关键词：聚脲涂层；环氧涂层；抗冻性；涂层混凝土；耐久性
0引言
我国正处于经济高速发展时期，大量的海上构筑物，如跨海大桥、海洋钻井平台已经或即将兴建，这些构筑物处于恶劣的海洋环境下，保证其长期安全的使用成为工程界关注的重点。据铁道部2000年桥隧抽检汇总资料统计，全国混凝土梁有较严重裂损等缺陷的共计6529座，占混凝土梁总数的5.7%。青藏高原常年处于低温环境下，随季节变化不断融化、冻结，青藏铁路路基已经出现冻融破坏，有些单位采用环氧、聚氨酯涂层来修复，效果也不好，因为它们无法忍受-45~25℃的剧烈温差，导致涂层开裂，失去防护效果。混凝土保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。环氧（Epoxy，简称EP）涂料体系是目前最常用也是应用较广的一类材料，它由环氧封闭底漆、厚浆型环氧云铁中间漆/环氧沥青中间漆、氯化橡胶面漆/丙烯酸聚氨酯面漆组成。喷涂聚脲弹性体（SprayPolyureaElastomer，简称SPUA）是近年来兴起的一种新型环保多功能防护材料［1］。SUPA材料具有以下优异的性能：（1）快速固化，可在任意曲面、斜面、垂直面及顶面连续喷涂成形，不产生流挂现象，5s凝胶，1min后便可达到步行强度；（2）一次成形的厚度不受限制，克服了多层施工的弊端；（3）原形再现性好，无接缝，美观实用；（4）防腐性能优异。SPUA材料致密、连续、无接缝，有效地阻止了外界腐蚀介质的侵入。由于其优异的柔韧性和高强度，完全能够抵御昼夜、四季环境温差对被保护物体造成的热胀冷缩，不会产生开裂和脱落现象；施工效率高，采用成套喷涂、浇注设备，输出量大，施工方便，可连续操作，单机日喷涂量达1500m2以上。目前结合京沪高速铁路聚脲防护工程，开展了前期机械化施工技术，施工速度提高5~10倍［2］。
1试验方法
1.1原料及试样制备
实验用混凝土试样的配比如表1所示，其尺寸为100mm×100mm×400mm。混凝土保护涂层采用聚脲体系和环氧体系，其中聚脲体系包括快速修补腻子、聚氨酯底漆和聚脲涂层。聚脲体系（Qtech-550）由青岛理工大学功能材料研究所制备；环氧体系（EP）采用环氧封闭底漆、厚浆型环氧云铁中间层和丙烯酸聚氨酯面漆。
表1混凝土试样的配比 kg/m3
由于混凝土试样表面需覆盖涂层，为了确保涂料与试样之间的附着力，用纱布蘸丙酮对试样表面进行清洗，洗去油渍和污物。然后采用快速修补腻子填补混凝土表面的孔洞及缺陷，直至试样表面无孔且平整。涂刷EP的试样干燥后，用底漆进行表面处理，再涂刷2道中间漆和2道面漆，共计膜厚400μm，2次涂刷时间间隔至少2h；喷涂SPUA涂层的试样直接喷涂到设计厚度1.5mm。上述工序完成后，在温度为（22±2）℃和相对湿度为（50±5）%的空气中放置，使其干燥7d后备用。
1.2冻融循环实验
混凝土的冻融循环试验按照GBJ82—85《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。溶液浓度对混凝土的除冰盐剥落性能影响较大，其浓度过高或过低，混凝土剥落都会减小，即存在一个临界质量分数。文献［3］报道质量分数为3.5%的NaCl溶液对混凝土腐蚀最为严重。本试验采用质量分数为3.5％的NaCl溶液。
2实验结果及分析
表2为混凝土保护涂层随冻融循环次数增加的表面情况。从表2中可以看出：EP涂层经50次冻融循环就开始出现微裂纹，250次冻融循环时EP涂层已经大面积脱落，而Qtech-550涂层经300次冻融循环，表面仍完好无损。
表2混凝土保护涂层冻融过程中的表面情况
图1~2为Qtech-550涂层混凝土、EP涂层混凝土和无涂层混凝土试样冻融循环后的质量和相对动弹模量的变化情况。
图1混凝土的质量随冻融循环次数的变化规律
图2混凝土的相对动弹模量随冻融循环次数的变化规律
从图1中可以看出：经过150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95%达到破坏，说明混凝土在NaCl溶液中遭受冻融循环后质量损失非常严重。EP涂层混凝土在100次冻融循环后，混凝土质量开始增加，可能是NaCl溶液通过表面涂层的裂缝渗透到混凝土内部；经150次冻融循环后，混凝土质量开始下降，可能是冻融破坏使混凝土表面脱落，混凝土脱落的质量大于溶液渗透到混凝土内部的质量，从而导致EP涂层混凝土质量下降。Qtech-550涂层混凝土经300次冻融循环后，其质量没有明显的变化。从图2中可以看出：无涂层混凝土相对动弹模量下降很快，150次冻融循环后下降到60%以下。EP涂层混凝土经100次冻融循环后，相对动弹模量开始下降，到150次冻融循环时，相对动弹模量下降16%，可能是由于NaCl溶液通过涂层的裂缝渗透到混凝土内部，经冻融循环后体积膨胀，而EP涂层较脆，导致涂层开裂，从而使更多的NaCl溶液渗透到混凝土内部，加速了混凝土的破坏，这也是EP涂层混凝土质量增加的原因。到250次冻融循环后，混凝土表面的涂层完全脱落，丧失了保护能力，以致于EP涂层混凝土的相对动弹模量急剧下降，下降到60%以下达到破坏。而Qtech-550涂层混凝土经过300次冻融循环后，其相对动弹模量仅降低8%，可能是在涂层喷涂时留下缺陷，在冻融循环过程中NaCl溶液透过缺陷渗透到混凝土内部，导致Qtech-550涂层混凝土相对动弹模量有所下降。显然Qtech-550涂层能显著改善混凝土的抗冻融性能，这是其它常规防护涂层所不具备的耐久性。
3结语
研究结果表明：环氧EP涂层混凝土在50次冻融循环开始出现裂缝，250次冻融循环后涂层完全剥落，相对动弹模量下降到60%以下，失去防护效果。聚脲Qtech-550涂层混凝土表现出很高的抗冻融性，经300次冻融循环后表面完好无损，相对动弹模量略有下降。
