两款混凝土表面防护涂料性能对比试验及应用

宋立元

(辽宁省水利水电科学研究院，辽宁 沈阳 110003)

HK-966和HK-988均为国内某一公司生产的新、旧两款表面防护涂料。其中，HK-966是一种由环氧改性的双组分弹性密封材料，它研发和投产时间较早，已在国内多个水工混凝土修补防护中得到应用[1-3]；而HK-988是最新研发的新产品，属于慢固化脂肪族聚脲类涂料，工程投入使用较晚[4-5]。上述两款材料外观、不透水性等基本性能非常相近，只有密度和失黏时间略微存在差别，详见表1，2。

表1 HK-966弹性涂料的基本性能指标

表2 HK-988弹性涂料的基本性能指标

究竟新款材料的实用性如何？新款材料是否比旧款性能更优？围绕两款涂料的拉伸、耐湿热老化、混凝土防护试件抗冻性能等对比试验，并结合实际工程应用情况，进行合理性分析，供工程设计参考。

1 拉伸性能对比试验

1.1 试验依据

试验按照GB/T 16777—2008《建筑防水涂料试验方法》[6]的拉伸性能测定方法进行试验。

1.2 试件制备

试验模具为自制的塑钢矩形框模，以玻璃作底板，将厚3mm的矩形塑钢框架粘结于玻璃上。试验前，将玻璃底板擦拭干净，并涂抹一层薄薄的蜡油，然后将涂料均匀地涂抹于框架内，分3次涂抹，每次时间间隔6h以上。

在室温下养护14d后，将固化的涂膜从框模中拆下，然后用专门的裁刀和裁片机冲切成2型哑铃状试样，试样在室温下再养护7d。哑铃状试样及裁刀样式尺寸如图1所示，详见表3。

表3 哑铃状试样用裁刀尺寸 单位：mm

1.3 试验过程

(1)将养护21d的试样3块一组进行编号。

(2)用测厚计在试验长度的中部和两端测量厚度，取3个测量值的中位数计算横截面面积，3个厚度值都不应大于厚度中位数的2%，测量值精确到0.05mm。

图1 哑铃状试样用的裁刀及试样

(3)试验时，要将试样对称地夹在拉力试验机的夹具上，并配置伸长率测定装置，如图2所示。在试验过程中，拉力机夹具的移动速度设定为300mm/min。

(4)记录试验结果，并计算。

图2 HK-966、HK-988试样拉伸性能试验

1.4 试验结果及分析

HK-966和HK-988均按照上述试验内容进行测试，各取3组试样试验。拉伸强度按照GB/T 16777—2008第9.3.1节的公式计算；扯断伸长率则按照GB/T 16777—2008第9.3.2节的公式计算，即

TL=P/(B×D)

(1)

式中，TL—拉伸强度，MPa；P—最大拉力，N；B—试件中间部分宽度，mm；D—试件厚度，mm。

E=(L1-L0)/L0

(2)

式中，E—断裂伸长率，%；L0—试件起始标线间距，25mm；L1—试件断裂时标线间距，mm。

HK-966和HK-988拉伸强度和扯断伸长率试验结果见表4。

表4 HK-966和HK-988弹性涂料的拉伸试验结果

从试验结果看，HK-988的拉伸强度平均值约为HK-966的1.88倍，而其扯断伸长率增幅相对较小(约为1.69倍)。通过观察两种材料的切口断面，HK-988试样比HK-966试样致密，但HK-988较硬，韧性小。

试验过程中发现，两种试样断的裂口都首先出现在截面有气泡等瑕疵的部位，因此在今后的工程施工中应特别注意材料的涂抹过程，要均匀涂抹并采取薄涂的方式，尽量把气泡排出，避免出现气泡等瑕疵，从而影响材料的整体性和力学性能。同时还应注意涂抹间隔时间不宜过久，而且下一遍涂抹前一定要把前一涂层面清理干净，以免影响涂层间的结合。

2 耐湿热老化性能对比试验

2.1 试验依据

试验采用80℃/7d恒温水浴快速测试方法，在80℃恒温水浴箱中将试样放置7d后测试其拉伸强度和扯断伸长率。该方法和国际标准测试方法的测定值误差不大于1.5%。

2.2 试件制备

试验的两种材料试样的制备与1.2节拉伸试验的制备养护方法一样。

2.3 试验过程

(1)将养护21d的HK-966和HK-988哑铃状试样分别装在两个铜丝网格小篓中，然后放入80℃恒温水浴箱中7d。

(2)7d后，分别将试样取出，擦洗干净。

(3)按照1.3节拉伸试验操作步骤进行拉伸试验。

2.4 试验结果及分析

80℃恒温水浴7d后，HK-966弹性涂料试样表面观察没有任何变化，而HK-988弹性涂料试样恒温水浴后发生变形胶黏在一起，同时发现试样表面出现粗糙、空洞等现象，如图3所示。

图3 HK-966和HK-988弹性涂料恒温水浴试验结果

恒温水浴过程中由于HK-988弹性涂料试样变形胶黏在一起，最后只找到6块比较完整的试样进行了拉伸性能试验。试样个数满足本试验相关规范规定的试样数量的要求，可以作为试验结果。HK-966和HK-988弹性涂料湿热老化处理后拉伸试验结果见表5。

表5 HK-966和HK-988弹性涂料耐湿热老化试验结果

从试验结果看，湿热老化处理后HK-966弹性涂料的扯断伸长率大幅下降，而拉伸强度却略微有所增加；HK-988弹性涂料的拉伸强度大打折扣，降幅达到56.0%，而扯断伸长率的增长却达到38.5%。表明后者对湿热老化等环境变化更敏感。

3 混凝土防护试件抗冻性能对比试验

3.1 试验依据

试验根据SL 352—2006《水工混凝土试验规程》第4.23节混凝土抗冻性试验的内容进行。试验仪器为混凝土快冻试验台(HTD-B)。

3.2 试件制备

按照SL 352—2006制作标准抗冻试件，尺寸为100mm×100mm×400mm的棱柱体。在标准养护室养护28d后，用钢刷打磨除去表面灰浆、杂物、油渍等，在室温下晾干。HK-966和HK-988每种分成抗冻组和对照组，抗冻组试件全部涂覆，对照组只涂覆一个面。每块试件在涂抹材料前都涂覆一层界面剂，材料涂刮3遍，厚度2～3mm，时间间隔6h。

3.3 试验过程

(1)将涂刮HK-966和HK-988弹性涂料的试件放在室温下，养护21d。

(2)达到龄期后，将抗冻组试件进行300次冻融试验。

(3)对照组试件用混凝土钻芯取样试验机钻透涂层并钻到混凝土内1～15mm。每面钻取4处，钻头尺寸为Φ=5cm。

(4)将拉拔试验仪的试验铁块粘于对照组钻好的HK-966和HK-988弹性涂料的表面；7d后，用拉拔试验仪检测材料与混凝土的黏结强度。

(5)抗冻组试件冻融300次以后，采用(3)和(4)步骤的方法，检测HK-966和HK-988弹性涂料与混凝土面的黏结强度，如图4所示。

图4 HK-966和HK-988冻融循环后黏结试验

3.4 试验结果及分析

此次试验中，每块试件都测取4个黏结强度值，然后求得平均值作为试验结果值。试验结果及破坏面情况见表6。

此次试验试件采用HK-966、HK-988完全包覆的形式，试件经过300次冻融破坏后，均未出现涂层破坏的现象，说明两种防护涂料均具有抗冻融破坏能力；材料与混凝土间的黏结强度降低相对较少，可见涂层结构未受破坏，有效地阻止了水分的渗入，避免了混凝土的冻融破坏。

表6 HK-966和HK-988弹性涂料冻融前后与混凝土黏结强度及破坏情况

从试验结果可以看出，HK-966相对HK-988的黏结强度下降幅度较大，可能的原因是，HK-966涂层的致密程度较HK-988差，在冻融循环过程中，涂层未能有效保护混凝土试件而导致混凝土表面受到轻微的冻融循环影响，从而降低了涂层与混凝土间的黏结性能。

4 工程应用情况

HK-966和HK-988在辽宁某重力坝迎水测混凝土防护工程中得到了示范应用，通过2年多的现场观测，证明两款材料对提升混凝土耐久性均具有良好的效果。现场防护施工情况如图5所示。

图5 HK-966和HK-988在工程现场应用试验

5 结语

通过试验与现场应用，HK-966和HK-988表面防护涂料均具有良好的致密性、柔韧性、抗冻性，可有效提高被防护混凝土的抗渗、抗冲磨、抗冻等能力。从性能对比效果看，HK-966耐老化性能更稳定，而HK-988的拉伸性能和抗冻性能相对更优。至于在工程应用中如何对二者进行选取，则需要结合两款材料的造价、施工工艺、长期稳定性等情况进行综合对比才能得到合理结果。