彩色透水混凝土用罩面剂的性能研究与应用

刘娜 ，孙德文 ，刘玉亭 ，李波 ，尹浩 ，万赟 ，冉千平

（1.江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏 南京 211103；2.高性能土木工程国家重点实验室，江苏 南京 211103；3.南京博特新材料股份有限公司，江苏 南京 211103）

0 前言

透水混凝土是用粗骨料表面包裹一层薄浆料相互粘接而成的蜂窝状结构，铺装作为城市可持续排水系统的一部分，对实现雨水径流的收集、储存、净化和回用补充地下水有重要意义[1-2]。

彩色透水混凝土是透水混凝土的一种，由粗骨料、水泥、外加剂、色彩强化剂等经一定比例调配拌制而成的一种多孔轻质的新型环保地面铺装材料，具有很强的艺术装饰效果[3]。混凝土中含有大量的Ca（OH）2，同时具有孔隙结构的特点，在外界环境作用下，由于水泥水化作用以及水分蒸发导致可溶性Ca（OH）2等随水迁移至混凝土外表面并析出白色结晶物质，并与空气中二氧化碳反应生成不溶于水的白色CaCO3，混凝土表面发白泛碱[4-5]，严重影响彩色透水混凝土的外观感及力学性和耐久性。同时在使用过程中透水混凝土容易出现骨料松动脱落等现象，影响正常使用，因此需要罩面产品进行密封保护，减少泛碱发白、提高混凝土使用耐久性。目前透水混凝土研究大多集中在透水混凝土工作性能及施工性能上，对配套罩面产品等方面的研究较少。

本研究根据透水混凝土工作原理，结合实际应用，制备透水混凝土专用SBT-TC101罩面保护剂，并对其性能进行测试，结果表明该材料可以作为彩色透水混凝土的罩面保护材料，有效防止彩色透水混凝土发白泛碱并且对透水性能无不良影响。

1 试验

1.1 原材料

丙烯酸树脂：工业级，海明斯；催化剂：美国气体化学；助剂、溶剂等：市售；固化剂：自制；混凝土试件：C30，自制；水泥：P·Ⅱ52.5 水泥，市售；粗骨料：5～10 mm 卵石，市售；氧化铁颜料，市售；PCA-I高性能聚羧酸减水剂、PRC-I透水混凝土增强剂：江苏苏博特新材料股份有限公司。

1.2 透水混凝土的制备

透水混凝土根据CJJ/T 135—2009《透水水泥混凝土路面技术规程》相关规定设计并制备，配合比如表1所示。按照配合比拌制透水混凝土，装模，捣棒插捣25次，表面抹平；平板振动器振动30 s，表面抹平。编号、拆模，放入标准养护室养护至规定龄期。

表1 透水混凝土的配合比 kg/m3

1.3 SBT-TC101罩面保护剂及涂膜的制备

甲组分：称取定量丙烯酸树脂与溶剂加入反应釜中，慢速搅拌分散均匀后，加入所需助剂、催化剂高速搅拌分散0.5～1.0 h，100目筛网过滤、出料、包装。

乙组分：固化剂。

将甲、乙组分按照质量比1：1混合均匀后倒入喷漆罐中，调整好喷枪压力与流量，将涂料均匀喷涂在基材上，保证干膜厚度在50～200 μm，标准条件下养护7 d。

1.4 性能测试方法

干燥时间、硬度、耐磨性、耐冲击性、耐水性、耐化学性、耐人工气候老化性按照GB/T 22374—2008《地坪涂装材料》进行测试；拉伸粘接性按照GB/T 5210—2006《色漆清漆拉开法附着力试验》进行测试；光泽度按照GB/T 9754—2007《色漆和清漆不含金属颜料的色漆漆膜的20°、60°和85°镜面光泽度的测定》进行测试。

2 结果与讨论

2.1 SBT-TC101罩面保护剂的耐紫外老化性

透水混凝土处于户外工作环境，因此对涂膜的耐老化性能有较高要求。采用QUV老化试验机模拟老化条件，测试涂膜的耐紫外老化性能。图1为SBT-TC101罩面保护剂涂膜表面光泽度随老化时间的变化情况。

图1 涂膜光泽度随老化时间变化

由图1可见，随着老化时间的延长，涂膜表面光泽度未出现明显降低现象。

利用成型透水混凝土试块进行户外老化试验，结果如图2所示。

图2 涂膜户外老化前后对比

由图2可见，户外老化2年后，透水混凝土罩面保护剂涂膜亦并未出现变色、粉化现象，表明SBT-TC101罩面保护剂具有优异的耐老化性能，适用于户外工作环境。

2.2 SBT-TC101罩面保护剂的耐化学品性能

为研究罩面保护剂的耐化学品性，分别采用2%H2SO4、0.1%NaOH+饱和 Ca（OH）2溶液、饱和 NaCl溶液、90#汽油等腐蚀介质浸泡涂膜168 h，然后观察涂膜表面变化情况，结果如图3所示。

由图3可见，SBT-TC101涂膜在酸、碱、盐、油中浸泡168h后，涂膜基本保持不变，表明该SBT-TC101罩面保护剂具有良好的耐化学品性能。

图3 SBT-TC101涂膜在腐蚀介质中浸泡168 h后的状况

2.3 SBT-TC101罩面保护剂的耐磨性

对处于经常受到机械磨损作用的使用环境中的地坪漆，涂膜的耐磨性是涂料的重要技术指标。SBT-TC101罩面保护剂的耐磨性能及基本性能如表2所示。

表2 SBT-TC101涂膜的性能

由表2可以看出，SBT-TC101罩面保护剂的性能符合GB/T 22374—2008标准要求，且该涂膜在750 g/500 r的测试条件下，磨损质量为0.015 g，远优于标准要求，表明该材料适用于地坪磨损环境。

2.4 SBT-TC101罩面保护剂的耐泛碱性

透水混凝土由于水泥水化作用，在混凝土表面容易出现泛碱、发白现象，对混凝土的外观起到负面影响。在混凝土养护完成后，喷涂SBT-TC101罩面保护剂，可有效防止混凝土表面出现泛碱现象，同时涂膜光泽度高、丰满度好，如图4（b）所示。利用扫描电镜对透水混凝土面层进行观察，结果如图5所示。与罩面前的透水混凝土[见图4（a）]相比，喷涂SBTTC101罩面保护剂后未出现白色碳酸钙泛碱层，分析原因可能是罩面保护剂涂膜形成一层憎水薄膜与大气隔开，使可溶性物质不能析出，使混凝土气孔通道封闭并阻止干燥和吸湿[4]，从而有效减少由于氢氧化钙浓度提高析出而导致混凝土表层发白泛碱的现象。

图4 透水混凝土喷涂SBT-TC101罩面保护剂前后状态

图5 透水混凝土喷涂SBT-TC101罩面保护剂前后面层扫描电镜照片

2.5 SBT-TC101罩面保护剂对透水混凝土透水性的影响（见图6）

图 6 透水系数随罩面剂用量的变化曲线

从图6可见，喷涂罩面剂前后，透水混凝土的透水系数无明显变化，表明SBT-TC101罩面剂并没有明显影响透水混凝土的连通孔隙结构，说明罩面保护剂完全适用于透水混凝土的罩面保护。

3 施工应用

3.1 施工概况

某停车场设计为透水混凝土结构，总铺装面积约2200 m2。停车场路面结构自上而下依次为SBT-TC101罩面保护层、10 cm透水混凝土面层、25 cm透水混凝土基层、30 cm级配碎石底层、透水土工布和夯实素土层。基层透水混凝土设计强度等级为C25，面层透水混凝土设计强度等级为C30。

3.2 施工流程

为提高透水混凝土工程质量，同时降低现场拌合导致的噪声、粉尘等污染，采用预拌透水混凝土施工。透水混凝土拌合物运输至摊铺现场后立即摊铺、刮平。振动抹平机分2～3次往返振实，振动整平辊压至所要求的平整度。摊铺完成并复查合格后，进行覆膜结合浇水养护7 d。养护完成后，清水彻底清洗透水混凝土，待表面完全干燥后，应用无气喷涂机将SBT-TC101罩面剂均匀喷涂于表面，喷涂用量为3～5 m2/kg，如图7所示。

图7 SBT-TC101罩面保护剂喷涂施工及施工完成效果

3.3 SBT-TC101罩面保护剂的施工特性

通过停车场透水混凝土施工的检验，证明SBT-TC101罩面保护剂具有诸多保障施工质量和进度的优点，即：（1）涂料黏度适中，可喷涂施工，施工工艺简单。（2）涂料具有较高的屈服应力，喷涂施工不易流淌，可防止透水混凝土孔隙堵塞而影响透水性。（3）可操作时间合理，涂料固化时间约为2 h，既保障了合适的喷涂时间，同时减少了多变气候对涂膜性能的影响，避免阳光曝晒导致溶剂急剧挥发形成涂膜缺陷和突然降雨冲击涂膜影响固化效果等。

4 结语

根据彩色透水混凝土工作原理并结合实际应用，制备了透水混凝土专用SBT-TC101罩面保护剂，试验结果表明，该罩面保护剂的性能符合GB/T 22374—2008标准要求。该涂膜光泽度高、丰满度好，具有优异的耐磨性、耐紫外老化以及耐化学腐蚀性，可以有效减少混凝土表面出现发白现象，同时提高透水混凝土外观美观性，延长使用寿命。适用于户外环境的彩色透水混凝土及清水混凝土的罩面保护。