馬軍旗，尹晨旭，王 軼，李 程，李 芳，柳志丹，陳軍程，張志增

（1.中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100000；2.中原工學(xué)院建筑工程學(xué)院，河南鄭州 450000；3.北京科技大學(xué)，北京 100000）

0 引言

混凝土長期受到自然環(huán)境的侵蝕，對(duì)其使用壽命有較大的影響，延長混凝土的使用壽命成為當(dāng)前需要解決的重要問題之一［1-3］。以往對(duì)混凝土耐久性的研究一般集中在增加添加劑或改變配合比方面，此方法只能應(yīng)用在擬建的混凝土工程中［4］。而通過對(duì)混凝土表面涂覆保護(hù)劑，也可以提高混凝土的耐久性和裝飾效果，此方法不僅可以應(yīng)用在擬建的混凝土工程中，而且還可以應(yīng)用在既有的混凝土工程中，應(yīng)用范圍更加廣泛［5-6］。

復(fù)合漿料中的納米SiO2利用其納米粒徑對(duì)保護(hù)劑流變性的影響，可以使硅丙混凝土保護(hù)劑的施工性能得到很大改善［7］，同時(shí)納米SiO2利用納米粒子對(duì)紫外線的吸收性，可以提高硅丙保護(hù)劑的耐久性；納米CaCO3利用納米粒徑與樹脂之間強(qiáng)大的結(jié)合力，可以使保護(hù)劑顏填料與硅丙樹脂更好地相容，納米粒子還能更好地填充顏填料粒子間的空隙，使保護(hù)劑涂層更加致密，強(qiáng)度更高。由此，近年來人們通過添加納米漿料研制出性能更好的涂料，例如王軼等［8］通過降低氟碳乳液含量和添加納米漿料研制出一款水性氟碳保護(hù)劑，不僅降低了氟碳保護(hù)劑的成本，還增強(qiáng)了保護(hù)劑的耐沾污性；Macan等［9］將納米SiO2進(jìn)行表面改性，摻入環(huán)氧樹脂中制備出一種納米復(fù)合環(huán)氧涂料，使涂料的機(jī)械性能、穩(wěn)定性都有很大提升；吳剛等［10］將硅烷改性納米SiO2分散到丙烯酸改性水性環(huán)氧乳液中，制備出的納米復(fù)合涂料具有較好的耐水性以及優(yōu)異的防腐性能。在以上研究基礎(chǔ)上，本研究研制出一款納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑，并對(duì)納米復(fù)合漿料的添加量對(duì)保護(hù)劑性能的影響進(jìn)行了研究。

1 試驗(yàn)部分

1.1 納米材料的選擇

本研究選用的是洛陽大豫實(shí)業(yè)有限公司自主研制的一款納米SiO2改性復(fù)合漿料，該納米復(fù)合漿料具有易分散、貯存穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，適合保護(hù)劑的制備，產(chǎn)品的性能指標(biāo)如表1所示。

表1 納米SiO2復(fù)合漿料的性能指標(biāo)Table 1 Performance index of the nano-SiO2 composite slurry

1.2 納米復(fù)合漿料摻入量的確定

納米材料的摻入量與保護(hù)劑的性能存在一種二次拋物線的關(guān)系，其添加量低于最優(yōu)摻入量時(shí)，納米粒子可充分填充樹脂、顏填料的空隙中，保護(hù)劑的性能與納米材料的添加量存在正相關(guān)關(guān)系；當(dāng)納米材料添加量超過最優(yōu)摻入量時(shí)，納米粒子開始與保護(hù)劑中的顏填料以及自身形成團(tuán)聚，摻入量越高團(tuán)聚現(xiàn)象越明顯，從而破壞了保護(hù)劑的施工性、貯存穩(wěn)定性等，使得保護(hù)劑性能下降。經(jīng)過前期的試驗(yàn)，復(fù)合漿料選用保護(hù)劑的占比0、2 %、4 %、6 %、8 %、10 %、12 %（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）7個(gè)梯度進(jìn)行納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑性能的研究。

1.3 保護(hù)劑性能測試方法

附著力按照GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》進(jìn)行測試；耐水性按照GB/T 1733—1993《漆膜耐水性測定法》進(jìn)行測試；耐堿性按照GB/T 9265—2009《建筑涂料涂層耐堿性的測定》進(jìn)行測試；耐洗刷性按照GB/T 9266—2009《建筑涂料涂層耐洗刷性的測定》進(jìn)行測試；耐沾污性按照GB/T 9780—2013《建筑涂料涂層耐沾污性試驗(yàn)方法》進(jìn)行測試；耐紫外老化按照ISO 11507—2007《色漆和清漆 涂層暴露于人工風(fēng)化環(huán)境·暴露于熒光紫外線燈和水環(huán)境》進(jìn)行測試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑附著力的影響

納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑附著力的影響如表2所示。

表2 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑附著力的影響Table 2 Effect of the nano-composite slurry addition on adhesion of the protective agent

由表2數(shù)據(jù)可知，當(dāng)納米復(fù)合漿料摻入量在0~6 %時(shí)，納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的附著力均未發(fā)生變化，穩(wěn)定在1級(jí)；當(dāng)納米復(fù)合漿料的摻入量為8 %~10 %時(shí)，納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的附著力降低，變?yōu)?級(jí)；當(dāng)其摻入量為12 %時(shí)，保護(hù)劑的附著力降為3級(jí)。當(dāng)納米復(fù)合漿料的摻入量較低時(shí)，納米粒子與硅丙樹脂結(jié)合性較好，使得硅丙乳液與顏填料之間的相容性增強(qiáng)，保護(hù)劑涂層變得更加致密，保護(hù)劑的附著力也更加穩(wěn)定。但隨著其摻入量的增多，納米粒子逐漸開始團(tuán)聚，硅丙樹脂與納米粒子的結(jié)合性變差，進(jìn)而影響了保護(hù)劑的附著力。

2.2 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐水性的影響

納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑的耐水性影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1所示。

圖1 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐水性的影響Figure 1 Effect of the nano-composite slurry addition on water resistance of the protective agent

由圖1可知，納米復(fù)合漿料摻入量在0~6 %時(shí)，保護(hù)劑的耐水時(shí)間隨著其摻入量的增加而提升；當(dāng)納米復(fù)合漿料的摻入量為6 %時(shí)，保護(hù)劑的耐水時(shí)間最高，達(dá)到2 684 h，是普通硅丙混凝土保護(hù)劑的15倍之多；當(dāng)其摻入量超過6 %時(shí)，保護(hù)劑的耐水時(shí)間隨其摻入量的增加而下降。其原因是納米復(fù)合漿料的加入填充了保護(hù)劑漆膜的細(xì)小孔隙，使得保護(hù)劑漆膜的孔隙率降低，漆膜更加致密，阻擋了水分子的浸入，從而使得保護(hù)劑的耐水性大幅提升。但是當(dāng)保護(hù)劑中摻入過多的納米復(fù)合漿料時(shí)，納米粒子發(fā)生了團(tuán)聚，粒徑增大，不能較好地填充于保護(hù)劑漆膜的細(xì)小孔隙中，從而降低了保護(hù)劑的耐水時(shí)長。

2.3 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐堿性的影響

納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑的耐堿性影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐堿性的影響Figure 2 Effect of the nano-composite slurry addition on alkaline resistance of the protective agent

由圖2可知，當(dāng)納米復(fù)合漿料摻入量在0~8 %時(shí)，保護(hù)劑的耐堿性能隨著納米復(fù)合漿料摻入量的增加而提升；當(dāng)納米漿料摻入量在8 %時(shí)，保護(hù)劑的耐堿性達(dá)到峰值，是正常硅丙保護(hù)劑的8倍之多；當(dāng)其摻入量大于8 %后，保護(hù)劑的耐堿性能出現(xiàn)小幅下降。納米粒子的摻入可以很好地與硅丙樹脂相結(jié)合，使樹脂與顏填料更好地結(jié)合在一起，提高了保護(hù)劑漆膜的強(qiáng)度，使得保護(hù)劑的耐堿性得到提升。

2.4 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐沾污性的影響

納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑的耐沾污性影響試驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐沾污性的影響Figure 3 Influence of the nano-composite slurry addition on stain resistance of the protective agent

由圖3可知，保護(hù)劑的反射系數(shù)下降率隨著納米復(fù)合漿料摻入量的增加先下降后上升，當(dāng)其摻入量在6 %時(shí)，保護(hù)劑的反射系數(shù)下降率為4 %，達(dá)到最優(yōu)值，與普通的硅丙保護(hù)劑相比，性能提升了69 %；隨著納米漿料持續(xù)的增加，過多的納米粒子發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象，在保護(hù)劑中充當(dāng)了填料的作用，反而致使保護(hù)劑的耐沾污性能下降。

2.5 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐紫外老化性的影響

納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑的耐紫外老化性影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 納米復(fù)合漿料摻入量對(duì)保護(hù)劑耐紫外老化性的影響＊Table 3 Effect of the nano-composite slurry addition on UV aging resistance of the protective agent

由表3數(shù)據(jù)可知，納米復(fù)合漿料的加入顯著提升了硅丙保護(hù)劑的耐久性，其摻入量在4 %~8 %時(shí)，納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的耐紫外老化性等級(jí)達(dá)到JG/T 512—2017《建筑外墻涂料通用技術(shù)要求》Ⅲ級(jí)以上，其中納米復(fù)合漿料摻入量為6 %的保護(hù)劑耐久性最為優(yōu)異，耐紫外老化無粉化時(shí)長可達(dá)2 500 h，達(dá)到規(guī)范Ⅳ級(jí)要求，與硅丙保護(hù)劑相比，耐紫外時(shí)長提升了66.7 %。納米粒子（特別是納米SiO2）可以很好地反射屏蔽紫外線，使得紫外線對(duì)漆膜的降解速率放緩，使漆膜的耐久性得到了提升。當(dāng)納米復(fù)合漿料的摻入量較高時(shí)，納米改性硅丙保護(hù)劑的粉化程度與硅丙保護(hù)劑相當(dāng)甚至更加嚴(yán)重，這是由于納米粒子團(tuán)聚粒徑增大，保護(hù)劑分散不均勻，漆膜表層附著較多的大粒徑粒子，導(dǎo)致漆膜的光澤度下降，漆膜對(duì)紫外線的反射降低，加速了紫外線對(duì)漆膜的降解。

2.6 綜合分析

納米復(fù)合漿料的加入可以使硅丙混凝土保護(hù)劑的綜合性能得到顯著提升，隨著納米復(fù)合漿料的加入，納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的大部分性能都呈現(xiàn)出先大幅提升后再小幅降低的趨勢(shì)。當(dāng)納米復(fù)合漿料的摻入量在6 %~8 %時(shí)，納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的性能達(dá)到峰值。當(dāng)納米復(fù)合漿料加入量過多，反而會(huì)加速保護(hù)劑的老化，降低保護(hù)劑的耐久性。

3 結(jié)語

（1） 納米SiO2復(fù)合漿料的摻入使保護(hù)劑的耐堿性、耐沾污性等性能呈現(xiàn)出先大幅提升后再小幅降低的趨勢(shì)，但總體遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)改性的硅丙混凝土保護(hù)劑。

（2） 當(dāng)納米SiO2復(fù)合漿料的摻入量為6 %時(shí)，納米改性硅丙混凝土保護(hù)劑的耐洗刷性可達(dá)64 394次，耐紫外老化時(shí)長達(dá)2 500 h。

（3） 當(dāng)納米SiO2復(fù)合漿料的摻入量為6 %~8 %時(shí)，保護(hù)劑的綜合性能最好，遠(yuǎn)優(yōu)于未經(jīng)改性的硅丙混凝土保護(hù)劑。當(dāng)納米SiO2復(fù)合漿料的摻入量過高，反而會(huì)降低保護(hù)劑的耐久性。