曾娟娟 ，鄧淑玲 ，張文超

(1.中科院廣州化灌工程有限公司，廣東 廣州 510650；2.廣東省化學(xué)灌漿工程技術(shù)研究開發(fā)中心，廣東 廣州 510650)

0 引 言

混凝土為一種多孔材料，在其成型的過程中，由于配比不準(zhǔn)、搗震不均勻、養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)仍蛉菀资蛊浔砻娈a(chǎn)生微細(xì)裂縫、孔洞等缺陷，這些缺陷會(huì)加速混凝土表層的碳化、腐化和風(fēng)化，縮短混凝土的使用壽命，在混凝土表面使用防水涂料是保護(hù)混凝土、提高其使用壽命的有效方式。防水涂料可以在混凝土表面形成防水層，阻止水和腐蝕性介質(zhì)的進(jìn)入。目前用于混凝土的防護(hù)涂料主要有聚合物水泥基防水涂料[1-2]、環(huán)氧樹脂防水涂料[3-4]、有機(jī)硅防水涂料[5-6]以及無機(jī)防水涂料[7-8]等。聚合物水泥基防水涂料作為一種柔性涂料，與混凝土基材的粘接力偏低，耐水浸泡性不佳；環(huán)氧樹脂防水涂料目前市場(chǎng)上主要為糠醛丙酮體系的低黏度滲透型環(huán)氧樹脂涂料，固含量低，有機(jī)揮發(fā)物含量高，環(huán)保性差；有機(jī)硅防水涂料和無機(jī)防水涂料無法在混凝土表面形成致密的防護(hù)膜，不能修復(fù)大一點(diǎn)的微細(xì)裂縫和孔洞，防護(hù)效果不佳，很容易失效。本研究制備了一種水性環(huán)氧樹脂防水涂料，該涂料不含揮發(fā)性有機(jī)溶劑，綠色環(huán)保，涂層力學(xué)性能優(yōu)良，與混凝土基材粘接力強(qiáng)，耐水性優(yōu)良，可有效修復(fù)混凝土表面的微細(xì)裂縫和孔洞。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原材料

環(huán)氧樹脂E-51：環(huán)氧值0.51 mol/100 g，工業(yè)級(jí)，廣州晟固化工有限公司；聚乙二醇二縮水甘油醚：環(huán)氧值0.36 mol/100 g，工業(yè)級(jí)，溫州守誠(chéng)化工科技有限公司；環(huán)氧稀釋劑AGE：環(huán)氧當(dāng)量285～310，工業(yè)級(jí)，巴陵石化有限公司；三乙烯四胺：分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠；水泥：32.5 級(jí)，佛山捷謙宏建材有限公司；硅微粉：2000 目，東莞玖潤(rùn)建筑材料有限公司；有機(jī)膨潤(rùn)土觸變劑：工業(yè)級(jí)，廣州金圣吉化工有限公司。

1.2 樣品制備

1.2.1 水性固化劑的合成

將E-51 和三乙烯四胺加入帶冷凝回流裝置的四口燒瓶中，水浴加熱至40 ℃反應(yīng)30 min，然后加入聚乙二醇二縮水甘油醚，升溫至60 ℃繼續(xù)反應(yīng)2 h，最后加入去離子水稀釋固化劑，得到水性固化劑，為淡黃色透明液體，固含量30%，活潑氫當(dāng)量220。

1.2.2 水性環(huán)氧樹脂防水涂料的制備

先將 E-51、AGE 和聚乙二醇二縮水甘油醚按 80∶10∶10質(zhì)量比混合均勻得到環(huán)氧樹脂，然后加入由普通硅酸鹽水泥、硅微粉、觸變劑按70∶28∶2質(zhì)量比混合均勻組成的填料，再加入水性固化劑混合均勻，最后加入去離子水混合均勻，得到水性環(huán)氧樹脂防水涂料。

不同填料用量、不同水性固化劑用量及不同固含量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方見表1～表3。

表1 不同填料用量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方(質(zhì)量份)

表2 不同水性固化劑用量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方(質(zhì)量份)

表3 不同固含量的水性環(huán)氧樹脂防水涂料配方(質(zhì)量份)

1.3 性能測(cè)試

涂料的初始黏度、固含量、表干時(shí)間、實(shí)干時(shí)間、柔韌性、抗凍性、抗?jié)B壓力、抗腐蝕介質(zhì)性(耐酸、耐堿、耐鹽)、抗沖擊性均參照J(rèn)C/T 2217—2014《環(huán)氧樹脂防水涂料》進(jìn)行測(cè)試，柔韌性測(cè)試時(shí)將漿液涂覆于馬口鐵板上，厚度為0.2 mm，養(yǎng)護(hù)7 d 后將其繞在直徑20 mm 圓柱彎曲，檢查裂紋。

粘接強(qiáng)度：將涂料涂刷在C30 混凝土試塊上，厚度為0.2 mm，養(yǎng)護(hù)7d 后參照GB/T 5210—2006《色漆和清漆拉開法附著力試驗(yàn)》進(jìn)行測(cè)試。

耐水性：將涂料涂刷在C30 混凝土試塊上，厚度為0.2 mm，養(yǎng)護(hù)7 d 后將試塊浸沒水中浸泡7 d，然后參照GB/T 5210—2006 進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 填料用量對(duì)水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響(見表4)

表4 填料用量對(duì)水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響

由表4 可見，隨著填料用量的增加，涂料的初始黏度和固含量增大；表干和實(shí)干時(shí)間縮短；分別將樣品1～樣品5 涂于馬口鐵板上測(cè)試涂層柔韌性，涂膜柔韌性良好，無開裂、起皮、剝落現(xiàn)象。這是由于涂料中含有柔性分子鏈的聚乙二醇二縮水甘油醚和AGE。

樣品1～樣品5 的填料用量分別為環(huán)氧樹脂質(zhì)量的40%、60%、80%、100%、120%。表5 為室溫養(yǎng)護(hù)7 d 和室溫養(yǎng)護(hù)7 d+水中浸泡7 d 的涂層與C30 混凝土基材的粘接強(qiáng)度隨著填料用量的變化。粘接強(qiáng)度試驗(yàn)中，樣品1～樣品4 均為混凝土基材破壞，樣品5 為基材和界面的破壞。在填料用量不超過環(huán)氧樹脂質(zhì)量的100%之前，涂料與混凝土的粘接強(qiáng)度主要取決于混凝土基材自身的強(qiáng)度，都是基材破壞，當(dāng)填料用量達(dá)到環(huán)氧樹脂質(zhì)量的120%時(shí)(樣品5)時(shí)，粘接強(qiáng)度下降，這可能是因?yàn)樘盍嫌昧康脑黾訉?dǎo)致涂料的黏度變得很大，對(duì)混凝土表面的浸潤(rùn)效果變差。涂層在水中浸泡7 d 后略微發(fā)白，從表5 可見，浸水后涂層與混凝土的粘接強(qiáng)度幾乎無變化，說明涂料的耐水性良好。

表5 粘接強(qiáng)度隨著填料用量的變化

2.2 水性固化劑用量對(duì)水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響(見表6)

表6 水性固化劑用量對(duì)水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響

由表6 可見，隨著水性固化劑用量的增加，涂料的初始黏度和固含量減小，表干時(shí)間先縮短后延長(zhǎng)，實(shí)干時(shí)間逐漸縮短。這是由于水性固化劑本身為一種水溶液，增加水性固化劑的用量，一方面，會(huì)加快環(huán)氧樹脂與固化劑的反應(yīng)速度使干燥時(shí)間變短；另一方面，會(huì)降低涂料的固含量，從而使表干時(shí)間變長(zhǎng)。分別將樣品6～樣品10 涂于馬口鐵板上測(cè)試涂層柔韌性，涂膜柔韌性良好，無開裂、起皮、剝落現(xiàn)象。

樣品 6～樣品 10 的 n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)分別為 0.8∶1.0、0.9∶1.0、1.0∶1.0、1.1∶1.0、1.2∶1.0。表 7 為室溫養(yǎng)護(hù) 7 d 和室溫養(yǎng)護(hù)7 d+水中浸泡7 d 的涂層與C30 混凝土基材的粘接強(qiáng)度隨著固化劑用量的變化。樣品6～樣品8 都為混凝土基材破壞，樣品9 為基材和界面的破壞，樣品10 為界面的破壞。在固化劑用量不超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 之前，涂料與混凝土的粘接性能優(yōu)良，粘接強(qiáng)度主要取決于混凝土基材自身的強(qiáng)度，都是基材破壞，當(dāng)填料用量超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 后，粘接強(qiáng)度下降，尤其是水中浸泡后的粘接強(qiáng)度下降明顯，說明固化劑過量的情況下涂料的耐水性會(huì)明顯下降。觀察涂料泡水后的情況發(fā)現(xiàn)，隨著固化劑用量的增加，浸泡后的涂層發(fā)白越來越明顯，耐水性逐漸下降。

表7 防水涂料粘接強(qiáng)度隨固化劑用量的變化

2.3 固含量對(duì)水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響(見表8)

表8 固含量對(duì)水性環(huán)氧樹脂防水涂料性能的影響

由表8 可見，隨著固含量的增加，涂料的初始黏度增加，在固含量低于60%時(shí)，黏度增加緩慢，在固含量超過60%后，黏度快速增加，干燥時(shí)間縮短。分別將樣品11～樣品15 涂于馬口鐵板上測(cè)試涂層柔韌性，涂膜柔韌性良好，無開裂、起皮、剝落現(xiàn)象。

表9 為室溫養(yǎng)護(hù)7 d 和室溫養(yǎng)護(hù)7 d+水中浸泡7 d 的涂層與C30 混凝土基材的粘接強(qiáng)度隨著固含量的變化。樣品11～樣品15 均為混凝土基材破壞，固含量的變化對(duì)粘接強(qiáng)度和涂層耐水性無明顯影響。

表9 粘接強(qiáng)度隨著固含量的變化

2.4 水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能

經(jīng)過配方優(yōu)化后(樣品13 號(hào)配方)的水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能測(cè)試結(jié)果見表10，其性能符合JC/T 2217—2014的要求。

表10 水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能

3 結(jié) 論

(1)隨著填料用量的增加，涂料的初始黏度增加，固含量增加，表干和實(shí)干時(shí)間縮短，在填料用量不超過100%之前，涂料與C30 混凝土的粘接強(qiáng)度主要取決于混凝土基材自身的強(qiáng)度，都是基材破壞，當(dāng)填料用量超過120%后，粘接強(qiáng)度降低。

(2)隨著水性固化劑用量的增加，涂料的初始黏度和固含量減小，表干時(shí)間先縮短后延長(zhǎng)，實(shí)干時(shí)間逐漸縮短，在固化劑用量不超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 之前，粘接強(qiáng)度主要取決于C30 混凝土基材自身的強(qiáng)度，當(dāng)填料用量超過n(活潑氫)∶n(環(huán)氧基)=1.0∶1.0 后，粘接強(qiáng)度降低，耐水性下降。

(3)通過改變稀釋劑水的用量可以有效調(diào)節(jié)涂料的固含量和初始黏度，對(duì)涂料的性能基本無影響。

(4)樣品13 號(hào)配比制備的水性環(huán)氧樹脂防水涂料的性能符合JC/T 2217—2014 的要求。