摘要：研究了環(huán)氧基底涂用于混凝土表面時(shí)，噴涂聚脲后的粘結(jié)強(qiáng)度和封閉性能，分別考察了薄漿型、厚漿型和薄刮膩?zhàn)有铜h(huán)氧底涂以及它們之間的復(fù)合使用情況，發(fā)現(xiàn)與聚氨酯類封閉底涂相比，環(huán)氧基底涂可以使界面的附著力更高，薄漿型與厚漿型復(fù)合使用效果更佳，且噴涂前，在處理好的已實(shí)干的底涂層上涂覆偶聯(lián)劑溶液能夠有效提高界面的粘結(jié)強(qiáng)度。
關(guān)鍵詞：聚脲;底涂;附著力;粘結(jié)強(qiáng)度
0.前言
噴涂聚脲是基于聚氨酯雙組分涂料發(fā)展起來(lái)的一種新型材料，已成功應(yīng)用于防水、防腐、地坪、耐磨等領(lǐng)域，據(jù)美國(guó)聚脲發(fā)展協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)，在聚脲應(yīng)用領(lǐng)域中，混凝土防護(hù)占總量的60%。與常規(guī)的混凝土表面防護(hù)材料相比，聚脲具有許多優(yōu)異的理化性能，它對(duì)環(huán)境溫度、濕度有很強(qiáng)的容忍度，低溫韌性好、防腐、耐磨、抗?jié)窕?、耐老化、抗熱沖擊，并具有良好的耐介質(zhì)性能，是一種優(yōu)異的混凝土耐久性防護(hù)涂層[1-4]。聚脲在混凝土上應(yīng)用必須使用專門的底涂材料，底涂的作用主要有2個(gè)：一是封閉混凝土底材表面毛細(xì)孔中的空氣和水分，避免聚脲涂層噴涂后出現(xiàn)鼓泡和針孔現(xiàn)象;二是其可以起到膠粘劑的作用，提高聚脲涂層與混凝土底材的粘結(jié)強(qiáng)度，提高防護(hù)效果。本文以環(huán)氧樹脂為基體，分別配制了薄涂型、厚涂型、膩?zhàn)?種底漆體系，用于混凝土表面，比較了其在使用上和性能上的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了在混凝土基面上噴涂聚脲導(dǎo)致粘結(jié)性能不好的主要原因，并提出了改進(jìn)措施。
1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1原材料
環(huán)氧樹脂E-51、固化劑、填料、偶聯(lián)劑等。
1.2儀器與設(shè)備
電子萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)、鋼拉拔頭。
1.3試樣制備
試驗(yàn)用70mm×70mm×70mm的混凝土試塊，表面無(wú)浮灰和油污，抗壓強(qiáng)度應(yīng)>40MPa(本試驗(yàn)中實(shí)際使用的試塊抗壓強(qiáng)度在60MPa左右)。在試塊表面用相應(yīng)界面處理劑進(jìn)行處理，并按照相應(yīng)的要求養(yǎng)護(hù)足夠的時(shí)間。噴涂前在試塊中心留出40mm×40mm的表面，其余表面部分用紙或膠帶覆蓋，然后在試塊表面噴涂聚脲，噴涂厚度為(1.5±0.1)mm，在室溫條件下放置，5d后用合適的膠粘劑粘結(jié)金屬拉拔接頭，7d后進(jìn)行拉拔測(cè)試。
1.4性能測(cè)試
粘結(jié)強(qiáng)度用電子萬(wàn)能拉力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。
粘結(jié)強(qiáng)度按下式計(jì)算：
式中：σ——粘結(jié)強(qiáng)度，MPa;
Fm——最大荷載，N;
A——粘結(jié)面積，mm2。
單個(gè)試件的粘結(jié)強(qiáng)度值精確至0.01MPa。
2.結(jié)果與討論
2.1混凝土基面的封孔
聚脲采用熱噴涂的方式進(jìn)行施工，但混凝土是一種多孔的材料，其表面分布著很多大小不一的孔洞，聚脲噴涂在混凝土表面后，孔洞內(nèi)封閉的空氣受熱膨脹，在聚脲還未來(lái)得及凝膠之前就破孔而出，造成噴涂后的表面仍留有未封閉的孔洞，孔洞越深，這種現(xiàn)象越明顯。要封閉這些孔洞，可以通過(guò)兩種方法解決：1)所用底涂在施工狀態(tài)時(shí)有很好的流動(dòng)性，能夠在外力推展的過(guò)程中借助重力和外力的一定輔助作用流入這些孔洞，在固化后起到有效填平的作用，但如果涂層太薄，孔洞內(nèi)一部分空氣被底涂所置換，另一部分空氣被封閉在孔洞中，由于涂層的固化有一定的時(shí)間，因此空氣可能在涂層未來(lái)得及固化之前頂破稀薄的涂層留下微孔，造成封孔失敗;2)所用底涂為厚漿型底涂，可以在混凝土表面形成較為均勻且有一定厚度的面層，將孔洞完全覆蓋。但厚漿型底涂流動(dòng)性很差，基本上起不到滲透填孔的作用，沒(méi)有表面的機(jī)械互鎖作用，粘結(jié)作用受到一定影響，需要通過(guò)其它界面作用增強(qiáng)粘附力。目前市場(chǎng)上主要有以下幾類封底材料：1)外墻膩?zhàn)踊騄S防水涂料，都屬于厚涂型材料，封閉效果好，但附著力較差;2)單組分聚氨酯底涂，屬于薄涂型材料，封閉效果較差，附著力要比前一種高，但使用起來(lái)不穩(wěn)定;3)聚氨酯雙組分底涂，封閉效果較好，附著力很高，而且性能較為穩(wěn)定，但因?yàn)槎喈惽杷狨?duì)水敏感，對(duì)潮濕基面并不適用。我們分別配制了3種狀態(tài)的環(huán)氧底涂：薄漿環(huán)氧底涂、厚漿環(huán)氧底涂、薄刮型環(huán)氧膩?zhàn)印Ｔ谠囼?yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)薄漿環(huán)氧底涂粘度低、流動(dòng)性好，有較好的滲透作用，但由于涂層過(guò)薄，粘附力受到較大影響;厚漿環(huán)氧底涂粘附力很好，但封閉時(shí)存在破孔現(xiàn)象;環(huán)氧膩?zhàn)臃饪撞淮嬖趩?wèn)題，而且由于環(huán)氧樹脂較強(qiáng)的粘結(jié)能力，界面的粘附力也未受到影響，不過(guò)考慮到施工時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可以把薄漿型環(huán)氧底涂和厚漿型環(huán)氧底涂復(fù)合起來(lái)進(jìn)行兩道涂覆使用較為合理，既解決了封孔和粘結(jié)問(wèn)題，使用起來(lái)可以用噴涂、輥涂、刷涂等多種方式進(jìn)行，也較為簡(jiǎn)便易行。
2.2粘結(jié)強(qiáng)度(文章來(lái)源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))
聚脲是一種快速反應(yīng)型材料，凝膠時(shí)間通常在10s左右，表干時(shí)間通常也小于1min，雖然在施工和使用時(shí)這是一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，可以快速施工、快速使用，但同時(shí)也帶來(lái)一個(gè)顯著的缺點(diǎn)，那就是與基材的浸潤(rùn)時(shí)間不夠，導(dǎo)致與基材的附著力不高，合適的底涂材料在使用后應(yīng)該能明顯增強(qiáng)聚脲與混凝土基材間的附著力。
2.2.1對(duì)市售商品底涂材料的粘結(jié)性能測(cè)試
我們測(cè)試了一些市場(chǎng)上商品底涂材料的粘結(jié)強(qiáng)度，所用的聚脲凝膠時(shí)間為6s，結(jié)果如表1所示。
表1 不同界面處理劑的粘結(jié)強(qiáng)度比較
JS防水涂料自身強(qiáng)度不高，甚至低于直接在混凝土上噴涂聚脲的粘結(jié)強(qiáng)度，在界面破壞形式中表現(xiàn)為材料自身的破壞。單組分聚氨酯底涂對(duì)界面附著力有所改善，雙組分聚氨酯底涂的粘結(jié)效果略強(qiáng)于單組分聚氨酯底涂。
2.2.2不同環(huán)氧底涂處理后的粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試(文章來(lái)源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))
分別采用A~E(對(duì)應(yīng)5種不同的底涂處理措施)對(duì)混凝土進(jìn)行不同處理后，分別用凝膠時(shí)間為6s和凝膠時(shí)間為15s的聚脲(分別編號(hào)為1和2)在表面噴涂后測(cè)試粘結(jié)強(qiáng)度，結(jié)果見表2。
其中A~E對(duì)應(yīng)底涂處理措施如下：
A：環(huán)氧薄漿;
B：環(huán)氧厚漿;
C：環(huán)氧薄漿底涂，表干后涂環(huán)氧厚漿;
D：環(huán)氧薄漿底涂，表干后涂環(huán)氧厚漿，實(shí)干后在噴涂聚脲前2h涂5%的偶聯(lián)劑KH550的乙醇溶液;
E：環(huán)氧薄刮型膩?zhàn)?
1：用凝膠時(shí)間為6s的聚脲噴涂;
2：用凝膠時(shí)間為15s的聚脲噴涂。
例：B2即指用環(huán)氧厚漿進(jìn)行表面處理，實(shí)干后噴涂凝膠時(shí)間為15s的聚脲。
表2 不同環(huán)氧底涂處理后粘結(jié)強(qiáng)度比較
使用薄漿型環(huán)氧底涂能提高附著力，但幅度不大，說(shuō)明其雖有較好的滲透性能，但由于涂層過(guò)薄，不能有效提高粘結(jié)強(qiáng)度。而厚漿型環(huán)氧底涂附著力明顯提高，其與薄漿型環(huán)氧底涂?jī)傻缆?lián)用附著力進(jìn)一步提高且數(shù)據(jù)離散性變小，說(shuō)明薄漿型環(huán)氧底涂能夠明顯改善與混凝土間的界面性質(zhì)，再涂覆厚漿環(huán)氧底涂時(shí)能明顯提高封孔效率，同時(shí)增進(jìn)附著力。環(huán)氧薄刮型膩?zhàn)拥恼辰Y(jié)強(qiáng)度高于薄漿型環(huán)氧底涂和厚漿型環(huán)氧底涂以及它們的兩道聯(lián)用，原因很可能在于：環(huán)氧型底涂作為聚脲與混凝土間的界面劑，與混凝土表面的粘結(jié)強(qiáng)度很高，破壞主要取決于它和聚脲層的粘結(jié)強(qiáng)度，環(huán)氧膩?zhàn)虞^為粗糙的表面增加了聚脲與它的粘結(jié)力，從而使體系的粘結(jié)強(qiáng)度提高。噴涂聚脲前在待噴涂基面上刷涂偶聯(lián)劑溶液，能有效提高界面的粘結(jié)強(qiáng)度。在實(shí)際施工中，往往在混凝土基面上做過(guò)底涂處理后，因?yàn)榉N種原因不能按時(shí)施工，最合理的施工方式一般都是在界面處理完成后的1~2d內(nèi)完成，放置時(shí)間延長(zhǎng)后，粘結(jié)強(qiáng)度會(huì)隨時(shí)間延長(zhǎng)而減小。在施工間隔較長(zhǎng)的情況下，可以考慮在清潔表面后，采用刷涂偶聯(lián)劑溶液的方法來(lái)提高粘結(jié)強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果表明：同樣的底涂材料，使用不同凝膠時(shí)間的聚脲進(jìn)行噴涂，凝膠時(shí)間越長(zhǎng)，界面粘結(jié)強(qiáng)度越高，直至超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度。說(shuō)明選用較好的底涂材料，在混凝土抗拉強(qiáng)度較低的情況下粘結(jié)強(qiáng)度已足夠，會(huì)高于混凝土的抗拉強(qiáng)度，而當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度較高時(shí)，體系的最弱點(diǎn)仍在底涂材料與聚脲的界面，這種情況下如果想進(jìn)一步提高體系的粘結(jié)強(qiáng)度，最好的辦法是適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)聚脲的凝膠時(shí)間。
3.結(jié)語(yǔ)
(1)在混凝土表面噴涂聚脲施工中，相比于使用聚氨酯類底涂材料，使用環(huán)氧底涂材料能夠使界面附著力更高。(2)環(huán)氧厚漿底涂與環(huán)氧膩?zhàn)拥氖褂镁艽蠓岣呔垭迮c混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度，考慮性能與施工性，將環(huán)氧薄漿與環(huán)氧厚漿底涂復(fù)合使用效果最佳。(3)噴涂聚脲之前，在實(shí)干后的環(huán)氧底涂層上涂覆KH550偶聯(lián)劑的乙醇溶液，能明顯提高界面附著力，在實(shí)際施工中可參考使用。(4)在混凝土抗拉強(qiáng)度不是很高的情況下，環(huán)氧基底涂作為其與聚脲的界面劑，粘結(jié)強(qiáng)度已經(jīng)足夠了，如果混凝土抗拉強(qiáng)度很高，需要提高聚脲的凝膠時(shí)間來(lái)改善附著力。
