清水混凝土涂料的研制N

1、清水混凝土涂料的研制N作者:日期：清水混凝土涂料的研制和應用沙圣剛 瓦克上海技術中心摘要：介紹了清水混凝土涂料的研制和應用過程。硅樹脂清水混凝土涂料集耐久性、憎水性和透氣性于一身，同時保持了混凝土本身的外觀。討論了樹脂的種類、比例及填料對性 能的影響。關鍵詞：清水混凝土涂料；硅樹脂；耐久性；憎水性；透氣性Preparati on and A p plicat i on of Cle a r C onc r e t e P a intAbstract: T he preparation a nd ap plica t i on of clear c onc r e t e pa int is d

2、iscribe d . Sil i c on c resi n c 1 e ar con c rete p a int o f fe r s o ut s tandin g du r ab i lit y , wate r r ep c ll e n y and brea t h ability a nd main tain s th e n atu r al fini s h c ol o r of concrete . The infl u ence of res in, rat i o of s i 1 icone re s i n/ a c r y l i c emuls i o n

3、an d f illers o n the performanc e i s di scuss ed.Key Words: clear c o nc r ete p a in t ; s il i con e r e si n ; durabi 1 ity; water r epell ency; breathability0前言清水混凝土建筑在生活中到處可見 ，最常見的就是市政道路設施 ，如橋梁、路基、道路隔 離墩等。給人印象最深的也是這種形式的建筑在下雨時和剛剛下雨后，表面濕淋淋的感覺，有些甚至是很污濁的效果。這是因為混凝土屬于多孔物質，表面吸水率很大，很容易吸收水份，吸水后就會顏色變深，

4、長時間后會表面發(fā)黑、長霉、開裂。清水混凝土作為一種建筑風格在國外已流行好多年，它保持混凝土原有的顏色和紋理，給人以古樸凝重、自然清純的質感。目前國內(nèi)一些著名工程也采用了清水混凝土風格，如： 東方明珠電視塔、聯(lián)想大廈、浦發(fā)銀行全國結算中心、海南國際機場、首都機場塔臺等。這 些建筑并非混凝土直接裸露在空氣中，而是外表穿上了一層透明的外衣一一清水混凝土涂料。清水混凝土涂料實際上是一種透明或半透明涂料 ，不含如鈦白粉之類的有色顏料 ，涂于混 凝土表面后，不會遮蓋混凝土原來的外觀 ，保持了混凝土原有的顏色和質感 ，同時具有很好的 保護作用，可以防止混凝土變色、長霉、粉化和開裂，其保護壽命長達20年。目前

5、國內(nèi)工程選 用的主要是日本企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品 ，如旭硝子、SKK、菊水等，國產(chǎn)此類產(chǎn)品的企業(yè)很少。清水混凝土涂料因不含耐紫外線好的鈦白顏料，對基料的要求很高，一般選用有機氟或有機硅等耐久性好的樹脂。日本早期采用丙烯酸聚氨酯作基料，幾年后混凝土表面就變黃。本文中采用純硅樹脂作粘結劑，配制成了具有高耐久性、高透氣性和高憎水性的清水混 凝土涂料。1實驗部分完整的清水混凝土體系應包括面漆、底漆和修補砂漿，因修補砂漿不屬于涂料范疇，這里僅討論面漆和底漆。1.1 透明面漆的研制1.1.1 基料的選擇根據(jù)國外產(chǎn)品的介紹，一般選擇耐久性好的氟碳乳液或有機硅乳液。本文比較了一種氟 碳乳液和硅樹脂乳液，硅樹脂乳液表現(xiàn)

6、出更好的抗黃變性，同時硅樹脂又具有很好的透氣性最后選擇了硅樹脂乳液。氟碳乳液與硅樹脂乳液涂在玻璃板上，根據(jù)GB/T 167 7 7-1997進行耐紫外線試驗。硅樹脂在強烈紫外線照射后，幾乎不變色。見圖1硅樹脂氟碳乳液S i 1 i cone res i nflu orin emu 1 s i on（圖 1） F ig. 1這是因為硅樹脂是高分子、三維交聯(lián)的化合物，其結構類似于石英。它們都是以硅/氧為骨架，但與石英不同的是，在硅樹脂中，每四個氧原子就有一個被有機基團R取代。因此它可以描述為是一種有機改性的石英結構。另外，所有的硅樹脂均由三官能硅單元組成，使硅樹脂在化學性能上成為介于純粹無機物和純

7、粹有機物之間的中間體系（圖2） 1。-O - Si - O - Si - O - Si - O -Si - iiiiO O O-O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - 1IIIOOOOSi - O - Si - O - Si - O - ISIO O石英EtO -Si - O-Si-R R-Si -O- Si - RR OEt R R -O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - till O OO OIIIOOOEtRR硅樹脂（圖2 ）Q u art z and si lic o n e res i n （Fig.

8、 2）硅樹脂由30至80個硅的T單元組成，分子量從 20 0 0 至50 0 0，這與其他聚合物 樹脂相比低得多。硅樹脂中還含有約2%至4%的乙氧基。這些乙氧基能相互起化學反應，或與顏、填料上的羥基，或與底材上的羥基起化學反應，生成硅氧鍵。眾所周知，硅氧鍵能比碳 碳鍵能高很多，紫外線的能量不足以使硅氧鍵斷裂。所以硅樹脂具有很好的附著力和耐久性。硅樹脂表現(xiàn)出比其他樹脂更好的顏料潤濕性，硅樹脂包裹在顏填料的表面，提高了填料的耐久性。氟碳乳液或硅丙乳是線性高分子，其主鏈是碳碳鍵，側鏈上帶有氟或硅，其氟或硅的含 量的多少影響耐老化性，氟碳乳液或硅丙乳液高分子是疏水性的，而無機填料是親水性的，所以兩者之

9、間的親合力較差。完全固化的硅樹脂是三維交聯(lián)的剛性的網(wǎng)絡結構，不熔不溶，其在長期處于200 c的高溫條件下，也不會有任何變化，可耐堿，耐酸雨和太陽光中的紫外線、 紅外線。由于其硬度很高， 性能較脆，需要與線性丙烯酸乳液合用 ，以增加其柔韌性。從耐候性角度考慮，一般選用純丙 乳液。不同的純丙乳液對耐黃變影響不同，需要通過實驗選擇。配制成不同的透明涂料，在玻璃板上制成相同厚度的涂膜 ，完全干燥后，根據(jù)GB/T 16777 19 9 7進行耐紫外線老化試 驗。在照射相同時間后，測量老化前后的色差A E,AE值越大，表明其耐老化性越差。表 1顯示純丙B具有更好的抗黃變性。表1不同透明涂料 UV老化前與老

10、化后的色差配方1#（純丙A）配方2# （純丙B ）A E ( 8h UV)4.092Tab. 1 A E before UV ageing and after UV ageing base d on different dispersionfo rmul a 1# (pure ary 1 i c emul s i on A)fo r m u la2#(pu r earyl i c emu 1 si o n B)A E ( 8h UV)4.0 921. 1.2硅樹脂與純丙乳液的比例硅樹脂和純丙乳液B按照不同的比例配制成涂料，其比例如表2。 表2顯示在相同PVC下，硅樹脂用量越大，耐黃變，f越好，

11、但到達一定比例后，抗黃變性能增加有限，但成本增加較多，所以從經(jīng)濟角度考慮 ，選擇硅樹脂與純丙比例為1:1時較好。（表2）不同樹脂比例透明涂料UV老化前與老化后的色差配方2 #配方3#配方4#硅機切旨/純丙1:21:12:1A E( 8 h UV)21 . 331.32T ab.2 A E b e for e UV ag e ing and a fter UV agei n g based o n di f fe r ent conte n t of si 1 icone resinform u 1 a 2#fo r m u la3#formul a 4 #s i lic o n e / dis

12、p e r s i on1 :21:12: 1A E( 8 h UV)21.3 31 . 321.1 . 3 填料的選擇因為是配制透明涂料，所以填料應選用遮蓋力較低的填料，填料的粒徑不宜過細，同時應選用耐候性較好的填料。1.1.4參考配方及性能測試表3硅樹脂透明面漆參考配方原材料質里1水3 3 .32H EC纖維素0.43SIL RES BS16 (1 : 3)0. 14多聚磷酸鹽NC0.15分散劑0.46消泡劑0. 27小128滑石粉89重鈣510S I L RES BS13 0 6 憎水劑111SILRES BS4 3N硅樹脂乳液2012純丙乳液B181 3成膜助劑0.514消泡劑0.21

13、 5防腐劑0 .21 6增稠劑0. 41 7S ILRES BS1 6 (1:3)0.2合計100Tab.3 Typical fo r m ul a of silicone resin t r a ns 1 ucent top coat ingraw m aterialwei g h t%1water33.32thi c k e ner0 .43S ILR E S BS1 6 ( 1 :3)0.14poly p hosp h ate N C0 .15d is p ersant0 .46de f o am e r0 .27mica128tai c89carbonate510SILRE S BS

14、1 30 6 water repellent agen t11 1SILRES BS43N s i l i co n e resin201 2pure acr ylic emuls i on B1 81 3fi 1 m f o rming ag e nt0. 514de f oam e r0.21 5p reserv at ive0.216t h icke n er0.41 7SIL RE S BS16 (1: 3 )0.2tatal100表4硅樹脂透明涂料檢測結果項目檢測結果吸水率（w24 值）0.01kg/n2h0.5水蒸汽透過率（sd-值）：0.37 m附著力（灰砂磚）3. 4 N/mm

15、耐擦洗性（次）> 1 00001.000 小時QU V :人工老化不粉化，不,黃變，不褪色疏水性很好耐水性96 H無異常涂層耐溫變性（5次循環(huán)）無異常T a b4 t e sting resulti t em ste s ti n g resultwater u p t ake (w 2 4-value)0.01 kg /m2h 0.5wate r v apour pe r me a bili t y (sd-value):0 . 37 ma dhe s io n (3. 4 N/mmscrub re s is tan ce(tim e )>1 0 00 0a r t i f i

16、cial a geingl.0 0 0h, QUVno chalking , n o y e llow i n gwat e r r e pellencygoo dwater resistance96H passF i lm t e mper a ture cha n g e r esistance,5 cycl e sOK1.2 透明底漆清水混凝土的壽命希望達到20年以上，在此期間不需要維護保養(yǎng)，所以對底漆也提出了很高的要求。要求底漆具有防水性、透氣性、耐久性、加固底材，能增強與面漆的附著力，同時希望該產(chǎn)品是環(huán)保的、使用方便的和高效的。 這里選用了一種水性的膏體狀的小分子硅烷，完全符合了上述

17、要求2。這種水性膏體底漆的主要成份是烷基三乙氧基硅烷。它被噴涂到混凝土表面后，會滲透到混凝土的內(nèi)部，并與濕氣反應，脫去乙醇，形成三維交聯(lián)的有機硅樹脂網(wǎng)絡，化學錨固在混凝土上 形成一層防水層。防水層的厚度與涂布量底材的密實度有關，防水層的厚度從2毫米到6毫米不等。因為其形態(tài)是膏體，所以其厚涂不流掛，固化后完全吸附到混凝土內(nèi)部，不改變混凝土的外觀，不影響混凝土的透氣性，因為它不堵塞毛細孔，同時其與硅樹脂面漆發(fā) 生交聯(lián)反應，使之有機地成為一體。表5底漆涂布量與滲透深度試樣類另硅烷用量滲透7泵度mm 染色法每次用量g/m2涂覆次數(shù)共計用量g/ m2膏體硅烷100共兩次2002.6膏體硅烷150共兩次3

18、 0 03 .5膏體硅烷20 0共兩次4 0 04. 5Tab. 5 prim 6 r co verage rate and Penet r atio n de p t hPenetra t io n d e pt h , mmcoverage rat eg/mi2p ai n t i n g ,t i m eg /m2cr e am sil a ne100220 02.6cream si 1 ane1 5023 003.5cre a m sil a n e200240 04.5表5顯示，膏體硅烷的用量越大，滲透的深度越深，防護時間越久。表6底漆涂布量與氯離子吸收量試樣類別硅烷用量氯離子吸收量

19、降低效果每次用量涂覆次數(shù)氯離子平均值降低效果g /m 2g/ m2%空白/0. 1806/膏體硅烷10 0共兩次2 000.017490膏體硅烷1 50共兩次3000. 014892膏體硅烷200共兩次4000.01339 3Tab. 6 coverage r ate and abso rption of c h lo r i n e ionc h lor i n e ion d ecrease r atec ov e rage rat epainting timedos agech l o r i ne ion contentdec r ease rate,9g/mg /m2%no n e/

20、0 .1 8 06/cream sila n e100two2000 .017490cream s i 1 ane150tw 03000.0 1 4892cream s i 1 an e200two40 00. 0 1 3 393將底漆固化好的混凝土試塊浸入5mol/L的氯化鈉溶液中4 8小時,取出，吸干水份，將混凝土研磨粉碎后，測定其中的氯離子含量。用硅烷處理后的混凝土氯離子吸收量比未處理 的混凝土氯離子吸收量降低了 9 0%,所以用此底漆處理后的混凝土可有效地防止泛堿的發(fā)生。防止了有害鹽份對鋼筋的腐蝕。表7底漆涂布量與吸水率試樣類別硅烷用量吸水率/降低比例每次用量涂覆次數(shù)吸水率降低比例g/

21、m2g/m 2mm/min 0.5%（對比空白）空白/0.08500膏體硅烷100共兩次2 0 00 . 0 04595膏體硅烷150共兩次30 00.003096膏體硅烷2 00共兩次4000 . 0 0 3196T a b .7 cov e r a g e rat e an d wat e r a b s o rptiondosagewater a b so r ption/ d ecre a s e ratec o ve r age ra t epai n tin g tim ed o s a gewat e r a b s o rp t io ndecrease r at eg/m2g

22、/m 2mm/m i n0. 5%(n one)none/0 . 0 85 00c r eam s i ane100two2000.0 0 4595cream sla n e150two3000 . 0 0 3096cream s i lane2 0 0t wo4 000.00319 6從表7的數(shù)據(jù)可以看出：使用膏體硅烷涂布后混凝土具有很低的吸水率，其吸水率比未 使用膏體硅烷處理的混凝土（空白）的吸水率降低9 5 %以上。表7顯示膏體硅烷涂布量在20 0至400g/m2時，各試樣吸水率值都達到國標JTJ 27 5 -200。海港工程混凝土規(guī)定的不大于0. 0 1mm/n in”的要求。3 結果

23、與討論3.1 防水性因為混凝土屬于多孔性的無機材料，在未經(jīng)保護處理前，這些材料很容易吸收水份，吸水 之后就會導致混凝土的碳化，鋼筋銹蝕，體積膨脹而開裂，以及泛堿風化等，最終混凝土破壞失 去使用功能。所以防水性是清水混凝土涂料極重要的指標。歐洲標準EN10 6 2 -1:2002色漆和清漆 抹灰層和混凝土基面上的外用涂料和涂料系 統(tǒng)分類-1，根據(jù)涂料的吸水率分為四類，其中低吸水性涂料要求吸水率WW0.1 kg/m2h0.1 3 。硅樹脂透明涂料的吸水率是0 .01 kg/ m/°.5,達到E N1062- 1中最低吸水率要求。3 . 2透氣性透氣性也是混凝土用涂料的一個重要的指標。在I

24、SO 77 8 3 2: 1 99 9色漆和清漆 抹灰層和混凝土基面上的外用涂料和涂料系統(tǒng)分類一2透氣的測定和分類中有明確的規(guī)定。它是用相對靜止空氣層厚度Sd值來表征涂料的透氣性，Sd值越小，表示涂料的透氣性越好。Sd值小于0. 1 4米,屬于高透氣性涂料；S d值在0. 1 4至1.4之間，屬于中等透 氣性涂料;Sd值大于1.4屬于低透氣性涂料4。如果外墻涂料的透氣性不好，混凝土內(nèi)水汽散發(fā)不出，容易導致涂料的鼓泡、開裂和脫 落而失去保護功能。國外研究顯示混凝土內(nèi)水汽散發(fā)不出,S d值過大，會導致鋼筋的銹蝕加劇，鋼筋銹蝕導致導致體積增大，結果混凝土就會開裂5。硅樹脂清水混凝土涂料的實測值Sd是

25、0. 37米，屬于中高透氣性涂料。但在日本的清水混凝土涂料的說明書中沒有透氣性這項指標，而且其一般都是有光涂料其透氣性相對要差。4施工與應用該涂料不僅適用于新的混凝土建筑，如房屋、橋梁，而且適用于粘土磚和石材類建筑, 以及古建筑的維修。目前在歐洲的一些古建筑的維修主要采用該涂料。對于新的混凝土建筑，其施工工序主要包括：底材清理清洗修補平整，涂底漆，涂面漆。對于舊建筑的涂裝，則根據(jù)具體情況進行分析，確定施工方案。包括：鏟除粉化層，防霉殺菌處理，清凈，防潮處理，修補平整，再涂底漆，涂面漆。對于重要的文物古跡，要盡量保持原有風貌，對于粉化疏松層可進行加固處理，不是簡單的鏟除清理。然后再進行涂裝，使用硅樹脂透明涂料可做到修舊如舊，歷史的痕跡得到了保留，延長了文物古跡的壽命。5結論硅樹脂透明涂料經(jīng)檢測證明具有突出的耐久性，優(yōu)異的防水性和透氣性。不僅適用于新的混凝土建筑，保持混凝土的本色，而且適用于粘土磚和石材類建筑，還可用于古建筑的維 修，做到修舊如舊。參考文獻1瓦克化學公司產(chǎn)品說明純硅樹脂外墻涂料和裝飾砂漿2瓦克化學公司產(chǎn)品說明SILRES? BS膏料一一混凝土的創(chuàng)新保護3 EN 1 0