基于纳米改性的硅丙混凝土保护剂的耐洗刷性研究

马军旗，尹晨旭，王轶，李芳，柳志丹，陈军程，张志增

（1.玉溪市江通高速公路有限公司，云南玉溪652600；2.中原工学院建筑工程学院，河南郑州450007）

0 引言

随着我国房地产业的快速发展，为了满足人们对混凝土性能的需求，研发了高性能的混凝土保护剂［1］。混凝土保护剂具有优异的防水性能，极佳的环保性，能够有效延长混凝土的使用寿命［2］。保护剂成膜后，长期遭受自然环境的侵蚀会出现污渍、发霉、雨渍流痕等保护面污染情况，后期维护阶段用水对保护面进行清洁，使混凝土面保持原有的外观。保护剂的耐洗刷性对保护剂的自清洁性能以及其与基层或其他涂层的附着力有着重要影响［3］，因此保护剂的耐洗刷性试验是反映保护剂性能的较为重要的一组试验［4-5］。

王训遒［6］等研究了纳米CaCO3浆液的添加量对纳米复合建筑涂料主要性能的影响，当纳米CaCO3浆料质量分数在3 %～4 %时，纳米复合建筑涂料性能最佳；熊明娜［7］等通过对丙烯酸酯/纳米SiO2复合乳液进行物理性能研究，得出乳液性能随纳米SiO2添加量的增加呈先上升后下降的抛物线关系；韩建军［8-9］等用改性前后的纳米SiO2分别制备纳米复合涂料，研究表明：纳米SiO2可以显著提高涂料的憎水性、抗碳化性以及抗氯离子渗透性，经改性的纳米SiO2对涂料性能的改善幅度更大，当改性纳米SiO2的质量分数为2 %～3 %时，混凝土的抗氯离子渗透性能最好；张云鹏［10］等用纳米CaCO3粒子对氟碳混凝土保护剂进行改性，当氟碳乳液质量分数为40 %，纳米CaCO3的质量分数在8 %时，纳米改性氟碳混凝土保护剂的性能最优。本研究在以上研究的基础上，对纳米改性硅丙混凝土保护剂的耐洗刷性进行试验研究，为保护剂的配方确定提供依据。

1 试验部分

1.1 原材料及试验仪器

硅丙乳液（BLJ-KD96），上海保立佳化工股份有限公司；纳米CaCO3和纳米SiO2复合浆料（以下简称“纳米复合浆料”），洛阳大豫实业有限公司；十二烷基苯磺酸钠，天津市科密欧化学试剂有限公司；QFS-涂料耐洗刷性测定仪，天津永利达材料试验机有限公司；蒸馏水，济南银润化工有限公司；耐洗刷用PVC片，尺寸430 mm×150 mm；玻璃板，尺寸430 mm×150 mm。

1.2 配方设计

首先考察硅丙乳液用量对保护剂耐洗刷性的影响，设计30 %～50 %硅丙乳液连续变量进行研究，试验配方见表1。然后将硅丙乳液的质量分数保持在40 %，加入纳米复合浆料。设置纳米浆料的质量分数为0～12 %，试验配方见表2。

表1 基础配方Table 1 The basic formula

表2 纳米改性硅丙混凝土保护剂的配方Table 2 The formula of nano-modified silicone-acrylic concrete protective agent

1.3 保护剂的制备

保护剂的制备分为以下3个部分：

第1部分为颜填料的高速分散阶段。在烧杯中称取设计质量分数的水以及丙二醇，放置在多功能分散机下以500 r/min转速开始分散，随后按照配方配比依次加入分散剂、润湿剂、成膜助剂、杀菌剂、消泡剂，分散20 min后，调节转速至1 500 r/min，按照配方配比依次加入钛白粉、高岭土和硅灰石粉，高速分散40 min。

第2部分为硅丙乳液与助剂低速分散阶段。首先将多功能分散机的转速调至500 r/min，随后加入40 %的硅丙乳液，分散20 min，然后按照配方配比依次加入成膜助剂、丙二醇、杀菌剂、消泡剂、多功能助剂，分散20 min。

第3部分为黏度调节阶段。将剩余质量的水加入至烧杯中，配制增稠混合溶液，增稠剂与水的质量比为1∶1，现配现用。将配制好的增稠混合溶液缓慢滴加至保护剂中，调节保护剂的黏度，然后静置1 h，得到纳米改性硅丙混凝土保护剂。

1.4 试验设计

耐洗刷性按照GB/T 9266—2009《建筑涂料涂层耐洗刷性的测定》进行测试。

用湿毛巾擦拭玻璃板，并把PVC片放置在玻璃板上，玻璃板湿润的表面可以与PVC片紧紧粘在一起，在玻璃板下面铺设报纸，防止多余的保护剂污染试验台。

采用150间歇式湿膜制备器将保护剂均匀涂覆于PVC片上。在规定的温度（23 ± 2 ℃）、湿度（50 ±5 %）环境下养护7 d。

将养护完成的PVC漆膜放置在耐洗刷性测定仪上，用0.5 %十二烷基苯磺酸钠溶液进行耐洗刷试验，待漆膜脱落或擦破，停止试验，记录洗刷次数。

2 结果与讨论

2.1 硅丙乳液含量对保护剂耐洗刷性的影响

取硅丙乳液质量分数30 %～50 %进行硅丙混凝土保护剂耐洗刷性试验，旨在研究保护剂的耐洗刷性与硅丙乳液含量变化的关系，便于确定合适的硅丙乳液用量，进行纳米改性试验。硅丙乳液含量对保护剂耐洗刷性的影响如表3和图1所示。由表3、图1可见，当硅丙乳液质量分数在40 %以下时，保护剂成膜不连续，耐水性、与基层的附着力非常差，很快就被洗刷液浸泡起泡，在很少次数时就被刷子整体刮落，耐洗刷次数均在5 000次以下，不符合规范要求；当硅丙乳液质量分数在40 %以上时，保护剂耐洗刷次数＞5 000次，符合规范要求，可以进行纳米改性试验。

表3 硅丙乳液含量对保护剂耐洗刷性的影响Table 3 The influence of the content of silicone-acrylic emulsion on the scrub resistance of the protective agent

图1 硅丙混凝土保护剂耐洗刷性试验结果Figure 1 Test results of scrub resistance of silicone-acrylic concrete protective agent

2.2 纳米复合浆料改性对保护剂耐洗刷性的影响

纳米复合浆料用量对保护剂耐洗刷性的影响见图2。由图2可以看出，纳米复合浆料的加入显著地提升了保护剂的耐洗刷性。未掺入纳米复合浆料时，保护剂的耐洗刷次数为6 372次；掺入2 %的纳米复合浆料时，保护剂的耐洗刷次数达到13 959次，远远超过未改性的硅丙保护剂的耐洗刷次数；当纳米复合浆料掺入量为6 %时，保护剂的耐洗刷次数达到峰值（64 394次），与未改性的硅丙保护剂相比，耐洗刷性提升了10倍之多；当纳米复合浆料掺入量为8 %～12 %时，保护剂的耐洗刷次数开始下降，但均远远高于未改性的保护剂。

图2 纳米浆料用量对保护剂耐洗刷性的影响Figure 2 The influence of the amount of nano-size slurry on the scrub resistance of the protective agent

2.3 综合分析

根据以上耐洗刷性的试验结果可知，当硅丙乳液用量过少，会导致保护剂耐洗刷性减弱，当硅丙乳液质量分数为40 %时，适合进行纳米改性试验；加入颜填料后，保护剂的耐洗刷性会小幅度提升；纳米复合粒子与保护剂中的硅丙树脂存在较强的分子间作用力，使漆膜变得坚硬致密，从而提高了保护剂的耐擦洗次数，纳米复合浆料添加量在0～6 %（质量分数）时，保护剂的耐洗刷性随着其添加量的增加而增加，继续增加纳米复合浆料，纳米粒子会出现团聚现象，平均粒径变大，漆膜的机械强度发生改变，漆膜表层出现较多聚集点，在刷子的外力作用下，聚集点处容易出现透底，保护剂的耐洗刷次数降低，故纳米复合浆料的质量分数以6 %为宜。

3 结语

（1） 随着硅丙乳液含量的减少，硅丙混凝土保护剂的耐洗刷性不断减弱。

（2） 纳米改性硅丙混凝土保护剂的耐洗刷性远远超过未改性的混凝土保护剂。

（3） 纳米复合浆料的添加量为6 %（质量分数）时，保护剂的耐洗刷性最好。