环氧树脂-地聚物复合涂层对混凝土抗氯盐侵蚀性能的作用

陈国良

(福建芗江工程项目管理有限公司，福建 莆田 363000)

在我国沿海和内陆盐渍区的水利工程建设和运行过程中，氯盐侵蚀破坏是水工混凝土结构所面临的重要破坏形式，给混凝土结构的安全性和耐久性造成十分严重的负面影响。因此，对沿海和盐渍区的水利工程而言，提高混凝土结构的抗氯盐侵蚀性能就成为重中之重。当然，要提高混凝土的耐久性，不仅可以通过提高混凝土本身的抗氯盐侵蚀性能实现，还可以在混凝土的表面采取涂层覆盖措施[1]。目前，诸多研究机构和学者针对混凝土抗腐蚀性能的需要，提出了多种混凝土涂层材料，并取得了良好的工程应用效果。将其喷涂到混凝土结构的表面，不仅可以将混凝土表面的孔隙和缺陷封闭起来，同时还可以渗透进混凝土内部缝隙形成憎水体系，防止各种腐蚀性介质的破坏[2]。

地聚物是一种由重复的硅酸盐单元组成的无定型或半晶状结构无机聚合物，具有强度高、耐腐蚀性强的特点，在生产和建设领域存在十分广泛的应用。相关研究显示，偏高岭土基地聚物与其他地聚物相比具有更佳的抗氯离子腐蚀性和耐久性，在海洋混凝土涂层领域具有广阔的应用前景[3-4]。但是，地聚物具有较高的收缩率，对其工程应用产生诸多阻碍[5]。为了解决这一问题，此次研究环氧树脂和偏高岭土基地聚物混合，制成一种新型混凝土涂层材料，并通过对比试验，验证其对混凝土抗氯盐侵蚀性能的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选择某水泥有限责任公司出品的P·O42.5普通硅酸盐水泥。该品种水泥的堆积密度为1.016 g/cm3，比表面积为3650 cm2/g，表观密度为3000 kg/m3；试验用细骨料为大凌河河沙。在试验中将样本砂晒干，然后，利用直径5 mm和0.16 mm的标准筛过筛，筛分后的细度模数为3.29，为中砂，其含泥量和坚固性等其余指标均满足《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(附条文说明)》(JGJ 52—2006)规定；试验用粗骨料为人工玄武岩碎石，其粒径范围为4.5～26.5 mm；试验用减水剂为聚羧酸减水剂，推荐掺量为2.5 kg/m3，试验用水为普通自来水，满足《混凝土用水标准(附条文说明)》(JGJ 63—2006)的用水要求。

环氧树脂-地聚物复合材料制备使用的是河南省焦作市豫兴建材有限公司出品的偏高岭土。利用氢氧化钠和去离子水制作质量分数为50%的氢氧化钠溶液，将其在室内静置24 h后与质量分数为40.1%的硅酸钠溶液混合，搅拌10 min制成碱激发剂。将偏高岭土和碱激发剂按照1∶1的比例混合制成地聚物前驱体。选用江苏省一拓复合材料有限公司生产的环氧树脂，将其和YT-CC301固化剂按照质量比为3∶1的比例混合并搅拌20 min。将环氧树脂以20%的质量分数加入地聚物前驱体中，继续搅拌5 min，最终制作出环氧树脂-地聚物复合材料备用。

为了对比研究环氧树脂-地聚物复合材料对混凝土抗氯盐侵蚀性能的作用，研究中选择目前常用的聚氨酯涂层材料作为对比。此次试验用聚氨酯涂层材料来自天津海河化工有限公司。

1.2 试件制备

根据试验目的和要求，采用的是100 mm×100 mm×100 mm的立方体试模以及底面直径100 mm，高100 mm的圆柱形试模[6]。在试件制作过程中，首先称量好各种原材料，将水泥和骨料倒入搅拌机搅拌30 s，然后，均匀加水和减水剂搅拌120 s。将搅拌好的混凝土倒入试模并振动成型，在静置24 h后拆模编号，在标准养护条件下养护至试验规定龄期[7]。将养护好的混凝土试件取出，擦拭干净表面的水分，用吹风机将表面的碎屑吹干净，然后，涂上厚度为2 mm的环氧树脂-地聚物复合材料(方案1)或聚氨酯涂层材料(方案2)，对涂层养护7 d。试验中以没有涂刷涂层的混凝土试件作为试验对比(方案3)。

1.3 试验方法

此次研究中，混凝土试件的抗氯盐侵蚀试验主要针对氯离子迁移系数、氯离子浓度以及抗压强度进行测定[8]。在试验过程中，将试块全浸泡于 3.5%NaCl 溶液中，测试浸泡 30 d、60 d、90 d、120 d时的氯离子含量，并计算扩散系数，同时测试试件的电阻率和抗压强度。测试时每组方案测量三个试件，以其均值作为最终结果。

2 试验结果与分析

2.1 抗压强度

对不同涂层方案下水工混凝土氯盐侵蚀后的抗压强度进行测试，根据测试结果计算获取不同试验方案试件的抗压强度值，结果如图1所示。由图1可以看出，随着浸泡时间的延长，不同涂层方案混凝土的抗压强度值呈现出不断减小的变化趋势，且减小的速率不断增大。究其原因，主要是氯盐溶液会对混凝土产生比较显著的侵蚀作用，且浸泡时间越长，侵蚀作用越明显。另一方面，在浸泡时间相同的情况下，设置土层的方案1与方案2的抗压强度值显著大于方案3，且浸泡时间越长，差距越明显。由此可见，混凝土涂层对提高水工混凝土在氯盐侵蚀条件下的抗压强度具有十分显著的作用，而浸泡时间越长，上述作用越显著。例如，在浸泡时间为30 d时，方案1和方案2的抗压强度与方案3相比分别大2.96%和1.89%；而在浸泡时间为120 d时，方案1和方案2的抗压强度与方案3相比分别大36.96%和31.52%。究其原因，主要是混凝土涂层可以起到良好的氯盐溶液和混凝土的隔离作用，可以有效减缓氯盐溶液对混凝土的侵蚀作用。在长时间侵蚀影响下，普通混凝土的抗压强度会迅速降低，而有涂层混凝土的抗压强度值下降较慢。此外，两种不同涂层方案的试验结果相比，方案1更具有优势。由此可见，环氧树脂-地聚物复合材料涂层与传统的聚氨酯涂层材料相比，对提升混凝土抗氯盐侵蚀作用更显著，具有良好的工程应用价值。

图1 抗压强度变化曲线

2.2 电阻率

对不同涂层方案下水工混凝土的氯盐侵蚀后的电阻率进行测量，获得不同方案、不同浸泡时间混凝土试件的电阻率值，结果如图2所示。由图2可以看出，各个试验方案混凝土在氯盐侵蚀后的电阻率随着浸泡时间的增加呈现出不断减小的变化特点，且减小的速率也呈现出不断加快的趋势。从不同方案的试验结果来看，方案1和方案2的试验结果比较接近，且显著大于方案3。由此可见，在混凝土外部涂刷涂层材料有助于提高混凝土的电阻率。方案1和方案2的试验结果相比，在浸泡时间相同时，方案1的电阻率值较大，说明工程效果更优。

图2 电阻率变化曲线

2.3 氯离子迁移系数

对不同涂层方案下水工混凝土的氯盐侵蚀后的氯离子迁移系数进行计算，获得不同方案、不同浸泡时间混凝土试件的氯离子迁移系数，结果如图3所示。由图3可以看出，各个试验方案混凝土在氯盐侵蚀后的电阻率随着浸泡时间的增加呈现出不断增大的变化特点，且增大的速率也呈现出不断加快的趋势。从不同方案的试验结果来看，方案1和方案2的试验结果比较接近，且显著大于方案3。由此可见，在混凝土外部涂刷涂层材料有助于降低混凝土的氯离子迁移系数。方案1和方案2的试验结果相比，在浸泡时间相同时，方案1的氯离子迁移系数更小，说明提高混凝土抗氯盐侵蚀性能更佳。

图3 氯离子迁移系数变化曲线

3 结 论

此次研究通过室内对比试验的方式，探讨和分析了环氧树脂-地聚物复合涂层对混凝土抗氯盐侵蚀性能的作用。试验结果显示，混凝土涂层对提高水工混凝土抗氯盐侵蚀性能具有十分显著的作用，浸泡时间越长，上述作用越显著。同时，本文提出的环氧树脂-地聚物复合涂层与传统的聚氨酯涂层材料相比，对提升混凝土抗氯盐侵蚀作用更显著，具有良好的工程应用价值，推荐在工程建设中使用。当然，混凝土抗氯盐侵蚀性能的提升是一项复杂的研究，需要在工程层面综合采用多种措施，才能取得最佳的抗氯盐侵蚀性能，从而提升混凝土结构在氯盐侵蚀环境下的安全性和耐久性。