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ACIS法研究聚脲涂層砂漿防護(hù)性能

文檔作者：黃微波張靜呂平葛海燕文檔來(lái)源： 1．青島理工大學(xué)功能材料研究所 2．北京意設(shè)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年09月30日
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202
四川建筑科學(xué)研究
Sichuan Building Science
第38卷第1期
2012年2月
ACIS法研究聚脲涂層砂漿防護(hù)性能
黃微波 ，張 靜 ，呂 平 ，葛海燕
(1．青島理工大學(xué)功能材料研究所，山東青島266033；
2．北京意設(shè)建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京100080)
摘要：采用電化學(xué)交流阻抗譜(ACIS)法研究芳香族聚脲涂層、脂肪族聚脲涂層對(duì)水泥砂漿的防護(hù)性能。ACIS試
驗(yàn)結(jié)果表明，水泥砂漿(對(duì)比樣)、芳香族聚脲涂層砂漿和脂肪族聚脲涂層砂漿試樣的Nyquist圖高頻弧是一半圓，
其直徑分別為6754D．，100281"1，118121~，說(shuō)明涂刷涂層能夠提高水泥砂漿抗氯離子滲透性方面的能力。不同涂刷
厚度涂層砂漿的ACIS測(cè)試顯示，隨著保護(hù)涂層的厚度增加，對(duì)砂漿的防護(hù)性能增加。芳香族聚脲涂層和脂肪族聚
脲涂層試樣在氯化物侵入前后，高頻區(qū)的交流阻抗值分別增加了28．25％和56．25％ ，說(shuō)明聚脲涂層提高了砂漿的
抗氯離子滲透性。
關(guān)鍵詞：ACIS法；芳香族聚脲；脂肪族聚脲；涂層防護(hù)性能；Nyquist圖
中圖分類號(hào)：TQ 323．8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008—1933【2012)O1—202—03
Studay on the protection property of polyurea-coated motar by ACIS
HUANG reibo ，ZHANG Jing ，Lv Ping ，GE Haiyan
(1．Institute of Functional Materials Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China；
2．Beijing As Architecture Design and Consulting Co．，Ltd．，Beijing 100080，China)
Abstract：Electrochemical impedance spectroscopy(ACIS)method was used to study on the protective property of aromatic polyurea
coated and aliphatic polyurea coated cement motar．The results showed that the ac impedance values of high-frequency of cement motar
(contrast samples)，aromatic polyurea coated motar and aliphatic polyurea coated motar were 6754 n，100281")，1 181212 respectively，
which cortfirmed that coating can improve the anti—chloride ion penetration ability of cement motar．ACIS test of diferent coating
thickness of coated motar showed that，with the increase of the thickness of coatings，the protective performance Was better．After the
intruding of chloride through aromatic polyurea coatings and aliphatie polyurea coatings，the ac impedance values were increased hy
28．25％ and 56．25％ respectively，which confirmed that polyurea coatings improved the anti—chloride ion penetration of cement motar．
Key words：ACIS；aromatic polyurea；aliphatic polyurea；protective property；Nyquist diagram
0 前言
混凝土的耐久性與氯離子腐蝕介質(zhì)對(duì)它的滲透
性密切相關(guān)，氯離子的滲透性與氯離子的擴(kuò)散性之
間存在水平關(guān)系?。因此，簡(jiǎn)單與準(zhǔn)確地測(cè)量氯離
子在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)是近年來(lái)所關(guān)注的課題。
目前，對(duì)氯離子的擴(kuò)散一般多采用直流電場(chǎng)下的遷
移方法 ]，應(yīng)用ACIS方法評(píng)價(jià)氯離子擴(kuò)散性能-3
的資料目前還比較少。表面涂層將使砂漿的表面性
質(zhì)發(fā)生改變，因此可以預(yù)測(cè)，涂刷和不涂刷保護(hù)涂層
其表面具有不同的電化學(xué)交流阻抗譜(ACIS)響應(yīng)。
由于涂刷保護(hù)涂層的種類、用量等的不同，決定了防
護(hù)涂層保護(hù)性能的不同，因此，用ACIS的不同響應(yīng)
來(lái)描述、表征混凝土防護(hù)涂層保護(hù)性能在理論上是
收稿日期：2010-08-23
作者簡(jiǎn)介：黃微波(1963一)，男，重慶人，博士，教授，主要從事聚脲
防護(hù)技術(shù)研究。
E—mail：jing861014@sohu．a(chǎn)om
可行的。除此之外，涂層混凝土在氯化物侵入前后
的ACIS響應(yīng)也是不同的 J。
聚脲作為一種新型防護(hù)涂層技術(shù)被廣泛應(yīng)用于
京津高速鐵路、京滬高速鐵路、奧運(yùn)工程等國(guó)家重點(diǎn)
工程。因此，聚脲涂層防護(hù)性能的研究對(duì)工程實(shí)踐
具有重要的指導(dǎo)意義。本文借助ACIS譜，研究涂
刷芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層前后，水泥砂
漿的電化學(xué)阻抗變化規(guī)律，由此判斷聚脲涂層對(duì)砂
漿基材的保護(hù)性能，以達(dá)到評(píng)價(jià)聚脲涂層防護(hù)性能
的目的。
1 試驗(yàn)部分
1．1 原材料
水泥采用青島山水水泥股份有限公司生產(chǎn)的
32．5級(jí)普通硅酸鹽水泥；砂子采用粒徑0．63 mm的
細(xì)砂；測(cè)試溶液采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3％ 的NaC1溶液；
位阻型QTECH一550緩凝芳香族聚脲涂料、耐候型
QTECH一350脂肪族聚脲涂料，分別由青島理工大
2012No．1 黃微波，等：ACIS法研究聚脲涂層砂漿防護(hù)性能 203
學(xué)功能材料研究所提供。導(dǎo)電銀、刷子、自來(lái)水等由
實(shí)驗(yàn)室提供。
水泥砂漿試樣配合比見表1。
表1 水泥砂漿配合比
Table 1 Ratio of motar
1．2 樣品制備
水泥砂漿試樣：制備20 mln×20 mm×20 mnl
的砂漿試件3塊，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)4 d，拆模
后，放人養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d，取出后，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境
下晾干。用QTECH—ll2全天候基材處理系統(tǒng)修
補(bǔ)試樣表面，然后，用細(xì)砂紙將試件表面打磨光滑，
備用。
涂層處理：將試樣的6個(gè)面都涂刷涂層，將試樣
的基材表面用乙醇擦拭干凈，然后用刮刀蘸取涂料
刮在試樣表面，用力、快速用刮刀刮平，所用涂料為
QTECH一550緩凝芳香族聚脲涂料、QTECH一350
脂肪族聚脲涂料。達(dá)到厚度要求后，用上海碩冠儀
器設(shè)備有限公司的Positeetor 200超聲波測(cè)厚儀測(cè)試
涂膜厚度，控制每遍涂覆厚度為50±5 m，兩次涂
刷之間至少間隔2 h，試樣涂層處理后，放置在室溫
下養(yǎng)護(hù)7 d。
1．3 ACIS試驗(yàn)
ACIS實(shí)驗(yàn)儀器是美國(guó)Agilent公司生產(chǎn)的Agi—
lent HP 4294A阻抗測(cè)試儀。測(cè)量頻率范圍1 10 MHz
～ 4O Hz，基本阻抗精度為±0．08％ ，采用Instrument
BASIC軟件執(zhí)行阻抗測(cè)量和數(shù)據(jù)分析。試驗(yàn)過程如
下：
1)將安裝電極的試驗(yàn)試件兩側(cè)涂刷導(dǎo)電銀，以
保證試件具有良好的導(dǎo)電性。涂刷完畢后，將試件
放在干燥環(huán)境中放置24 h。
2)將處理好的試件正確安裝在兩電極之間，電
極如圖1所示。打開儀器測(cè)試，計(jì)算機(jī)自動(dòng)記錄數(shù)
據(jù)。
圖1 ACIS試驗(yàn)電極示意
Fig．1 Electrode for ACIS test
3)在第一次的ACIS譜測(cè)試完畢后，將試件放
人濃度為3％的NaC1溶液中，浸泡3個(gè)月后進(jìn)行第
二次試驗(yàn)。
2 試驗(yàn)結(jié)果及分析
2．1 涂層種類的影響
圖2為砂漿對(duì)比試樣、芳香族聚脲涂層和脂肪
族聚脲涂層水泥砂漿試樣的Nyquist圖，圖中Zr和
zi分別表示阻抗的實(shí)部和虛部。
圖2 砂漿試樣、芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層
砂漿試樣Nyquist
Fig．2 Nyquist figure of molar。aromatic polyureacoated
motar and aliphafic polyurea-coated
m otar
從圖2可以看出，試樣阻抗譜表現(xiàn)為一個(gè)容抗
弧，砂漿試樣在高頻區(qū)的半圓直徑為6754 Q，與此
相比，芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層在高頻區(qū)
的半圓直徑明顯較大，分別為10028 n和11812 Q。
這說(shuō)明，聚脲涂層的膜電阻風(fēng)使高頻區(qū)的半圓直徑
增大，反映出兩種聚脲涂層對(duì)介質(zhì)傳輸具有很好的
阻擋能力，對(duì)基底砂漿具有良好的保護(hù)作用。通過
涂層砂漿在高頻區(qū)的半圓直徑可以大小初步判斷出
兩種涂層在提高水泥砂漿結(jié)構(gòu)致密性方面的能力大
小，即脂肪族聚脲涂層的防護(hù)優(yōu)于芳香族聚脲涂層。
2．2 涂層厚度的影響
圖3是不同厚度芳香族聚脲涂層砂漿試樣
Nyquist圖。
圈3 不同厚度芳香族聚脲涂層砂漿試樣Nyqui~
Fig．3 Nyquist figure of aromatic polyurea·coa ted
motar of diferent thickness
從圖3可以看出，在高頻區(qū)段，未涂刷涂層的對(duì)
比試樣的半圓直徑為6774 l-I，涂刷厚度為50±5
m時(shí)，試樣的半圓直徑為10028 Q，涂刷厚度為
四川建筑科學(xué)研究 第38卷
100±5 m時(shí)，試樣的半圓直徑為10957 n，涂刷厚
度為150±5 m時(shí)，試樣的半圓直徑為13870 12。
可見，涂層砂漿試樣的的半圓直徑明顯大于對(duì)比試
樣，而且隨著涂層涂刷厚度的增加，半圓直徑也在增
大，這表明，芳香族聚脲保護(hù)涂層及涂層的涂刷厚度
對(duì)ACIS譜有一定影響。
綜上所述，與未涂刷保護(hù)涂層的對(duì)比試樣相比，
涂刷保護(hù)涂層的水泥砂漿試樣在高頻區(qū)段的半圓直
徑明顯增大，而且同種保護(hù)涂層的砂漿試樣，隨著涂
層涂刷厚度的增加，試樣在高頻區(qū)段的半圓直徑也
在增大。這表明，保護(hù)涂層的存在以及涂層涂刷厚
度的增加，使保護(hù)涂層砂漿試樣中的R 值增大，也
就是說(shuō)，提高了保護(hù)涂層砂漿試樣的密實(shí)性。
2．3 氯化物擴(kuò)散前后ACIS譜的特征
圖4為經(jīng)氯化物侵蝕后芳香族聚脲涂層砂漿試
樣的Nyquist圖。
圖4 芳香族聚脲涂層砂漿試樣經(jīng)氯化物
侵入前后Nyquist
Fig．4 Nyquist figure of aromatic polyurea—coated
molar before and after chlorine corrosion
從圖4中可以看出，就高頻區(qū)段而言，涂層砂漿
試樣的半圓直徑由原來(lái)的10028 n變?yōu)槁然锴治g
后的12861 12，經(jīng)氯離子侵蝕后，芳香族聚脲涂層砂
漿試樣的半圓直徑明顯大于氯化物侵蝕前。
圖5為經(jīng)氯化物侵蝕后脂肪族聚脲涂層砂漿試
樣的Nyquist圖。
9
c： 6
至
N 3
0 5 10 15 2O 25 30 35
Zr，
圖5 脂肪族聚脲涂層砂漿試樣經(jīng)氯化物
侵入前后Nyquist
Fig．5 Nyquist figure of~iphafic polyurea-coated motar
before and after chlorine corrosion
從圖5中可以看出，就高頻區(qū)段而言，涂層砂漿
試樣的半圓直徑由原來(lái)的1 1812 12變?yōu)槁然锴治g
后的18456 Q，經(jīng)氯離子侵蝕后，脂肪族聚脲涂層砂
漿試樣的半圓直徑明顯大于氯化物侵蝕前。
綜上所述，通過涂層試樣在氯化物擴(kuò)散前后的
交流阻抗譜比較可以看出，試樣在氯離子擴(kuò)散后，高
頻區(qū)段的半圓直徑明顯大于擴(kuò)散前的半圓直徑，也
就是說(shuō)，氯化物侵蝕后的涂層試樣的 值較侵蝕前
增大。說(shuō)明氯化物在涂層試樣內(nèi)部擴(kuò)散過程中慢慢
沉淀，填充在試樣的內(nèi)部孔隙中，從而使結(jié)構(gòu)更加密
實(shí) 引。
3 結(jié)論
1)ACIS測(cè)試顯示，保護(hù)涂層砂漿體系在高頻區(qū)
段表現(xiàn)為一個(gè)半圓，這一半圓表征了涂層的特性。
無(wú)涂層水泥砂漿試樣在高頻區(qū)的半圓直徑為
675412，芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層在高頻
區(qū)的半圓直徑明顯較大，分別為10028 n，11812 Q，
說(shuō)明涂刷涂層能夠提高水泥砂漿結(jié)構(gòu)的致密性，即
抗氯離子滲透性方面的能力，兩種涂層對(duì)涂層的防
護(hù)能力大小為：脂肪族聚脲涂層>芳香族聚脲涂層。
2)涂層厚度對(duì)阻抗譜有影響。芳香族聚脲涂
層厚度從50 p3n增加到150 p,m，抗?jié)B性顯著提高。
3)確定了表征保護(hù)涂層砂漿試樣的影響參
數(shù)——R ，其大小同結(jié)構(gòu)的密實(shí)性有關(guān)。R 隨著保
護(hù)涂層涂刷厚度的增加不斷增大，表明保護(hù)涂層的
涂刷厚度對(duì)交流阻抗譜有一定影響。
4)通過涂層砂漿試樣在氯化物侵入前后的阻
抗譜比較，能夠?qū)ν繉有迯?fù)混凝土的作用作出評(píng)價(jià)。
芳香族聚脲涂層和脂肪族聚脲涂層試樣在高頻區(qū)的
半圓直徑分別增加了28．25％和56．25％ ，說(shuō)明保護(hù)
涂層可以提高砂漿試樣的耐久性。
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