摘 要:介绍了清水混凝土涂料的研制和应用过程。硅树脂清水混凝土涂料集耐久性、憎水性和透气性于一身,同时保持了混凝土本身的外观。讨论了树脂的种类、比例及填料对性能的影响。
关键词:清水混凝土涂料;硅树脂;耐久性;憎水性;透气性
中图分类号: TQ 63017 文献标识码:A 文章编号: 0253 - 4312 (2007) 01 - 0062 - 02
0 引 言
清水混凝土作为一种建筑风格在国外已流行好多年,它保持混凝土原有的颜色和纹理,给人以古朴凝重、自然清纯的质感。目前国内一些著名工程也采用了清水混凝土风格,建筑外表穿上了一层透明的外衣———清水混凝土涂料。
清水混凝土涂料实际上是一种透明或半透明涂料,不含如钛白粉之类的着色颜料,涂于混凝土表面后,不会遮盖混凝土原来的外观,保持了混凝土原有的颜色和质感,同时具有很好的保护作用,可以防止混凝土变色、长霉、粉化和开裂,其保护寿命长达20年。
清水混凝土涂料因不含耐紫外线好的钛白颜料,对基料的要求很高,一般选用有机氟或有机硅等耐久性好的树脂。
本文中采用纯硅树脂作粘结剂,配制成了具有高耐久性、高透气性和高憎水性的清水混凝土涂料。
1 实验部分
完整的清水混凝土体系应包括面漆、底漆和修补砂浆,因修补砂浆不属于涂料范畴,这里仅讨论面漆和底漆。
1. 1 透明面漆的研制
1．1．1 基料的选择
氟碳乳液与硅树脂乳液涂在玻璃板上, 根据GB /T16777—1997进行耐紫外线试验。硅树脂在强烈紫外线照射后,几乎不变色。
这是因为硅树脂是高分子、三维交联的化合物,其结构类似于石英。它们都是以硅/氧为骨架,但与石英不同的是,在硅树脂中,每四个氧原子就有一个被有机基团R取代。因此它可以描述为是一种有机改性的石英结构。另外,所有的硅树脂均由三官能硅单元组成,使硅树脂在化学性能上成为介于纯粹无机物和纯粹有机物之间的中间体系。
硅树脂由30 至80个硅的T单元组成,相对分子质量从2000至5 000,硅树脂中还含有约2%至4%的乙氧基。这些乙氧基能相互起化学反应,或与颜、填料上的羟基,或与底材上的羟基起化学反应,生成硅氧键。众所周知,硅氧键能比碳碳键能高很多,紫外线的能量不足以使硅氧键断裂。所以硅树脂具有很好的附着力和耐久性。
完全固化的硅树脂是三维交联的刚性的网络结构,不熔不溶,其在长期处于200 ℃的高温条件下,也不会有任何变化,可耐碱,耐酸雨和太阳光中的紫外线、红外线。由于其硬度很高,性能较脆,需要与线性丙烯酸乳液合用,以增加其柔韧性。从耐候性角度考虑,一般选用纯丙乳液。不同的纯丙乳液对耐黄变影响不同,需要通过实验选择。配制成不同的透明涂料,在玻璃板上制成相同厚度的涂膜, 完全干燥后, 根据GB /T16777—1997进行耐紫外线老化试验。在照射相同时间后,测量老化前后的色差ΔE,ΔE值越大,表明其耐老化性越差。
1．1．2 硅树脂与纯丙乳液的比例
硅树脂和纯丙乳液按照不同的比例配制成涂料,其比例如表1。表1显示在相同PVC下, 硅树脂用量越大, 耐黄变性越好,但到达一定比例后, 抗黄变性能增加有限, 但成本增加较多,所以
从经济角度考虑,选择硅树脂与纯丙比例为1∶1时较好。
表1 不同树脂比例透明涂料UV老化前与老化后的色差
1．1．3 填料的选择
因为是配制透明涂料, 所以填料应选用遮盖力较低的填料, 填料的粒径不宜过细,同时应选用耐候性较好的填料。
1．1．4 参考配方及性能测试
硅树脂透明面漆的参考配方为:水, 33．3% (质量分数,下同) ; HEC纤维素, 014%; SILRES BS16 ( 1∶3) , 0．1%;多聚磷酸盐NC, 0．1%;分散剂, 0．4%;消泡剂, 0．2%;云母, 12%;滑石粉, 8%; 重钙, 5%; SILRES BS1306 憎水剂, 1%; SILRESBS43N 硅树脂乳液, 20%;纯丙乳液B, 18%;成膜助剂, 0．5%;消泡剂, 0．2%;防腐剂, 0．2%;增稠剂, 0．4%; SILRES BS16 (1∶3) , 0．2%;合计, 100。
硅树脂透明涂料检测结果如下: 吸水率(w24 - 值) :0．01 kg/m2 ·h015 ;水蒸汽透过率( sd - 值) : 0．37 m; 附着力(灰砂砖) : 3．4 N ·mm - 1 ;耐擦洗性: > 100 00次;人工老化(QUV, 1 000 h) :不粉化,不黄变,不褪色;疏水性:很好;耐水性(96 h) :无异常;涂层耐温变性(5次循环)无异常。
1. 2 透明底漆
清水混凝土的寿命希望达到20年以上,在此期间不需要维护保养, 所以对底漆也提出了很高的要求。要求底漆具有防水性、透气性、耐久性、加固底材,能增强与面漆的附着力,同时希望该产品是环保的、使用方便。这里选用了一种水性的膏体状的小分子硅烷,完全符合了上述要求。
这种水性膏体底漆的主要成份是烷基三乙氧基硅烷。它被喷涂到混凝土表面后,会渗透到混凝土的内部,并与湿气反应,脱去乙醇,形成三维交联的有机硅树脂网络,化学锚固在混凝土上,形成一层防水层。防水层的厚度与涂布量底材的密实度有关,防水层的厚度从2 mm到6 mm不等。因为其形态是膏体,所以其厚涂不流挂,固化后完全吸附到混凝土内部,不改变混凝土的外观,不影响混凝土的透气性,因为它不堵塞毛细孔,同时其与硅树脂面漆发生交联反应,使之有机地成为一体。
底漆涂布量与渗透深度、氯离子吸收量和吸水率的关系如表2、表3和表4所示:
从表2可看出,膏体硅烷的用量越大,渗透的深度越深,防护时间越久。
从表4的数据可以看出:使用膏体硅烷涂布后混凝土具有很低的吸水率,其吸水率比未使用膏体硅烷处理的混凝土(空白)的吸水率降低95%以上。表4显示膏体硅烷涂布量在200～400 g/m2 时,各试样吸水率值都达到国标JTJ 275—2000海港工程混凝土规定的不大于0．01 mm /min015的要求。
2 施工与应用
该涂料不仅适用于新的混凝土建筑,如房屋、桥梁,而且适用于粘土砖和石材类建筑,以及古建筑的维修。目前在欧洲的一些古建筑的维修主要采用该涂料。
对于新的混凝土建筑,其施工工序主要包括:底材清理清洗,修补平整,涂底漆,涂面漆。
对于旧建筑的涂装,则根据具体情况进行分析,确定施工方案。包括:铲除粉化层,防霉杀菌处理,清净,防潮处理,修补平整,再涂底漆,涂面漆。
对于重要的文物古迹,要尽量保持原有风貌,对于粉化疏松层可进行加固处理,不是简单的铲除清理。然后再进行涂装,使用硅树脂透明涂料可做到修旧如旧,历史的痕迹得到了保留,延长了文物古迹的寿命。
3 结 语
硅树脂透明涂料经检测证明具有突出的耐久性,优异的防水性和透气性。不仅适用于新的混凝土建筑,保持混凝土的本色,而且适用于粘土砖和石材类建筑,还可用于古建筑的维修,做到修旧如旧。
