朱 立，呂 平，黃微波

(1.青島理工大學功能材料研究所，山東青島 266033;2.寧波交通工程建設集團有限公司，浙江寧波 315000)

作為聚脲工程相配套的基材處理劑，是連接混凝土基層與聚脲防水層的中間層，起到承上啟下的作用。不僅需具備與基材優(yōu)異的附著力，且能夠與聚脲起到良好的黏接效果，同時還需具備修補基材表面缺陷等優(yōu)異的施工效果［1］。

環(huán)氧類基材處理劑由于附著力性能高等特點而被廣泛使用，也成為聚脲施工的主要處理劑。然而，其冬季施工效果不佳、熱應力較大，導致冬季聚脲涂層大面積脫落［2-3］。為此，本文提出一種基于聚氨酯類的基材處理劑(QTECH-112)，其物理性能指標在符合《京滬高速鐵路橋混凝土橋面噴涂聚脲防水層暫行技術條件》的前提下［4］，研究基材處理層平面熱應力變化情況，采用靜態(tài)應變儀，測試其常溫、低溫下的主應變變化規(guī)律。

1 試驗方法

1.1 試件制備及主要試驗設備

采用在抗折強度、抗壓強度等物理性能及泊松比、彈性模量及熱膨脹性系數上相接近的天然大理石板模擬C50高性能混凝土。在400 mm×300 mm大理石上刮涂QTECH-112類基材處理劑。表1為主要的實驗設備。

表1 主要試驗設備

1.2 靜態(tài)應變試驗

涂層平面應變測試，采用靜態(tài)應變儀，使用四分之一橋路連接，大理石板中心點采取三片5 mm×30 mm應變片貼直角應變花的方式，采用摩爾應變圓計算公式，得出最大主應變ε1、最小主應變ε2和最大主應變與0°應變片(11號)水平方向線(簡稱x軸)的夾角ψ;四角采用5 mm×3 mm應變片的方式，其中1號、4號、5號、8號為橫向布置，其余為豎向布置。如圖1所示，測試在常溫20℃ ～23℃和低溫－20℃ ～18℃時，QTECH-112平面涂層應變情況，研究涂層中心點與四周的聯(lián)系與區(qū)別。

圖1 電阻應變片的平面布置圖

2 試驗結果及討論

2.1 常溫靜態(tài)應變

2.1.1 中心點主應變

20℃常溫下QTECH-112基材處理層中心點主應變變化規(guī)律如圖2所示。圖2(a)是20℃常溫下QTECH-112最大主應變ε1隨時間發(fā)展的變化規(guī)律。從圖中看到，最大主應變ε1表現(xiàn)為相對緩慢增長，微應變從0增加到15×10－6。圖2(b)是最小主應變ε2的變化規(guī)律。從中看到，隨著時間的增加，最小主應變ε2保持相對穩(wěn)定，微應變維持在－1×10－6。圖2(c)是最大主應力與x軸的夾角變化規(guī)律。圖2(c)表明最大主應力方向與x軸夾角ψ維持在－20°±2°左右。從圖2可以看出，在常溫下聚氨酯類基材處理劑維持在較低的微應變，其產生的應力忽略不計。文中或圖中相對時間0.5 s等于實際時間5 s。

圖2 常溫下QTECH-112基材處理層中心點主應變變化規(guī)律

2.1.2 四角微應變

圖3是常溫20℃下大理石板四角的微應變變化規(guī)律。從圖3可以看出2號、4號、6號應變變化不大，其余則隨測試時間增加而相應增長，這是由于不同測點存在差異，受到邊界條件的制約不大，常溫下邊角應變呈拉伸微應變，大致保持在30×10－6，其應力應變略高于中心點。根據文獻［5-7］，各點變化規(guī)律可能與所測各點自身涂層的厚度等有關。

根據以上研究結果推斷，常溫下聚氨酯類基材處理劑熱應力對于聚脲附著力幾乎不產生影響。

2.2 低溫靜態(tài)應變

2.2.1 中心主應變

圖3 常溫下四角QTECH-112基材處理層應變變化規(guī)律

圖4是QTECH-112類基材處理劑在－20℃低溫條件下中心的主應變變化規(guī)律。圖4(a)是最大主應變ε1的變化規(guī)律，由圖4(a)可見，8 h內ε1在100×10－6～250 ×10－6區(qū)間波動，波動幅度大致為75 ×10－6左右，且隨持續(xù)時間的增加而增長，增加速率不大，QTECH-112基材處理劑表現(xiàn)為拉伸應變。圖4(b)為QTECH-112中心點最小主應變ε2的變化規(guī)律，8 h內一直維持在－60×10－6～0的區(qū)間波動，幅度大致為60 ×10－6，平均值為 －30 ×10－6。圖4(c)是最大主應變ε1與x軸夾角ψ的變化規(guī)律，從中可以看到40 min(相對時間120 s)后，ψ 維持在 －44°±1°范圍內，0～25 min保持在45°±1°范圍內，25～40 min在44°±1°與－44°±1°交替，可能由于前25 min基材處理劑與環(huán)境溫度未平衡有關。

圖4 低溫下QTECH-112類基材處理層中心點主應變變化規(guī)律

2.2.2 四角微應變

表2是－20℃條件下8 h后大理石四角微應變。由表2可見，8 h后四角微應變仍維持在－25×10－6～30×10－6區(qū)間內，表明四角微應變不大，這與中心點呈收縮應變和受大理石邊界條件制約，二者因素共同作用有關。

表2 大理石板四角1號～8號低溫8 h后微應變

低溫條件下，QTECH-112基材處理劑之所以呈拉伸應變狀態(tài)，是因為作為一種聚氨酯類彈性體材料，自身具有大量線性柔性部分，呈無規(guī)則卷曲狀態(tài)，同時其玻璃化轉變溫度低于室溫，在降溫過程中，越過玻璃化溫度轉化區(qū)時，相對于環(huán)氧體系脆性的特點，有一段應力松弛時間，能夠很好地緩解環(huán)境溫度變化所帶來的應力應變，故而其應變小于大理石基材的收縮應變［7-8］，在低溫下對于聚脲的附著力影響不大。

3 結語

常溫(20℃)下，聚氨酯類基材處理劑應變不大，主應變維持在0～20×10－6區(qū)間內，由此產生的熱應力較小，對聚脲附著力沒有影響。低溫(－20℃)下，8 h后，QTECH-112 基材處理劑:ε1為 245 ×10－6，ε2平均為 －29.80×10－6，1號 ～8號 ε平均值為 －57×10－6;在8 h內最大主應變從100×10－6緩慢上升到250×10－6，且 ψ 值在 40 min后，一直維持在 －44°±1°范圍內，這是因為QTECH-112作為一種彈性材料，在降溫過程中，越過玻璃化溫度轉化區(qū)時，有一段應力松弛時間，從而很好地抵消了低溫引起的熱應力。結構因素是影響基材處理劑應變的一個重要因素，在實際應用中，結構設計時應加以考慮，避免產生較大的應力應變。

［1］黃微波．噴涂聚脲技術在京滬高鐵的應用與展望［J］．上海涂料，2009，47(5):1-3．

［2］姜英濤．涂料基礎［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2005:48-77．

［3］尹應躍，魏曉紅，游敏．粘涂層中的溫度應力測試與分析［J］．粘接，2003，24(4):3-5．

［4］呂平，朱立．基材處理劑對京滬高鐵聚脲涂層附著力影響的研究［J］．新型建筑材料，2010(6):77-80．

［5］MULLE M，ZITOUNE R，COLLOMBET F，et al．Measuring strains through the thickness of a composite structural specimen subjected to bending［J］．Experimental Mechanics，2009(49):877-880．

［6］SHI Xiaodong，CROLL S G．Thermal-induced recovery of small deformations and degradation defects on epoxy coating surface［J］．J．Coat．Technol．Res，2010，7(1):73-84

［7］山西省化工研究所．聚氨酯彈性體手冊［M］．北京:化學工業(yè)出版社，2001．

［8］呂平，朱立，劉旭東，等．新建高速鐵路環(huán)氧基材處理劑熱應力對聚脲防護層附著力影響的研究［J］．鐵道建筑，2011(5):40-42．