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水性氟碳涂層體系對混凝土建筑的防護性能研究

文檔作者：蕭以德劉玉軍周蟬蕭弘燁李耀璽蔣荃文檔來源： 1．武漢材料保護研究所 2．中國建筑材料檢澳4認證中心 3．立邦(中國)涂料有限公司		點擊數：	更新時間： 2025年09月30日
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上一篇：水性聚脲納米涂層在混凝土防護領域的應用

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囊 ≥ 戮豫蟊0 驀 量
00，。。。 ≯ 摻料 Coatings Technology
水性氟碳涂層體系對混凝士建筑?
～ 的 防護性能研究 ?
Research On Protective Performance of W aterbor,ne Fluorocarbon Coatings System
fOr Concrete Construction
蕭以德 ，劉玉軍 ，周蟬 ，蕭弘燁 ，李耀璽 ，蔣荃。
(1．武漢材料保護研究所，武漢4 30030；2．中國建筑材料檢澳4認證中心，北京100024； ：
3．立邦(中國)涂料有限公司，?上海201 201 ) ?
摘要：通過混凝土抗碳化性能、C1～擴散性能、滲
水壓力、內置鋼筋電化學極化曲線和涂層膜片C]
及水汽滲透性等性能的實驗研究，系統地研究了以
水性氟碳涂層作為面涂層的涂裝體系對鋼筋混凝
土建筑防護能力，并與在混凝土表面形成單一涂膜
的聚脲涂層以及通過浸滲封堵混凝土組織中的孔
隙以增加表層混凝土密實度為目的而實行防護的
硅烷類浸滲材料同時進行了比較。此外，研究還采
用了加速氣候老化試驗手段考核了上述防護材料
在戶外大氣環境中的穩定性。研究認為，在所試驗
的5種防護材料及由其構成的防護體系中，水性氟
碳涂層體系對混凝土建筑結構的防護能力與防護
壽命是最為滿意的。
關鍵詞：水陛氟碳；混凝土；防護
0引言
混凝土自問世以來 直被認為是一種價格低廉且具
有很好穩定性的材料，因而很快成為一種重要的建筑材料
而獲得廣泛應用。時至今日，人們仍然認為，混凝土的出
現為當今世界的繁榮與發展作出了不可磨滅的貢獻。但隨
著混凝土內置鋼筋腐蝕及以此導致混凝土損壞(尤其是濱
海地區與撤鹽除冰的高速公路橋面板)現象不斷出現，特別
是認識到鋼筋腐蝕所引起的混凝士結構破壞缺陷會日趨
擴展、加重，直至大面積脹裂、脫落、露筋而無法修復后，
混凝土耐久性、口]題逐漸受到人們關注與重視，并逐漸成為
世界性難題。美國標準局(NBS) 收集了2O世紀6O年代至
70年代近20年間世界公開發表的有關鋼筋混凝土耐久性
文獻資料360篇，其中關于混凝土成分、外加劑和結構設
計對鋼筋腐蝕影響的有1 O7篇，而混凝土外加防護技術的
研究為75篇，可見在提高與改善鋼筋混凝土耐久性的技
術措施中，外加防護技術占有著極為重要地位，并受到國
外廣泛重視。
針對我國某特大型水利設施中的混凝土大壩防護專
項研究，要求其防護體系既要具有可靠的防護性能，又要
保持混凝土表面既有外觀本色的特點，本文選擇了由5種
防護材料分別獲得的單純浸滲、單純涂層涂覆，以及浸滲
+涂膜3種防護體系方案，開展了混凝土防護技術試驗與
研究
1試驗
1．1試樣及其制作
根據試驗目的、試驗材料類型和試驗項目的不同，所
采用試件類型也不相同，具體可分為以下3種類型：
① 空白砂漿試件(含內置鋼筋砂漿試件)，
②經保護材料涂覆、浸滲防護處理的砂漿試件(含內置
鋼筋砂漿試件)：
③ 自由膜片型試件。
1．2材料
試驗材料及防護體系類型見表1。
1．3試驗內容
本項目共采用了l 7項室內加速／模擬試驗及性能檢測
手段開展了研究工作，本文僅選擇其中與防護性能，特別
C oatings cnno—o
表1試驗材料及防護體系類型 凝土抑制環境中的腐蝕性物質向深層滲透、擴散的技術考
編號 防護體系 防護體系類型 慮卜，開展相關研
． 章 對茸保護目的 [夭1l ．研窯中
水性 溶膠
，
所采用的主要研究手段也是圍繞防護材料和防護體系對
2 聚脲涂層 涂膜型 ， ． ．．。? 一一? ～ ～ 。。 ?
3 硅烷浸滲(底涂)／中涂／水性氟碳面涂 浸 +涂膜 服役環境因素的屏蔽阻隔能力展開進行的。
4 硅烷浸滲防護劑 浸滲 上述材料和由其組成的防護體系的防護性能優劣，除
5 硅烷浸滲防護劑 浸滲 了取決干其對水、水濘乃溶干茸中的席1=中， 物后的B日檔
是與防護層隔離環境介質、維持混凝土孔隙液穩定、抑韋lJ 力之外，還決定于材料(尤其是體系的面層材料)的環境適
鋼筋銹蝕的功能相關的內容進行了討論。 應性，即它們在服役環境下的穩定性
， 因為這些性能對防
另外，作為一種防護涂層，不僅要具有好的隔離介質 護體系的防護壽命具有重要影響
。
效果，還需要涂層材料本身對環境的穩定性，即防護壽命。 在紫外／冷凝加速氣候老化試驗以及混凝土氯離子擴
為此，本文也通過紫外憐凝加速氣候老化試驗討論了不同 散性能和混凝土內置鋼筋電化學測量等試驗研究中
， 在試
防護體系的耐候性能。 驗之前先對經涂覆
、浸滲表面處理過的混凝土試件進行加
本文采用的試驗手段包括： 速腐蝕的預破壞處理
， 這首先是為了縮短試驗時間，其次
(1)抗碳化性能試驗： 也從另一方面間接反映了涂層材料的耐久性能
。
(2)混凝土氯離子擴散性；
(3)涂膜水汽滲透性； 2
． 1防護體系對混凝土抗碳化性能影響
(4)涂膜氯離子滲透性； 鋼筋混凝土腐蝕過程較為復雜
， 引起其破壞和外觀損
(5)滲水壓力試驗； 害原因很多
， 其中“碳化，，破壞是其中重要原因之一。所
(6)涂層抗含泥砂高流速水 中蝕性能； 謂‘ 碳化’就是混凝土受空氣或水中CO
、SO 及各種鹽類
(7)混凝土內置鋼筋的腐蝕電化學性能； 等有害物質作用
， 與水泥中Ca(0H) 發生中性化反應，以
(8)防護層(膜)耐紫外／冷凝加速氣候老化性能。 CO 為例
， 碳化反應如下：
Ca(OH)~+CO2 CaCO3+H2O (碳化) 式(1)
2結果與討論
鋼筋混凝土腐蝕破壞機制十分復雜、原因 l}艮鳥，但 COz進一步作用：
歸結起來重要的還是因為服役環境中的水、水汽及溶于其 CaCO3 q-CO2+H20 CaliCO3(溶出) 式(2)
中的化學侵蝕性物質受毛細管作用，順著混凝土內部微小
裂紋、孔隙，滲透、擴散到深處，并與水泥石中的某些成 上述碳化和溶出反應反復作用，其結果是：①可使混
分和混凝土內置鋼筋發生了化學作用所致。因此提高混凝 凝土三相體系中孔隙溶液相中的pH值降低(約為8·3)，因
土抵抗環境介質滲透侵入的能力是進一步改善混凝土結 而使得鋼筋表面由原本所處于的鈍化狀態(即不發生腐蝕
構耐久性、長久維持其外觀形貌、提高使用壽命的關鍵技 反應的狀態)轉入到易發生腐蝕的活化狀態(表面局部位置
術之一。 發生腐蝕反應)；② 由于Ca(0H)z的溶出流失，使得砼本身
以Mehta為代表的美國、加拿大學派甚至認為混凝土 強度下降，當Ca(0H)。(以Ca0量計算)溶出量達到25％時，
的抗滲性是防止有害化學物質侵蝕的第一道防線，是高，1 其抗壓強度下降35·8名，且抗拉強度降低更為嚴重，可達
能混凝土(HPC)最重要技術指標。其還提出混凝土抗滲性可 66·4％。這種混凝土碳化(即中性化)作用除使得其強度降低
以通過美國AASHT 0277的方法作為評估標準(即目前國 外，還導致其組織變得疏松多孔，因而喪失對鋼筋的保護
際上均采用的AASHTO—T259和ASTMC1 202—97的直流電量 作用；③ 碳化導致的混凝土孔隙液的pH值降低，使得水
法)作為評估標準 ，即以在直流電流作用下氯離子透過 泥中氯化鋁鹽酸不再具有穩定性，從而釋放出Cl，由此
混凝土試件向正極方向遷移所測得的電荷量(C，庫倫， 導致鋼筋表面的Cl一濃度增加，進一步加劇鋼筋腐蝕。
ASTMi 202—97)為單位，如混凝土試件所測得的電通量≤ 本試驗是在相關設備中充以一定的COz氣體，使受試
500庫倫，可視為該混凝土是不透水的。本文所采用的浸 試件長期處于高COz(2O％)、高濕(70鬈RH)~ T，強化并
滲、浸滲+涂層和涂層三種混凝土表面外加保護技術正是 加速混凝土與COz的反應，以評估保護材料對混凝土提高
基于通過混凝土表面防護涂層體系進一步改善和提高混 抗CO 作用的作用程度。

Coatings chnology
表4氯離子滲透性測試結果 表5水汽滲透性試驗結果
單件試lq=6 h 同類試件電通量 試件氯離子滲 保護層 保護層 滲~ (mg／cm ·d)
電追重幾 列1 遠 寺城 材料 厚度 m 實測值 按l mm膜厚換算結果
971·／b 2 794 2
．913 2．31
0 1 1 21．30 1 028 低 3 525 1
．934 1．02
9 ．
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389 39 L 上儀；口木 兒’ 1、 J rr且丁女 ]可口 ／_＼焦__乙 薌
r 450．54 421 很低 透量分別為2．91 mg／cm ·d和1．93 mg／cm d。
424．29 值得注意的是：同-f,涂層的防護能力與涂膜厚度之
257·36 間存在如下關系式：
3 ． 1 = —— + ( 、 盯 )
很低
L： ～mLk6、)
72．61 ”
3： 50．56 62 忽略 式中： 一涂層防護壽命
60．32 療一涂層厚度
1 1 9．23 一水、0 在涂膜中擴散系數
4： 99·43 I 18 很低 一水汽透過后的涂層壽命
， 是膨脹內部壓力
13O．87 r n淦日N-,9,iI畝 _h r 、占^ ．料
600 21 ? ? ? ? n 。
5 789．1 2 687 很低 該式表明涂層防護壽命與涂層厚度的平方成正比，提
667．33 高涂層厚度可增強涂層阻隔外面環境中水、0 、C]一、S0
僅僅為62庫倫，比空白混凝土的電通量降低了95％，完全 等有害物質的滲透與擴散能力。當然，提高涂層厚度勢必
屬于可以忽略氯離子滲透影響的非滲透性等級。其余4種 增加材料用量與成本，另外涂層過厚還會帶來基材／涂層界
防護材料體系也都具有提高混凝土抗氯離子滲透，明顯改 面之間相互結合強度的問題。
善其耐久性的作用，經它們處理后，混凝土的氯離子滲透 在本試驗中，2 為厚漿型聚脲樹脂材料，涂覆過程中
等級可由原來的“低級”降低到“很低級”，其中又以4 涂層厚度難以控制，涂膜厚度都較厚(本試驗試件膜厚為
硅烷類浸滲劑材料為好，其處理后混凝土電通量僅為118 794 pm，比3 水性氟碳膜厚525 um高出近50％)，但從試
庫侖，比空白樣降低了89％，比其余3種材料的保護效果 驗所得結果看，2 試件的抗水汽滲透能力仍然低于3 水性
有明顯提高。 氟碳涂膜。如果將兩種材料抗水汽滲透率都換算成1 mm
單位厚度下的水汽滲透率，則水性氟碳涂層阻止水汽滲透
2．3保護性涂膜的水、水汽擴散性能 能力比聚脲涂層高出近一倍。
將成膜型防護材料涂覆于混凝土表面，在表面形成的
涂層可通過其屏障隔離作用，阻止腐蝕性物質向混凝土內 2．4保護性涂膜的氯離子滲透性
層滲透、擴散，從而實現對混凝土的防護。涂層厚度和涂 基于與2．3節相同考慮，通過Cn 過涂膜的滲透量大
層組織的致密性對其屏障隔離效果具有重要影響作用。由 小，也可從另一個角度來研究其抗C1滲透能力大小，從而
于涂層局部組織本身存在某些針孔、縮孔等缺陷，特別在 評估其保護能力。
毛細管作用下，外部環境介質在涂層內部的滲透、擴散最 氯離子滲透試驗方法按JTJ 275—2[]0O《海港工程混
終是不可避免的，只是程度差別而已。針對這類防護機制 凝土結構防腐技術規范》的相關技術要求進行。采用的試
的防護體系，可以通過水汽以及氯離子透過涂層的速度， 件也是特別制得的自由型薄膜。表6為試驗中獲得的2 、
從另一個角度來評定其防護能力的好與壞。本節及隨后部 3 兩種材料涂膜的C]滲透率結果。
分(2．4、2．5節)所討論的材料僅涉及2 聚脲和3 水性氟碳 鋼筋的腐蝕與混凝土 岡筋界面環境中孔隙液pH值和
二種成膜型防護材料。 C1含量有著直接關系，在鋼筋混凝土表面涂覆保護材料
試驗所采用的試件是特別制作的不含基材的自由型 時，希望其保護層致密，盡量減小C]在涂膜中的滲透、擴
涂層薄膜。實驗方法參照了ASTM D 1653《有機涂層薄膜 散，以期維持孔隙液的高堿性和低CI量，可使鋼筋表面長
水蒸氣滲透性測試方法 相關技術要求 久維持鈍化狀態。
由實驗獲得了二種涂膜的水汽滲透性結果見表5。
Coatings Technology
表6氯離子滲透率比較
表6中關于2 、3 保涂膜的C1一滲透率(按1O0 um相同
厚度換算值)試驗表明，聚脲(2 )涂膜的抗C]滲透性也略遜
于水性氟碳(3 材料)。
2．5防護體系對混凝土抗滲水壓力影響
按照GBJ 82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試
驗方法》的相關技術要求，采用了高精度抗滲儀，開展了
經防護材料處理和不做處理的兩類混凝土試件抗水滲透
壓力試驗，通過觀察試件背水面是否出現水滴滲漏現象，
以確定混凝土所承受的最大水壓值(滲水壓力MPa)。抗滲水
壓越高，材料防水滲透性越好。試驗獲得了各種混凝土試
件防止出現水滲透的最大水壓值(表7)。
表7抗滲水壓力試驗結果
體系 抗滲壓力／MPa
空白樣0 1．6
1．8
1．7
1．8
1．8
1．8
結果表明，未經保護材料處理的砂漿件(空白樣0 )，
其抗水滲透的最高壓力為1．6 MPa，而經由保護材料浸滲
或涂覆處理的混凝土試件的抗滲水壓力值都有所提高，其
中經1 、3 、4=、5 材料浸滲或涂覆處理的均可達1．8 MPa，
而2 試樣，滲水壓力比空白樣也有所增加，雖然其涂膜厚
度比3 大很多，但在1．7 MPa水壓力下便開始出現滲漏，
不及3 及其他材料。這一結果與前述關于抗水汽、抗C]
滲透性試驗結果吻合，再次說明2 聚脲涂膜連續性與致密
性略遜于3 水性氟碳樹脂涂層。
2．6涂層抗含泥砂高流速水沖蝕性能
大壩某些過流部位受高流速水 中蝕，且水中含大量泥
砂，對混凝土結構造成定破壞。在混凝土表面施以耐磨
涂料，改善混凝土結構表面耐兩相高速流體的摩擦化學磨
損性能，對保持混凝土大壩形貌外觀及其耐久性具有較重
要作用。
為研究防護涂層這摩擦化學磨損性能，本文通過可
調速的旋轉葉輪，帶動加有一定質量、粒徑的磨料的自來
水以一定速度順著試樣表面流動，進行了高流速含泥沙水
的摩擦化學磨損試驗，通過試驗前后試件質量變化來評價
涂層的耐沖蝕性。
試驗參數如下。
試驗溶液．含l％( )石英砂的自來水；
磨料粒徑：60~40目：
流速：1 0 H]／s：
試驗溫度室溫：
試驗時問l[](]h。
表8為經過不同時間 中蝕試驗后，2 和3 保護材料涂
覆的涂層質量損失結果，表9是對上述結果通過線性擬合
處理后的結果。
表8涂層抗含泥砂高流速水沖蝕試驗結果
(沖蝕面積10 cm X5 cm)
表9涂層抗含泥砂高流速水沖蝕試驗結果(線性擬合)
(沖蝕面積10 cm X 5 cm)
結果表明，2 材料獲得的涂層耐含泥砂高流速水的沖
蝕性能比3 材料稍好一些，但其相差并不明顯。導致這一
結果的原因可能如上述2．3節中所示的那樣，2。聚脲涂層
厚度都很厚，基本都在320~360 Ilm之間，而3 水性氟碳
涂膜厚度很薄，雖經多次涂刷，其厚度僅為30 um左右。
徐層厚，有一定彈性，可吸收高速 中擊時所產生的部分機
械動能，降低了 中刷強度。兩種保護材料在含泥砂高流速
水中的沖蝕試驗中所得到的 中蝕速率結果比較見圖2。
2．7混凝土內置鋼筋腐蝕的電化學性能研究
混凝土是一種具有固相、液相與氣相的三相物質。隨
著服役環境不同以及服役年限延長，混凝土內部孑L隙溶液
的化學成分、含量也將發生變化，這種變化對于鋼筋是否
發生腐蝕具有重要影響。一般情況下，當鋼筋周邊環境
Coatings Technology
[
●
5
褂
啪
圖2 2 和3 材料耐泥砂高流速水沖蝕速率變化
中C]濃度低于它的腐蝕臨界值(某些情況下其值為
300-1 200 mg／L)，而且鋼筋表面溶液pH≥l1．5，混凝土
孔隙中溶液Cl～／OH比值不超過0．6時，鋼筋處于不受腐蝕
的鈍態。然而由于C1一的滲入，或由于C0 和S0 等腐蝕性
物質的滲入，它們能與孔隙溶液中的Ca(OH) 反應，生成弱
酸性鹽(其深度可達6-7 mm)，使溶液pH值降低。當低于
導致鋼筋表面鈍化膜開始受到活化的臨界pH值，且使得
Cl一／OH比值>0．6時，則鋼筋腐蝕將會發生與發展。
鋼筋腐蝕～旦發生與發展后，所生成的腐蝕產物體積
遠遠大于受到腐蝕的鋼筋(Fe)的體積(依腐蝕產物成分不同
而異，最大約為6～7倍)，此時會在鋼筋混凝土內部產生
巨大張應力(高達32 MPa)導致混凝土脹裂。不幸的是：這
種混凝土脹裂出現后，將進～步擴大水汽、C1一離子等進入
混凝土內部的通道，加速它們的滲透，鋼筋混凝土的破壞
便會迅速發展。
大壩表面層有內置成型用輔助鋼筋，這些內置鋼筋本
身的腐蝕既會加速混凝土結構的破壞，且鋼筋銹蝕產生的
銹水外溢又將引起大壩外觀嚴重受損，圖3顯示了某大橋
混凝土結構件預埋鋼筋因腐蝕所造成的外觀嚴重受損及
脹裂情況。
如上所述，鋼筋表面是處于鈍化狀態(即鋼筋不受腐蝕)
還是處于局部活化狀態(局部腐蝕發生)與鋼筋周邊混凝土
孔隙溶液的pH值和C]含量有很大關系，并由此影響著鋼
筋在該孔隙液中的腐蝕電位。因此，混凝土內置鋼筋的電
化學參數無疑也反映了孔隙液成分的變化。由此可見，通
過混凝土內置鋼筋電化學參數的測定來研究防護體系對
混凝土抗碳化和抗C]一等腐蝕性介質的擴散、滲透能力的影
響是完全可能的。圖4為Fe—Hz0體系中鐵的pH值一電位
圖。雖然該圖是在不考慮除0H以外還有其它陰離子影響
的理想前提下的Fe—H 0體系腐蝕行為估計圖，但是仍可由
所測得的鋼筋腐蝕電位數值，來估計混凝土內置鋼筋是否
處于鈍化狀態(或腐蝕傾向)。
曩
圖3某建筑混凝土內置鋼筋腐蝕導致的外觀
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pH鐮
圖4 Fe—H2O體系的pH值一電位l~l(Pourbaix，1 973)
混凝土經保護材料的涂／滲處理后，既能抑制混凝土受
碳化作用，也可阻止外界氯離子往混凝土深層的擴散與滲
透，使混凝土孑L隙液pH值和氯離子濃度長期處于初期的
穩定狀態，從而鋼筋表面可長期處于鈍態，不受周邊環境
的腐蝕破壞。浸漬／涂覆保護材料的封孔能力越好，或涂膜
材料的阻隔屏蔽能力越好，則混凝土受碳化作用越小，外
g
界環境中C]～的擴散與滲透量也越小?？傊炷量紫兑?
pH值越高、C]～含量越低，則鋼筋受到保護不致發生腐蝕
的效果也越好。
研究中，對經保護材料浸／涂處理的混凝土砂漿試件先
進行模擬／力口速碳化試驗破壞后，通過對內置鋼筋進行電化
學極化曲線測量，獲得鋼筋腐蝕電位和腐蝕電流數據，以
此評估5種保護材料對混凝士碳化作用抑制能力的大小以
及阻擋C 等有害污染物擴散、滲透能力的大小。
本研究中，對經過與未經防護材料浸、涂處理的鋼筋
混凝士試驗樣件先行移八碳化試驗箱進行碳化，對防護
浸、涂材料進行加速預破壞處理。碳化期內控制碳化箱內
二氧化碳濃度(20±3)Z、相對濕度(70±5)％、箱內溫度(20
±5)cC。碳化28 d取出試樣，利用Versa Stat Ⅱ恒電流
恒電位儀進行電化學測量。參比電極采用飽和甘汞電極，
輔助電極采用不銹鋼電極，電位掃描速度0．166 mV／s。
由電化學極化曲線測量獲得了鋼筋腐蝕電化學參數
(表1O和圖5)。
表1 0經碳化后混凝± 內置鋼筋電化學參數
5 1 c ，／
} 一f
} ：
：
。 i
圖5線性極化曲線圖
6種試件的混凝土內置鋼筋電化學測量結果表明：
(1)經28 d碳化試驗后，混凝土／鋼筋界面的環境分
別發生了不同程度變化(pH值和C1濃度)，但它們內置鋼筋
的腐蝕電位和腐蝕電流顯示，其鋼筋表面仍然處于鈍化狀
態下的不腐蝕區
(2)和未經保護材科處理的試件比較，凡經保護處理
的試件其孔隙液的成分變化受到明顯抑制，其鋼筋腐蝕電
位值較未經保護處理的鋼筋腐蝕電位明顯正，腐蝕電流也
明顯低于未經保護材料處理的試件；
(3)在5種經保護材料處理的試件中，3 水性氟碳防護
體系試件的內埋鋼筋腐蝕電位相對更正，相對來講，按
Fe-H 0體系的D}{電位圖(圖4)分析，其離腐蝕區距離較遠，
這表明該材料體系保護效果比其他體系更顯好一些。在本
試驗中5種保護材料的結果差別不十分明顯，這可能是雖
經28 d的加速碳化破壞，各保護涂／浸層仍未遭受嚴重損
害，仍具有良好的防碳化和阻止C]一擴散、滲透的作用。欲
進一步區分它們防護效果，可能仍需延續碳化預破壞試驗
時間。
2．8防護浸、涂材料的耐紫外，冷凝加速氣候老化
性能研究
在考慮選用保護材料類型時，除了要求該材料具有較
為有效的防護能力，即浸／涂處理后能提高混凝土體系阻隔
屏蔽外界腐蝕性物質(水、C1一、SO 、CO 、鹽等)向混凝土深
層的滲透與擴散能力外，還須考慮該材料在服役環境下的
化學穩定性和自身的壽命。本實驗中的試驗保護材料大多
屬于高分子類材料，在太陽光(特別是其中波長低于400 nm
的紫外光)長期輻射下以及夏曰露天高溫、庫區高濕度環境
下，受氣候因素作用易于發生老化破壞，逐漸喪失其防護
性能。考慮到防護的長期性要求，本試驗在紫外／冷凝的模
擬氣候環境下開展了加速氣候老化試驗，以評估材料抗氣
候破壞性能。
試驗按照紫外光照射4 h，冷凝4 h反復循環進行，
紫外熒光燈管發射光波的平均波長為340 rlm，試驗溫度
紫外光照射條件下溫度為60 。c，冷凝條件下溫度為
40 eC。
試驗結束后，通過試驗前后水珠與試件表面接觸角變
化、表面光澤變化以及涂膜粉化、色差嚴重程度變化來評
價它們的耐老化性。表1 1給出了這～變化結果。
(1)自潔1l生能比較
試驗結果表明：在試驗前4 口5 材料其水珠與表面之
間的接觸角較大，平均值分別達到129o和144o，表現良
好的自潔性，但僅經1 000 h試驗后，其接觸角迅速下降，
變化率分別高達94％和64％，幾乎喪失了自潔性能。
2 和3 材料試驗前水珠與基體之間形成的接觸角分別
為61．2。和78．2。，雖然比4 和5 小，其自潔 性略差，但
是經2 000 h加速老化破壞后，仍分別保持為29o和5O。，
其接觸角損失率分別為53％和1 7％，說明這2種以涂膜為
保護層的材料耐老化性優于以浸漬型的保護材料。進一步
比較2 和3 材料經紫外／冷凝加速氣候老化破壞試驗后，水
’
c? gs cnno y
表11保護材料紫外／冷凝加速老化試驗結果
試驗 l O00 h l 500 h 2 000 h
材料 失光率／巖外觀接觸角變化率／％ 失光率／％ 外觀 接觸角變化率／％ 失光率／％ 外觀 接觸角變化率
1 無 1。。 粉化1級 1 0。 粉化2級 1∞
58．7 無 l 6．0 70．3 粉化2級 32．9 85．2 粉化2級變色4級 ．5
3； 3．4 無 8．8 16．2 無 1 5．4 42．0 粉化l級變色1級 1 7．1
4= 無 94．O 粉化2級 96．4 粉化3級 1oO
5= 無 66．4 粉化2級 86．4 粉化3級 93．8
滴與其表面之間接觸角數據(圖6)還可發現3 材料的自潔 經2 000 h加速老化后，不僅失光率達到85％，而且粉化
性要優于2 試樣，2=材料經不同周期試驗后，其接觸角變 也達到2級破壞，特別是涂層顏色到4級老化水平，達到
化率明顯小于3 材料。1 保護材料是～種無機型水性浸漬 嚴重損害等級。與之比較，3 水性氟碳材料的耐候性明顯
防護材料，一般無機材料受陽光、溫度影響小，加速氣候 好于2 聚脲，其粉化和變色等級僅為1級，屬輕微老化等
老化試驗對其無實用意義而不予考慮。 級。
1拌 1O0
；
80 ． 5# 圜 ／／ # ． ／／ ／
60 ／
／ 3#
／ ／
∞ ／ ／
4 -
—
— 一一
簍 。．
悄
20—
0一
如 1 2 紫外老化時間／h
紫外老化時間m 圖7 紫外冷凝加速老化試驗失光率隨時間關系
圖6紫外冷凝加速老化試驗接觸角變化率隨時間關系
3結語
(2)耐候性能比較 本試驗針對5種保護材料及其所構成的3種保護方式
外觀等級及其變化程度反映了高分子材料耐氣候老 進行了對改善混凝土耐久性方面的試驗與研究
， 并根據試
化破壞性能。針對本試驗的材料類型，外觀變化主要考慮 驗所得結果進行了分析與討論
。
涂層的光澤率、粉化與變色破壞等級兩個方面。 (1)本試驗中所試驗的5種保護材料對混凝土都具有
表1 1的結果顯示，3 材料經不同周期試驗后，其涂 保護功能
。不同程度提高了混凝土抗碳化、抗Cl擴散性、
層表面失光率均明顯低于2％t~-4。光澤率變化反映了涂層 抗高壓水滲透性能
， 并對鋼筋的銹蝕有抑制作用。
材料對太陽輻射，特別是其中紫外光波段的敏感性。光澤 (2)比較成膜型與浸滲型兩類保護
， 就其防碳化、抗
度變化小，說明該高分子材料對紫外光照射不敏感，其防 氣候老化兩種關鍵性能而言
， 成膜型保護方式明顯優于浸
護壽命長。圖7示出了2種材料在經不同試驗周期后，表 滲型保護方式
， 而就防Cl擴散性而言，雖然3 成膜型仍具
面失光率的變化比較。該結果比較清楚地說明了3 水性氟 有優勢
， 但4 浸滲型材料也比較好。
碳材料耐候性明顯好于2 聚脲材料。這一結果與前面討論 (3)耐紫外／冷凝加速老化試驗結果表明
， 浸滲型保護
的“接觸角變化”結論是一致的。 材料的表面能在試驗前比較低
， 具有一定的“荷葉’，效應
另外比較表1 1中5種材料的粉化和變色等外觀等級 自潔性較好
， 但是僅經1 000 h的紫外／冷凝加速老化試驗
變化還可看出，經2 0OO h試驗后，浸漬型保護材料粉化 破壞試驗后
， 水珠與表面間接觸角損失率達到幾近66％L,]L
缺陷均達2～3級破壞，尤以4 、5 為重。而比較混凝土表 上
， 經1 500 h試驗后，表面粉化達到2級，經2 000 h
面成涂膜性的2 和3 材料而言，2 材料的耐候性不盡人意， (下轉第26頁)
Coatings chnol。gy
表2 主纜系統涂裝材料配套體系
『辜 善 防護涂裝部位 涂裝材料 涂裝厚度 m
磷化底漆 均勻著色
非硫化型阻蝕密封膏 2 000～3 500(以填滿結構縫隙為準)
纏繞鋼絲 圓鋼絲或S形鋼絲
1 主纜纏絲區 磷化底漆 均勻著色
環氧底漆 ≥8O
硫化型橡膠密封劑 l 500～2 5。。(可根據結構及環境條件調整)
丙烯酸聚氨酯面漆或氟碳面漆 8O～1 2O或60-90(~ 據結構及環境條件調整)
磷化底漆 均勻著色
環氧底漆 ≥80
2 主纜非纏絲區 硫化型橡膠密封劑 3 500～6 000
高強度玻璃布或橡膠涂膠布 500～2 000
丙烯酸聚氨酯面漆或氟碳面漆 8O～1 2O或6O～9O(可根據結構及環境條件調整)
<
一
40 mm
徑
0 磷化底漆 均勻著色
稱直 毫： 硫化型橡譬至 景 或橡膠涂 1 o。?！? o。0或(50o～～～ ≥40 mm時 膠布)+硫化型橡膠密封劑 ?? ～ ??2 o ∞)+(2 0?00 5? DO 。)
注a對S形鋼絲主纜和內部加裝通干燥空氣系統的主纜僅推薦使用。
b指索鞍出口至第一個緊固索夾之間的非纏絲主纜段。
c對公稱直徑中不小于40mm的鋼絲繩吊索的涂裝體系僅推薦使用。
性氟碳與聚硫密封膠配套性能優異。 樹脂、彈性固化劑及降低涂料的PVC值可顯著提高涂膜的
除了主纜采用圓形鋼絲采用表2經典的防腐方案外， 柔韌性。填料種類、固化溫度條件及拉伸速率對涂膜的力
目前還有少量橋梁主纜系統采用S型鋼絲+送風除濕系統 學行為也產生一定的影響。
+防腐涂層的方案。而防腐涂層采用柔性環氧底漆+柔性 彈性FEVE氟碳涂料具有較高的形變能力，能夠適應基
環氧中間漆+柔性氟碳面漆的體系。 材及配套底涂層的形變
， 特別適用于建筑外墻、鋼筋混凝
土結構及彈性皮革、密封膠材料，但要求與底涂層配套性
3結語 好
， 適宜的配套底涂層包括聚硫密封膠、改性硅材料、彈
FEVE氟碳涂料的彈性行為主要受到FEVE氟碳樹脂結 性環氧
、彈性聚氯酯等。
構、固化劑的結構以及涂料PVC值的影響，采用柔性氟碳
(上接第20頁)
試驗后，出現較嚴重粉化(3級)。這些結果說明4 、5 才料 混凝土耐久性的理想手段之一。
耐候性較不理想，其戶外條件下使用時的防護壽命有限，
應予以重視。 參考文獻
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保護材料，從耐候性、抗C1和水汽滲透等屏蔽作用看，水 Corrsion and Protection of Steel in Concrete [RJ．
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