關鍵詞：聚脲涂層；環氧涂層；抗凍性；涂層混凝土；耐久性
0引言
我國正處于經濟高速發展時期，大量的海上構筑物，如跨海大橋、海洋鉆井平臺已經或即將興建，這些構筑物處于惡劣的海洋環境下，保證其長期安全的使用成為工程界關注的重點。據鐵道部2000年橋隧抽檢匯總資料統計，全國混凝土梁有較嚴重裂損等缺陷的共計6529座，占混凝土梁總數的5.7%。青藏高原常年處于低溫環境下，隨季節變化不斷融化、凍結，青藏鐵路路基已經出現凍融破壞，有些單位采用環氧、聚氨酯涂層來修復，效果也不好，因為它們無法忍受-45~25℃的劇烈溫差，導致涂層開裂，失去防護效果。混凝土保護涂層作為一種有效提高混凝土耐久性的措施日益受到人們的關注。環氧（Epoxy，簡稱EP）涂料體系是目前最常用也是應用較廣的一類材料，它由環氧封閉底漆、厚漿型環氧云鐵中間漆/環氧瀝青中間漆、氯化橡膠面漆/丙烯酸聚氨酯面漆組成。噴涂聚脲彈性體（SprayPolyureaElastomer，簡稱SPUA）是近年來興起的一種新型環保多功能防護材料［1］。SUPA材料具有以下優異的性能：（1）快速固化，可在任意曲面、斜面、垂直面及頂面連續噴涂成形，不產生流掛現象，5s凝膠，1min后便可達到步行強度；（2）一次成形的厚度不受限制，克服了多層施工的弊端；（3）原形再現性好，無接縫，美觀實用；（4）防腐性能優異。SPUA材料致密、連續、無接縫，有效地阻止了外界腐蝕介質的侵入。由于其優異的柔韌性和高強度，完全能夠抵御晝夜、四季環境溫差對被保護物體造成的熱脹冷縮，不會產生開裂和脫落現象；施工效率高，采用成套噴涂、澆注設備，輸出量大，施工方便，可連續操作，單機日噴涂量達1500m2以上。目前結合京滬高速鐵路聚脲防護工程，開展了前期機械化施工技術，施工速度提高5~10倍［2］。
1試驗方法
1.1原料及試樣制備
實驗用混凝土試樣的配比如表1所示，其尺寸為100mm×100mm×400mm。混凝土保護涂層采用聚脲體系和環氧體系，其中聚脲體系包括快速修補膩子、聚氨酯底漆和聚脲涂層。聚脲體系（Qtech-550）由青島理工大學功能材料研究所制備；環氧體系（EP）采用環氧封閉底漆、厚漿型環氧云鐵中間層和丙烯酸聚氨酯面漆。
表1混凝土試樣的配比 kg/m3
由于混凝土試樣表面需覆蓋涂層，為了確保涂料與試樣之間的附著力，用紗布蘸丙酮對試樣表面進行清洗，洗去油漬和污物。然后采用快速修補膩子填補混凝土表面的孔洞及缺陷，直至試樣表面無孔且平整。涂刷EP的試樣干燥后，用底漆進行表面處理，再涂刷2道中間漆和2道面漆，共計膜厚400μm，2次涂刷時間間隔至少2h；噴涂SPUA涂層的試樣直接噴涂到設計厚度1.5mm。上述工序完成后，在溫度為（22±2）℃和相對濕度為（50±5）%的空氣中放置，使其干燥7d后備用。
1.2凍融循環實驗
混凝土的凍融循環試驗按照GBJ82—85《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》中抗凍性能試驗的“快凍法”進行。溶液濃度對混凝土的除冰鹽剝落性能影響較大，其濃度過高或過低，混凝土剝落都會減小，即存在一個臨界質量分數。文獻［3］報道質量分數為3.5%的NaCl溶液對混凝土腐蝕最為嚴重。本試驗采用質量分數為3.5％的NaCl溶液。
2實驗結果及分析
表2為混凝土保護涂層隨凍融循環次數增加的表面情況。從表2中可以看出：EP涂層經50次凍融循環就開始出現微裂紋，250次凍融循環時EP涂層已經大面積脫落，而Qtech-550涂層經300次凍融循環，表面仍完好無損。
表2混凝土保護涂層凍融過程中的表面情況
圖1~2為Qtech-550涂層混凝土、EP涂層混凝土和無涂層混凝土試樣凍融循環后的質量和相對動彈模量的變化情況。
圖1混凝土的質量隨凍融循環次數的變化規律
圖2混凝土的相對動彈模量隨凍融循環次數的變化規律
從圖1中可以看出：經過150次凍融循環后，無涂層混凝土質量明顯下降，質量損失率超過95%達到破壞，說明混凝土在NaCl溶液中遭受凍融循環后質量損失非常嚴重。EP涂層混凝土在100次凍融循環后，混凝土質量開始增加，可能是NaCl溶液通過表面涂層的裂縫滲透到混凝土內部；經150次凍融循環后，混凝土質量開始下降，可能是凍融破壞使混凝土表面脫落，混凝土脫落的質量大于溶液滲透到混凝土內部的質量，從而導致EP涂層混凝土質量下降。Qtech-550涂層混凝土經300次凍融循環后，其質量沒有明顯的變化。從圖2中可以看出：無涂層混凝土相對動彈模量下降很快，150次凍融循環后下降到60%以下。EP涂層混凝土經100次凍融循環后，相對動彈模量開始下降，到150次凍融循環時，相對動彈模量下降16%，可能是由于NaCl溶液通過涂層的裂縫滲透到混凝土內部，經凍融循環后體積膨脹，而EP涂層較脆，導致涂層開裂，從而使更多的NaCl溶液滲透到混凝土內部，加速了混凝土的破壞，這也是EP涂層混凝土質量增加的原因。到250次凍融循環后，混凝土表面的涂層完全脫落，喪失了保護能力，以致于EP涂層混凝土的相對動彈模量急劇下降，下降到60%以下達到破壞。而Qtech-550涂層混凝土經過300次凍融循環后，其相對動彈模量僅降低8%，可能是在涂層噴涂時留下缺陷，在凍融循環過程中NaCl溶液透過缺陷滲透到混凝土內部，導致Qtech-550涂層混凝土相對動彈模量有所下降。顯然Qtech-550涂層能顯著改善混凝土的抗凍融性能，這是其它常規防護涂層所不具備的耐久性。
3結語
研究結果表明：環氧EP涂層混凝土在50次凍融循環開始出現裂縫，250次凍融循環后涂層完全剝落，相對動彈模量下降到60%以下，失去防護效果。聚脲Qtech-550涂層混凝土表現出很高的抗凍融性，經300次凍融循環后表面完好無損，相對動彈模量略有下降。
