发黄，而且这种过程是不可逆转的，想再进行修补或复原非常困难。即使重涂，表面还会保持发黑发黄的效果。而本公司的清水混凝土保护涂料注重对混凝土的长久保护，使混凝土风格的建筑物能够历久弥新，使维护费用降至最低。

本项目研制的混凝土保护涂料，采用了瓦克公司的有机硅树脂为原料结合美国陶氏公司氟碳+纯丙乳液相结合的涂膜保护系统，因为硅树脂是三维交联的刚性网络结构，不溶不熔，在200℃的高温下不会有任何变化，可耐酸碱及太阳光中的紫外线，红外线，配合面漆氟碳乳液和丙稀酸乳液，性能优越。经优化复合配制后，能够渗透水泥基材内部达2-6mm，对基材进行保护，不同于其他保护材料仅仅覆盖基材表面，容易脱落，失去保护效果。二是产品透气性：从而保证混凝土内部的干燥，解决普通不透气涂料由于水泥制品由于内部水份往外蒸发时导致的起皮脱落现象。三是优异的防水性能：防水浸渍有如无形的雨伞，即使是0.2mm的裂缝水也进不去。四是能与混凝土内碱KOH交联反应，形成辛基长碳链锚固在混凝土上，其化学键稳定，所以具有优异的耐候性能，

3.3 技术指标及性能检测

参考《HG/T4104-2009》和《JT/T695-2007》标准

表2清水混凝土保护涂料的性能指标

四、保护涂料的应用

4.1 保护涂料适用范围

可广泛应用于古建筑物、市政桥梁、运动场馆、高速公路的护栏、大厂房等外墙基面涂装。能渗透扩散到结构内部，堵塞过水通道，起到理想的防水作用。同时，它还可以保护结构不受酸、碱、各类油脂、工业化学品和盐类等的侵蚀，提高表面的耐磨性，增强表面色泽的鲜艳度。清水混凝土透明保护漆规范的涂装工艺为一底二面，即一遍底漆，主要起渗透抗碱作用；二遍面漆，达到耐候、抗污的效果。如果混凝土基面色差较大，则要进行局部修色，以达到色泽均匀一致。以有机硅树脂与纯丙稀酸乳液为基料，在多种助剂的配合下，制备成清水混凝土保护涂料，其涂膜的物理性能和环保性能完全符合GB/T 9756—2001《合成树脂乳液外墙涂料》标准要求。 

清水混凝土透明保护漆规范的涂装工艺为一底二面，即一遍底漆，主要起渗透抗碱作用；二遍面漆，达到耐候、抗污的效果。如果混凝土基面色差较大，则要进行局部修色，以达到色泽均匀一致。

4.2 保护涂料的施工

4.2.1表面准备

认真进行施工表面的准备工作是取得良好效果的基础。为确保长期、可靠的防护效果，应严格按如下工法进行表面准备，确保墙体表面清洁坚固。用喷砂或高压水枪清除所有灰尘、油污、泛碱、油漆、浮浆、松动的砂浆等一切影响渗透型混凝土碳化保护剂与墙体表面良好结合的杂物。喷砂或高压水施工后，用钢丝刷清除表面残留杂物，最后用清水冲刷施工表面。

4.2.2表面修补

用修补剂修补（修复）起壳、起砂的结构；对已老化疏松的结构要彻底凿除直至清洁坚固的基层，并用修补剂进行修补加固，确保结构表面坚固完好。

4.2.3表面油污的处理

如果表面油污污染严重，要彻底清除油污层。由于油污有较强的渗透力，要将表面结构凿除1至2厘米，直到清洁坚固的基层，然后用修补剂进行修补加固，确保结构表面清洁坚固。

4.2.4增强钢筋的处理

如果结构破损严重致使增强钢筋暴露并锈蚀，要按如下工法认真清理锈蚀钢筋：

a)将钢筋周围的结构层凿除，使钢筋彻底暴露。钢筋两端的结构层也要凿除，使没有生锈的部分至少暴露出5厘米；

b)用钢丝刷彻底清除钢筋表面的锈迹，直到露出崭新的金属表面；

c)在钢筋表面涂刷两遍FP阻锈剂；

d)用修补剂修补结构层被凿除的部分以获得清洁坚固的表面。

4.2.5 表面施工

a)用喷枪、刷、滚筒等工具在清理好的施工表面均匀涂刷；

b)如果涂刷表面属多孔性表面，应在涂刷第一遍1小时后，涂刷第二遍。

4.3 保护涂料的应用

按照以上制备和施工工艺，涂刷我公司生产的保护涂料，在混凝土和砖石等结构表面，不仅能够渗透到结构内部，提高防水、透气性能，还能保持混凝土/砖石等结构材料原有的形貌色彩，体现返璞归真的“原创”色调。

具体施工效果实拍图见图1：

图1 清水混凝土保护涂料的实例图

本公司开发的清水混凝土保护涂料产品优势：

·技术先进，使用寿命长，适应性广；

·使用安全：对人、牲畜、植物无害；

·水基：不含石油提取物，容易用水清洗；

·涂刷时呈乳白色，容易识别哪里刷过，哪里没刷过；干结后变成无色透明材料；

·快干：一般情况下，一、二个小时即干结；

·表面可以涂刷各种建筑涂料，包括乳胶漆和油基涂料；

·抗霉菌生长，抗色斑，耐盐、酸、碱等腐蚀；

·单向可呼吸：防止外界雨水、潮气、二氧化碳等有害气体渗入墙体，同时又能使墙体内的潮气正常散发出来；

·冻融稳定性好。

五、总结

目前国内选用的产品主要是旭硝子、SKK、菊水等，国产此类产品的企业很少。本项目选用涂膜保护系统，以特殊的水性有机硅与氟碳/丙稀酸乳液作底面粘结剂，配制成了具有环保、高耐候性、自清洁性、僧水性的清水混凝土保护涂料。可以更好的满足国内市场混凝土耐久性保护的要求。

参考文献

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[2] 石川一美，川口裕司，等. 使混凝土和钢铁长寿的涂抹材料[J]. 城市道路与防洪，2007，5：57-60.

[3] 陈磊. 三峡枢纽主体建筑物混凝土表面保护研究与应用[J]. 人民长江，43(9):8-12.

[4] 沙圣刚. 清水混凝土涂料的研制和应用[J]. 化学建材，2007，3：26-28.