喬乃洪，閆炳潤，付德珍，杜 曉，李 峰，閆文玲，呂祥如

（1.江蘇東部高速公路管理有限公司，江蘇 連云港 222346；2.青島潤邦防水建材有限公司，山東 青島 266321）

0 引言

近年來，隨著高速公路及城市道橋、海港工程的飛速發(fā)展，路、橋、港等工程中的水泥混凝土構件的腐蝕問題也逐漸顯現(xiàn)。水泥混凝土表面出現(xiàn)松散、麻面，以及因鋼筋銹脹引起的混凝土表面脫落等病害已嚴重影響建筑物結構的耐久性和景觀。水泥混凝土因表面具有透氣和吸水的特性，受空氣中的CO2、汽車尾氣中的SO2、海水中鹽份和鹽霧中Cl-的侵蝕以及凍融作用是引起上述損害的主要原因隨著我國城市的發(fā)展，黑色的瀝青路面、灰色的水泥混凝土橋梁已不適應當今人們對生活環(huán)境的要求。為提高人們的居住環(huán)境品質(zhì)，減少污染，如將橋梁、路面涂料制成水溶性彩色涂料，不僅可使涂膜具有較高的景觀性，而且能改善建筑工程的防腐耐久性。

1 傳統(tǒng)溶劑型涂裝材料的弊端

工業(yè)防腐漆涂料的缺點是：耐候性差，不能長久保光、保色，也不宜于制淺色漆；含有毒性異氰酸基及其酯類，對人體有害，生產(chǎn)中要加強勞動保護，其中芳香族異氰酸酯的毒性更大；異氰酸酯穩(wěn)定性差，對水分和潮氣敏感，易吸潮，遇水則貯存不穩(wěn)定；有些聚氨酯涂料品種是多包裝的，施工時較麻煩。

一般防腐涂料附著力不強、不耐海水浸泡、不耐磨損、不耐沖擊，耐干濕交替性能差，對基材表面的濕潤性不好，基材與涂層之間粘合不佳，耐陰及剝落性能較差，而附著力是決定涂層壽命的主要因素之一。潮差帶有“表濕區(qū)”，基層施工時處于潮濕狀態(tài)，因些一般會使用濕固化涂料。根據(jù)《海港工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTJ 275—2000）的要求，涂層和混凝土表面的黏結力不小于1.5 MPa。但是《工業(yè)建筑防腐蝕設計規(guī)范》（GB 50046—2008）標準管理組統(tǒng)計表明，相當多的濕固化涂料雖然能在潮濕的混凝土基層上（甚至水中）得以固化，但固化后的黏結（強度卻大大降低，附著力只有0.2～0.8 MPa。

濕氣在混凝土內(nèi)部是可以傳遞的，當蒸氣壓穿混凝土并且不斷波及背面的涂層時，除非涂層有優(yōu)異的黏結性，否則就會發(fā)生鼓泡和涂層剝落。因此，涂料在潮濕的混凝土表面具備優(yōu)秀的附著力是保證涂層長效的前提。

溶劑型涂料的揮發(fā)物是有害物質(zhì)，涂料中常用有機溶劑有飽和或不飽和的直鏈烴、芳香烴、環(huán)烷烴，以及它們的醇、酮等化合物，嚴重影響大氣質(zhì)量，危害人類的身體健康，且浪費了大量的溶劑資源。傳統(tǒng)溶劑型涂裝材料已不適應現(xiàn)代橋梁、碼頭、路面的涂裝要求。溶劑型涂料由單項高分子材料制成，不抗老化，易開裂、褪色、粉化，壽命短，因此研究開發(fā)以水為介質(zhì)代替有機溶劑的環(huán)保型的新材料非常必要。

2 SHJS聚碳硅氧烷涂料生產(chǎn)工藝

青島潤邦防水建材有限公司研究開發(fā)的SHJS聚碳硅氧烷防水、防腐、防撞（簡稱“三防”）耐磨涂料，屬水性環(huán)保型彩色涂裝材料。該涂料以環(huán)氧樹脂乳液、聚氨脂乳液、氟碳樹脂乳液、異丁基三乙氧基硅烷膏體為主材，經(jīng)添加催化劑、促進劑，離子水等復配而成。每個單一組分都存在固有的缺點：聚氨酯和環(huán)氧樹脂耐水性差；環(huán)氧樹脂附著力低，水性固化劑價格高，影響推廣；氟碳樹脂與油性材料的表面黏結力低；異丁基三乙（甲）氧基硅烷膏體會影響對水泥基體的滲秀。但是，上述的各單一組分經(jīng)數(shù)道生產(chǎn)工序制成涂料復配物后，上述的各單一組分的優(yōu)缺點性質(zhì)會在復配中互補，并產(chǎn)生一種特殊的協(xié)同效應。例如，異丁基三乙（甲）氧基硅烷優(yōu)異的拒水性能有效彌補并提高了聚氨酯和環(huán)氧樹脂耐水性，克服了它們和底層黏結不好的問題，在此，硅烷在水泥基體中的封閉劑特點發(fā)揮了主導作用，從而防止涂料-水泥基體分層、開裂。同時，聚氨酯和環(huán)氧樹脂又提升了異丁基三乙（甲）氧基硅烷對水泥基體的滲透性和黏著力，從而使水泥基體達到優(yōu)異的、長效的防水防腐性能。

它們之間并非簡單混合，而是存在一定的復雜的化學、物理過程，正是這些特殊的化學、物理過程，構成了本產(chǎn)品的技術關鍵。從以上介紹的各主要組分化學結構及性質(zhì)可知，它們都帶有活性基團，是反應型高分子材料，在一定條件下，相互間會發(fā)生化學反應。

2.1氟碳樹脂與環(huán)氧樹脂之間發(fā)生的反應

目前廣泛使用的氟碳樹脂都是在側(cè)鏈上含有羥基（或OR），主要是用脂肪族多異氰酸酯、三聚氰胺樹脂進行交聯(lián)固化。當有環(huán)氧樹脂存在時，環(huán)氧官能團開環(huán)，與氟碳樹脂都是在側(cè)鏈上含有羥基（或OR）反應，形成交聯(lián)網(wǎng)絡，從而取代了三聚氰胺甲醛樹脂固化。即：把環(huán)氧樹脂分子結構式左端三角形環(huán)氧基打開，和氟碳樹脂分子結構式右端側(cè)鏈上含有的 OR相連，成為C-O-CH2-CH2-CH2-O-B-O（見圖 1）。

圖1氟碳與環(huán)氧反應分子式

2.2聚氨酯與環(huán)氧樹脂之前發(fā)生的反應

環(huán)氧樹脂具有許多優(yōu)點，如優(yōu)異的化學穩(wěn)定性、耐腐蝕性、電器絕緣性以及收縮率低等。然而，由于單一環(huán)氧樹脂固化后交聯(lián)密度高，呈三維網(wǎng)狀結構，存在內(nèi)應力大、質(zhì)脆、耐沖擊性差、容易開裂等缺點。聚氨酯是一類性能優(yōu)良的高分子材料，具有高耐沖擊強度和優(yōu)異的耐低溫性能，用聚氨酯改性環(huán)氧樹脂可以使兩者優(yōu)勢互補，得到一種既具有一定柔韌性又具有很好強度的比較理想的高分子材料。

聚氨酯改性環(huán)氧樹脂，主要是通過聚氨酯和環(huán)氧樹脂接枝共聚改性環(huán)氧樹脂，以及聚氨酯互穿聚合物網(wǎng)絡增韌環(huán)氧樹脂二種方式，使用羥值比較大、環(huán)氧值比較小，而且相對分子質(zhì)量較大的環(huán)氧樹脂，再加入稀釋劑、催化劑、助交聯(lián)劑，選擇最佳比，即能反應，結果產(chǎn)生復雜的交聯(lián)網(wǎng)狀結構產(chǎn)物。研究發(fā)現(xiàn)，將聚氨酯彈性體引入環(huán)氧樹脂中，形成互穿網(wǎng)絡結構，不僅可以改善聚氨酯的黏結性能，提高其剛性，同時可以明顯改善環(huán)氧樹脂的韌性。這是由于聚氨酯分子鏈中的氨基甲酸酯基團（-NHC00-）具有堅韌、耐沖擊、黏結力強和剝離強度高等特點，改性環(huán)氧樹脂可提高其韌性和低溫性能。

經(jīng)化學工業(yè)海洋涂料質(zhì)量監(jiān)督檢測中心和青島市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院檢測，新涂料的各項指標均符合《混凝土橋梁結構表面涂層防腐技術條件要求》（JT/T 695—2007）（見表 1）。新涂料以離子水為稀料，具有無毒無味、安全可靠、施工方便、性價比高等優(yōu)點，可應用于城市路橋、防撞墻及橋欄、橋墩、人行道、車間、地坪、地下車庫、海港工程等建筑物的防護。

表1 SHJS聚碳硅氧烷三防耐磨涂料檢測結果

3 SHJS聚碳硅氧烷涂料施工工藝

打磨，吹風除塵，基層必須干凈，以手摸無塵染手為準。用改性聚合物硅烷砂漿膠泥修復基層裂縫、坑槽及坡?lián)p處，用刮刀刮平整。

第一道底涂：涂刷高滲透丙烯酸封閉底涂，首先將底涂攪拌均勻，根據(jù)天氣、施工環(huán)境、基面的干燥程度，現(xiàn)場兌水攪拌充分，易稀不易稠。

第二道中涂：用SHJS聚碳硅氧烷防水防腐防撞耐磨涂料涂刷或噴涂均勻，增加涂膜厚度，也可做面涂。

第三道罩面涂料：噴涂或用毛刷順方向涂刷，不得亂涂，以免影響涂膜平整度。根據(jù)工程要求隨時調(diào)整環(huán)氧樹脂、聚氨酯、氟碳、硅烷的配比，增加涂料膜的自潔功能。

4 SHJS聚碳硅氧烷涂料應用

下面介紹SHJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料的應用實例。

4.1 橋梁中分帶護欄座涂裝

濰坊市開元立交橋全長16 km防撞墻。該橋位于城市大氣區(qū)，為了保護橋梁中分帶護欄座部位不受融雪劑氯離子的侵害和凍融，防止車輪碰撞，2013年采用了聚碳硅氧烷防撞耐磨涂料，人工反復涂刷3遍（見圖2），至今已有8年時間，涂層仍然完好無損。

圖2 濰坊開元立交橋聚碳硅氧烷防撞耐磨涂料涂裝現(xiàn)場

4.2 全橋涂裝

濰坊市濱海區(qū)永安路黃河東街大橋。該項工程地處渤海灣西部鹽堿地段，屬鹽霧區(qū)，高鹽土環(huán)境，2015年對該橋整體進行了防水防腐保護。SHJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料調(diào)成深灰色，對橋梁通體進行了涂刷。涂裝效果非常美觀，外觀像一座鐵橋（見圖3）。經(jīng)過近5年的觀察，未發(fā)現(xiàn)有開裂、脫落、粉化、老化等現(xiàn)象。各項指標均復合《公路工程混凝土結構防腐蝕技術規(guī)范》（JTC/TB07-01—2006）要求。

圖3 濰坊黃河東街大橋SUJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料涂刷效果

濰坊G320新海線濰河大橋防腐工程。該大橋全長700 m，防腐面積約2萬m2，地處鹽霧區(qū)，高鹽土環(huán)境。2017年，該工程采用了SHJS聚碳硅氧烷防腐涂料，新涂料的防護效果理想，直至今日，涂面無裂縫、不起層、不脫皮、整齊平整、無色差、無針孔色裂，均勻一致（見圖4）。

圖4濰坊濰河大橋SHJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料涂刷效果

4.3 榮威高速防撞墻涂裝

該工程屬鄉(xiāng)村大氣鹽務區(qū)除冰鹽環(huán)境，為斑馬線防腐防撞反光工程，全長42 km，2015年均采用SHJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料進行涂刷，整個工程欣然一新（見圖5）。該路段防撞墻馬蹄部位以往有不同程度的松散脫落現(xiàn)象，出現(xiàn)馬蹄部位松散脫落的原因有三：一種為交通車輪剮蹭引起；二種為混凝土碳化凍融引起；三種為氯離子侵蝕引起。通過用碳剛水泥砂漿修補，涂刷SHJS聚碳硅氧烷三防耐磨涂料，工程煥然一新。經(jīng)4年的觀察無任何老化現(xiàn)象，仍然保持完好。

圖5榮威高速防撞墻SHJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料涂刷效果

4.4 路面標線

同三高速東海路段。該工程屬鄉(xiāng)村大氣鹽務區(qū)除冰鹽環(huán)境，2017～2018年用SHJS聚碳硅氧烷防腐防水耐磨涂料加金剛砂做成路面警示線，防滑、耐磨，反光效果明顯（見圖6）。通過兩年的觀察，涂層完好無損，達到了行車安全目的。

圖6同三高速帶SHJS聚碳硅氧烷防水耐磨涂料涂刷效果

4.5 彩色路面

高清天鵝湖景觀工程。該工程屬鄉(xiāng)村大氣潮濕高鹽土環(huán)境，以SHJS聚碳硅氧烷彩色涂料為基礎原料漆加金剛砂做成彩色路面（見圖7），效果明顯。2017年施工完成至今3年無老化現(xiàn)象，完好如初。

圖7高青天鵝湖SHJS聚碳硅氧烷彩色涂料涂刷效果

4.6 水上工程涂裝

青島前海水上皇宮地下維修工程。該工程地處海邊水位變動區(qū)，潮汐時間只有6 h，施工環(huán)境艱難，施工條件較苛刻。經(jīng)多種防腐涂料現(xiàn)場對比試驗后，唯有SHJS聚碳硅氧烷防水防腐涂料能適應該環(huán)境施工。施工時，潮水退下去時抓緊時間涂刷，3 h后潮水上漲停止施工。24 h后潮水退去，觀察結果：涂層無脫落、起鼓、破皮、開裂現(xiàn)象，完好無損（見圖8）。經(jīng)海浪反復沖刷，涂膜安然無恙。實踐證明，該產(chǎn)品用于海港工程防水、防腐、耐磨、抗沖擊是比較適用的新材料。近期臺風“利奇馬”帶來強烈的海浪撞擊，新涂料涂層安然無恙，表明該材料具有海洋防腐涂料中較為先進的的滲固性能，受到業(yè)主的贊揚和認可。

圖8青島海上皇宮SHJS聚碳硅氧烷防水耐磨涂料涂刷效果

5 結 語

針對水泥混凝土構件的腐蝕現(xiàn)象及傳統(tǒng)防護涂料的缺陷，研制了既有助于保護水泥混凝土抵御外來因素的腐蝕侵害，又能滿足環(huán)保和景觀要求的新型涂料——SHJS聚碳硅氧烷“三防”耐磨涂料。通過多個工程實例考察了新型涂料的應用效果。結果表明，新型涂料有助于抵御外來因素對水泥混凝土結構的腐蝕，能滿足環(huán)保和景觀要求，是一種實用效果較好的新產(chǎn)品。研究破解此類水泥耐海水腐蝕等難題是具有巨大社會經(jīng)濟效益的創(chuàng)新項目，開展此類項目的研究，不僅需要市場機制激勵企業(yè)的創(chuàng)新意愿，更需要政府的資助和支持。