聚脲提高海工和水工混凝土抗冻性研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流聚脲提高海工和水工混凝土抗冻性研究.精品文档.聚脲提高海工和水工混凝土抗冻性研究李志高,等:聚脲提高海工和水=:混凝土抗冻性研究聚脲提高海工和水工混凝土抗冻性研究李志高,马红亮,黄微波(青岛理工大学功能材料研究所,山东青岛266033)摘要:冻融破坏是导致混凝土耐久性下降的重要因素.本文采用快冻法,结合某跨海大桥和青藏高原某水利丁程,研究了聚脲涂层对提高海工和水工混凝土抗冻性的影响,并与环氧涂层进行对比研究.研究结果表明,无涂层高性能混凝土经275次冻融循环后,质量下降了5%以下,相对动弹性模量也下降到60%,产生冻融破坏;环氧涂层混凝土10

2、0次冻融循环后,涂层出现裂纹,250次时出现大面积脱落,425次后相对动弹性模量下降到60%.聚脲涂层混凝土600次冻融循环后,表面仍完好无损,质量及相对动弹性模量几乎不变.从聚脲涂层在:跨海大桥和青藏高原某水利大坝应用情况来看,聚脲涂层具有很好的抵抗海工和水工环境腐蚀的能力和抗冲击性能,即使在一4525这样的大温差环境下,仍具有很好的适应性.关键词:聚脲涂层;环氧涂层;抗冻性;海工混凝土;水工混凝土Title:Improvementoffreezing-thawingresistanceofmarineandhydraulicconcretebypolyurea/byL/Zhigao,MAH

3、ong-liangandHUANGWei-bo/InstituteofFunctionalMaterials,QingdaoTechnologicalUniversityAbstract:Concretestructureisdestroyedseriouslyinmanyareasofourcountry,freezingthawingisoneoftheimportantfactorswhichleadtodecreasingdurabilityofconcrete.Thecapacityofpolyureacoatingandepoxycoatingresistfrostwasstudi

4、edinthispaper,anditshowedthatthequalityofhighperformanceconcretedecreasedby5percentswhenthecycleoffreezingthawingwas275,andtherelativedynamicelasticmodulusdroppedto60percents;thesurfaceofepoxycoatedconcretewascrackingwhenthecycleoffreezingthawingwas100,andlargeparticlesafter250cycles,therelativedyna

5、micelasticmodulusdecreasedto60percentsafter425cycles;thesurfaceofpolyureacoatingwasstillintactafter600cyeles,andtherelativedynamicelasticmodulusstayedalmostunchanged.Keywords:polyureacoating;epoxycoating;freezingresistance;marineconcrete;hydraulicconcrete中图分类号:Tv47;TV698.26文献标识码:A文章编号:16711092(2010)

6、050001-050前言伴随着中国经济的飞速发展,高速铁路,海港码头,跨海大桥,海底隧道,穿江隧道,城市地铁,输水灌渠,海洋石油平台等基础设施建设项目越来越多,混凝土仍是最主要的建筑材料之一.受复杂恶劣的海洋环境的影响,海工混凝土的主要破坏部位集中在浪溅区和水位变动区,遭受冻融循环,干湿交替,碳化,氯离子侵蚀等多重因素作用;同样,水工混凝土也受到冻胀,冲磨,空蚀,碱骨料反应,碳化,裂缝,溶蚀和侵蚀等病害的威胁.由于海工混凝土与水工混凝土耐久性不足,增加了建筑物使用过程中的修理与加固费用,影响或限制了结构的正常使用并缩短结构的使用年限,不仅造成经济损失,而且严重浪费资源,引发社会问题.据铁道部2

7、000年桥隧抽检汇总资料统计,全国混凝土桥梁有.Clq较严重裂损等病害的共计6529座,占混凝土梁总数的5.7%,其中海工混凝土与水工混凝土结构冻害占破坏总数的36.7%.混凝土防护涂层作为一种有效提高混凝土耐久性的措施,日益受到人们的关注.传统的环氧涂料和聚氨酯涂料的防护效果并不理想,因为传统的涂层无法承受一45C250(=的剧烈温差变化,涂层容易开裂,脱落,失去防护效果.本文对比研究了无涂层混凝土,环氧涂层混凝土和聚脲涂层混凝土在不同冻融循环次数下的质量损失规律以及相对动弹性模量的变化情况,为海工混凝土和水工混凝土的耐久性涂层防护提供有价值的参考.1实验方法1.1原料及试样制备2010.5

8、大坝与安全BVLIZhi-gao:lmprovementoffreezing-thawingresistanceofmarineandhydraulicconcretebypolyurea实验用的混凝土配合比见表1,试件尺寸为100mmx1O0mmx400mm.混凝土保护涂层采用聚脲防护体系和环氧体系,聚脲防护体系包括QTECH一112全天候基材处理系统和QTECH一450聚脲涂层;环氧体系(EP)采用环氧封闭底漆,环氧云铁中间层和脂肪族聚氨酯面漆.混凝土试件表面需覆盖涂层,为了增加涂层与试样之间的粘合力,用纱布蘸丙酮对样品待处理面进行清洗,洗去油渍和污物.然后用QTECHl12填补混凝土表面

9、的孔洞及缺陷,直至试块表面无孔洞且平整.涂刷EP的试件干燥后用底漆进行表面处理,再涂刷两遍中间层和两遍面漆,共400m厚,两次涂刷之间至少间隔4h.喷涂QTECH一550涂层的试件直接喷涂到设计厚度1.5inn.上述工作完成后,在温度为222,相对湿度为50%5%的空气中放置,干燥养护7d后备用.1.2冻融循环实验混凝土的冻融循环试验按照GBJ8285普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法中抗冻性能试验的快冻法进行.文献【3报道质量分数为3.5%的NaC1溶液对混凝土腐蚀最为严重,本试验溶液采用质量分数为3.5%的NaC1溶液,与海水的盐浓度相同.GBJ8285规定遇到下列情况之一即可停止试验:

10、已达到300次冻融循环;相对动弹性模量下降到60%以下;质量损失率5%.2实验结果及分析图1是混凝土,聚脲(QTECH一550深灰色样)涂层混凝土和EP(浅色样)涂层混凝土冻融前后的表面情况.从图1可以看出,100次冻融循环后(图1-b),混凝土表面出现少量脱落破坏,EP涂层表面出现裂纹和少量脱落现象,而QTECH一550聚脲涂层表面没有变化.无涂层混凝土经250次冻融循环后,表面砂浆脱落加重,粗骨料外露,EP涂层出现大面积脱落,QTECH一550聚脲涂层表面仍没有表1混凝土试块的配合比Table7Mixproportionoftheconcreteblock编号水泥/(kg/m)水/(kg/

11、m)砂/(kg/m)/(kg/m3)l高炉矿渣/(k,)cw减水剂/%QF198175690995744a.冻融循环前b.1130次冻融循环c.250次冻融循环d.425次冻融循环图1混凝土,QTECH一550涂层混凝土和EP涂层混凝土冻融循环前后的表面状态Fig.1Concrete.QTECH一550coatedconcreteandEPcoatedconcretebeforeandafterfreezingthawingtestDamandSafety2010?李志高,等:聚脲提高海工和水工混凝土抗冻性研究变化,经425次冻融循环后,EP涂层完全脱落,内音昆凝土也出现大面积剥蚀,粗骨料外露

12、,而QTECH一550聚脲暑特完好无损.图2,图3为混凝土,EP(浅色样)涂层混凝土和聚脲(QTECH一550灰色样)涂层混凝土冻融前后的质量损失规律和相对动弹性模量变化情况.从图2可以看出,100次冻融循环后,EP涂层混凝土质量开始增加,随着冻融循环次数的增加,质量缓慢增加,250次循环后质量开始降低,涂层混凝土质量的变化可以通过涂层的表面情况反映出来.如图1-b显示:100次循环后,EP涂层开始开裂,溶液渗透到混凝土内部,250次循环后,EP涂层大面积脱落,混凝土表面砂浆也跟着剥落,这是EP涂层混凝土质量先增后减的原因.经过250次冻融循环后,无涂层混凝土质量明显下降,质量损失率超过5%,

13、达到破坏,说明即使是高性能混凝土,在NaCI溶液中遭受冻融循环,质量损失也非常严重.QTECH一550涂层混凝土经过600次冻融循环后,涂层仍完好无损,其质量没有明显的变化.图2质量随循环次数的变化规律Fig2WeIghtchangesasfreezing-thawingcyclesincrease图3相对动弹性模量随循环次数的变化规律Fig.3Changesofrelativedynamicelasticmodulusas#eezingthawingcyclescrease从图3可以看出,无涂层混凝土相对动弹性模量下降很快,275次冻融循环后下降到60%以下,达到破坏程度.EP涂层混凝土在2

14、50次冻融循环后,相对动弹性模量开始下降,原因是EP涂层大面积开裂,剥落,失去防护作用,从而变成混凝土的耐冻融破坏,随着冻融循环次数的:噌加,相对动弹性模量不断降低,425次时降低到60%以下,也达到破坏程度.而QTECH一550聚脲涂层混凝土经过600次冻融循环后,其相对动弹性模量几乎不变,显然QTECH一550聚脲涂层能显着改善混凝土的抗冻融性能.混凝土结构发生冻融破坏的一个必要条件是混凝土结构需处于饱水状态.聚脲材料不含有机挥发性溶剂,能形成结构致密,连续,无接缝的厚涂层,能有效阻止腐蚀介质的侵入.并且,聚脲材料具有优异的柔韧性,完全能够抵御昼夜和四季环境的变化给保护物体造成的热胀冷缩,

15、使混凝土结构处于干燥状态,不满足冻融破坏的必要条件,从而有效提高了混凝土结构的抗冻性能.而传统防护涂料一般都是胞I生材料,耐温度交变性能较差,经冻融循环后涂层容易开裂,失去防护效果.腐蚀介质渗透到混凝土内部,填充混凝土内部的孔隙,满足冻融破坏的条件,从而使混凝土结构发生冻融破坏.进一步实验还发现:聚脲涂层表面如果有缺陷,会大大降低涂层的防护效果.为了确保涂层对混凝土的防护效果,涂层的完整和连续是十分重要的.如果涂层有破损,给腐蚀介质的侵入提供通道,导致混凝土结构的破坏,整个涂层就会丧失对混凝土的保护功能.所以,现场施工过程中,建议分两次施工,一道喷涂结束后,应对破损或涂层针孔进行修补,然后再喷

16、涂施工(两次喷涂聚脲时间不要间隔1h,如果时间太长,第二次喷涂聚脲前要对下部聚脲表面涂刷活化剂),直到涂层完整没有孔洞及破损,并达到规定厚度,才能使用.3QTECH一550聚脲涂层工程应用3.1某跨海大桥近年来,混凝土表面防护涂层技术在国外得到普遍应用,在国内,汕头海湾大桥,杭州湾跨海大桥,厦门海沧大桥,江阴大桥,南通大桥,青藏线等都采用了涂料防腐涂装,混凝上保护涂层作为一种2010?5大坝与安全刚驰鲥g:96制咖蜒皓:f;辎嘲戬臀靛ByLlZhigaO:lmprOVementoffreezingthawingresistanceofmarineandhydraulicconcretebypo

17、lyurea能有效提高混凝土耐久性的方法逐渐受到人们的关注.但是,由于现有传统涂料及涂装体系的不足,工程投入使用时间不长,就出现涂层开裂和剥落.某海湾大桥也采用环氧封闭底漆,环氧树脂漆和丙烯酸聚氨酯面漆体系来防护.但对于腐蚀最严重的桥梁浪溅区部位,该部位受到干湿循环,冻融破坏,波砂磨耗,腐蚀介质侵蚀等共同作用,传统防护涂层根本无法承受这么恶劣的破坏环境.为此,使用SPUA技术对大桥承台,潮差区和浪溅区进行探索性防护.图4是某跨海大桥采用EP涂层和SPUA涂层防护施工后的照片.从图4一a中可以看到,EP涂层在施工后三个月就经历第一个冬季结冰期,来年春季检查发现:EP涂层出现裂纹,表面涂层局部脱落

18、.从图4一c中可以看到,EP涂层施工后一年,表a.EP涂层施工后三个月面长满海生物,用锤子将EP表面的海蛎子凿掉,EP涂层也跟着脱落.从图4一b和图4一d中可以看到,SPUA涂层完好无损,说明SPUA涂层与混凝土基材具有良好的附着性和抗冲击性能.3.2青藏某水利工程青藏高原常年处于高寒环境,最低气温达一45,最高气温为25C,除地面数米厚度随季节变化不断融化,冻结外,地下深处多处于常年冻结状态,冻胀的危害极大,尤其是在含水量较高的河槽地区,冻胀更为严重.对此,有关人员做了大量的研究工作】,包括从设计上就考虑了多种防冻胀措施,同时在施工上也结合了高原的特点,严格按规定施工,但仍有多座桥梁被冻胀毁

19、坏,有的桥墩台被挤歪,挪位,有的钻孔桩被拔出,对工程的影响较大,如图5所示.b.QTECH一550涂层施工后三个月c.EP涂层后一年d.QTECH一550涂层施工后一年图4某海湾大桥采用涂层防护一年后的表面情况Fig.4Surfaceconditionofacoatedbaybridgeafteroneyearusage图6为青藏某水利大坝QTECH一550聚脲涂层再涂刷配套底漆,最后进行聚脲喷涂,图6-b为喷施工前后的照片.从图6-a中可以看出,由于冻融涂聚脲后的照片.破坏,混凝土大面积脱落,钢筋外露,混凝土结构破坏严重,为了提高大坝使用寿命,采用QTECH一550聚脲涂层来防护.首先,清理

20、掉冻融破坏后的混凝土,并用QTECH一112快速修$1tE凝土表面的缺陷,DamandSafety2010?54结语(1)无涂层高性能混凝土经过275次冻融循环WWW李志高,等:聚脲提高海q-YfO水工混凝土抗冻性研究图5青藏铁路桥墩被冻裂Fig5FrostcrackonthebridgevierofQinghaiTibetRaila.QTECH一550涂层施工前b.QTECH一550涂层施工后图6青藏某水利大坝QTECH一.550涂层施工前后Fig6SurfacecfaTibetandamLefcreandafterapplicationcfQTECH-一550coating后,质量损失超过

21、5%,相对动弹性模量也下降到60%,达到破坏.EP涂层混凝土经过250次冻融循环后,EP涂层大面积脱落,失去防护作用,425次时,相对动弹性模量下降到60%以下,达到破坏,其对海工混凝土结构的抗冻性有一定的提高.由于QTECH一550聚脲涂层的防渗性能及自身抗冻性能很好,其对混凝土表现出很高的抗冻融性能,经历600次冻融循环后,表面完好无损,质量损失和相对动弹性模量几乎不变.试验表明,在恶劣的海洋环境下,QTECH一550聚脲涂层能有效改善混凝土结构的抗冻融性能.(2)从混凝土保护涂层在某跨海大桥中的应用可看出,腐蚀最严重的浪溅区采用的传统环氧涂层在于湿交替,冻融循环,冰渣冲击等多种腐蚀和破坏

22、因素的共同作用下,涂层易开裂,脱落,失去防护作用.QTECH一550聚脲涂层表现出良好的耐海洋腐蚀性能,可大大提高海工混凝土的耐久性.从QTECH一550聚脲涂层在青藏水利大坝的应用中可以看出,即使在最大温差为70的高寒地区,QTECH一550聚脲涂层仍具有出色的适应陛.一.on参考文献:1黄微波.喷涂聚脲弹性体技术【M】.北京:化学工业出版社,2005.2】黄微波,吕平.提高混凝土耐久性的新方法喷涂聚脲弹性体c.青岛海湾大桥防腐蚀技术研讨会论文集,2007:285-289.【3吕平,杨华东,王卫英.喷涂聚脲弹性体改善混凝土抗冻性研究lJJ.低温建筑技术,2005,6:810.4温永向,王迎飞

23、,熊建波,等.海工混凝土结构涂装龄期控制对涂层防腐质量的影响初探c.第三届特种涂料与涂装研讨会论文集,2009:212215.5吴继森.青藏铁路桥梁防冻胀及防冰凌的技术措施IJJ.山西建筑,2004,4:92-一93.6魏建朝.青藏铁路高寒冻土地区特殊混凝土的研究与应用lJJ.建厂科技交流,2009,3:3944.7】李金城.20012006年青藏铁路多年冻土区冻害调查与分析J1.冰川冻土,2008,2:147151.收稿Et期:2010-.-06-.-06;修回El期:2010一C710作者简介:李志高(1986一),男,江西抚州人,硕士研究生,研究方向为高性能涂覆材料.2010.5大坝与安全,|