混凝土专用改性环氧防水防腐涂料

梁利岩1，2，史 珺1，2，胡德焯1，黄小梅1，巴光明1

(1.中科院广州化学有限公司，广东广州，510650;2.中国科学院纤维素化学重点实验室，广东广州，510650)

作者简介: 梁利岩(1974—)，湖南怀化人，高级工程师，主要从事化学材料研究。

【摘 要】 在高渗透环氧化学灌浆材料的基础上，开发了一种混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5。本文介绍了防水防腐涂料的主要性能，初步探讨了它的渗透性能，并考察了不同用途下涂料的耐腐蚀性能。结果表明，防水防腐涂料YDS－5不仅具有独特的渗透性能、优异的力学性能，还具有良好的抗渗耐腐蚀性能。以涂料为基液制备成环氧砂浆后具有较高的抗冲击耐磨强度，应用前景广泛。

【关键词】 环氧树脂; 渗透性; 耐腐蚀; 涂料

混凝土防水防腐涂料是建筑材料的一个重要组成部分，其性质在建筑材料中属于功能性材料，建筑防水防腐效果的好坏，关键在于防水防腐材料是否具有良好的综合性能。做好混凝土结构的防水与防腐处理是提高混凝土工程耐久性的重要措施。

水泥的固结过程是由它的水化反应实现的。由于游离水的存在，不可避免地会产生毛细孔道，若这些毛细孔道前后连贯，则形成渗水通道，出现渗漏现象的可能性就很大，这就是很多水泥混凝土制品需要“防水”的内在原因。现有防水材料如各种卷材施工相对复杂，先要对混凝土基面进行处理，然后铺防水层，最后还要对防水层加保护层。另外，聚脲、聚氨酯、丙烯酸酯等防水涂料粘度较大，只是在混凝土表层形成一定厚度的涂层，且这些涂料与混凝土潮湿基底的粘结强度很低，材料与基底容易产生明显的界面缺陷，从而产生整体剥离而失去防水效果，无法满足工程对进度以及高标防腐防渗的要求。

渗透型环氧防水涂料具有良好的渗透性能，它能沿着水泥水化时产生的毛细通道渗入混凝土内，材料固结后与混凝土具有较高的粘结强度，从而能够避免一般防水防腐蚀材料与基底产生明显界面的缺陷; 另外，涂料在基底表面也形成具有一定厚度的憎水补强防水防腐涂层。通过表层与渗透层的共同作用，达到彻底防水抗渗耐腐，从而提高混凝土结构耐久性。因此，开发渗透型防水防腐涂料具有重要的理论意义和实际应用价值。本文将对混凝土专用渗透型改性环氧防水防腐涂料的力学性能和防腐蚀性能进行研究和探讨。

1 实验

1．1 原材料

混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5，双组分产品，中科院广州化学有限公司生产，主要原材料为环氧树脂、丙酮、改性胺以及各种助剂。

1．2 试样制备方法

1.2.1 本体耐腐蚀性能试验

将YDS－5甲组分和乙组分按照一定比例混合后，将浆液倒入模具(2cm×2cm×2cm)固化成型，经养护、拆模后得到本体耐腐蚀试样。

1.2.2 涂层耐腐蚀性能试验

取2cm×3cm×5cm水泥砂浆块，将其中最大的一个表面分3次、按1kg/m2涂刷新配制的YDS－5涂料，其余5个表面采用石蜡进行蜡封。

1.2.3 环氧砂浆耐腐蚀性能试验

将砂、水泥粉等按一定比例混合均匀，然后将新配制的涂料加入其中，涂料添加量为总质量的16%。搅拌混匀后倒入模具(2cm×2cm×2cm)，经固化养护成型得到环氧砂浆试样。

1．3 试验方法

试样力学性能试验依据《混凝土裂缝用环氧树脂灌浆材料》(JC/T1041—2007)所规定方法执行。

耐腐蚀性能参考标准《环氧树脂地面涂层材料》(JC/T1015—2006)所规定方法执行。将试样浸于不同化学介质液面以下，室温(25℃)下静止浸泡168h，之后取出进行重量分析。

2 结果与讨论

混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5是在自主知识产权的高渗透环氧化学灌浆材料的基础上研发的新材料。它秉承了灌浆材料渗透性能优、力学强度高和耐腐蚀性能好的特点，它可渗入K=10－8cm/s的介质(电子显微镜观测到其在1μm的裂隙中完整充填)，并与之固结; 对混凝土、砂、天然石块、陶瓷、金属等都有较强的粘结力，可对混凝土起到修复补强作用; 同时对酸、碱、盐及尿素等具有良好的耐腐蚀作用。混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5的主要物理力学性能如表1所示。

表1 YDS－5涂料的物理力学性能

续表1

从表数据可以看出，YDS－5具有极低的初始粘度，这为它具有优异渗透性提供了前提，加之其本身配方设计中的亲水但又驱水组分的特性，使它具有优异的渗透性能。它能沿着水泥水化时产生的毛细通道渗入混凝土内，YDS－5对混凝土的渗入深度可达2～6mm，并在其中固结，从而阻止外来水的渗入。同时，由于涂料的粘结性能很高，干粘结强度达到5.5 MPa，湿粘结强度为4.4MPa，这使得涂料与基底混凝土具有良好的粘结力，从而能够避免一般防水防腐材料与基底产生明显界面的缺陷。也正是由于涂料的粘度很低及干、湿粘结强度都很高，因而施工工艺简单，直接在基底表面涂刷即可。对基底含水量不苛求，水泥砂浆及混凝土硬化后只要表干即可涂刷施工。图1为涂料YDS－5对水泥砂浆块的渗透切割截面图，可以看出，涂料对水泥砂浆块具有良好的渗透性，涂料的渗透深度达到5mm以上。水滴在经涂料渗透处理的地方呈水珠状(如图1B所示)，而在未处理的水泥砂浆块上，水滴是完全铺展开的，这说明经渗透处理的水泥砂浆具有良好的抗渗性能。涂料的抗渗性能经专用渗透仪测试，其渗透压力达到1.3MPa，达到较高的抗渗等级。

图1 高渗透环氧防水防腐涂料YDS－5的渗透性能

(照片说明: ①环氧砂浆层，②高渗环氧防水防腐涂料渗入水泥砂浆块中，③纯水泥砂浆，④水滴在已渗入防水防腐涂料的水泥砂浆块上呈水珠状，⑤水滴在纯水泥砂浆面完全铺开)

为了考察混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5的耐腐蚀性能，我们采用了三种制样模式进行: ①防腐涂料本体立方块; ②防腐涂料涂层; ③环氧砂浆。重点考察三种试样对酸、碱、盐及尿素的耐腐蚀性能。

表2为混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5本体样品抗腐蚀性能。涂料本体样品经固化后呈棕褐色，经水、酸、碱、盐及尿素处理后，除了经酸处理的样品表面颜色稍变为棕黄色外，其他无任何变化。表观无起泡、开裂等现象。我们对其处理前后的重量进行比较，发现他们重量都有所增加，不过其重量变化率均在0.3%以下。

表2 YDS－5本体样品抗腐蚀性能

与涂料本体防腐性能相似，涂料涂层同样具有良好的防腐蚀性能(见表3)。涂层面无起泡、无剥落等现象。不过，采用酸处理涂层试样的重量变化率相对比较高，这主要是由于水泥砂浆块的其他五个面是采用蜡封，而蜡与水泥砂浆块的粘结力不高，只要蜡封有缺陷，酸液容易从缺陷处侵蚀水泥砂浆块，长时间的侵蚀会导致该处的蜡封局部剥离，进而导致试样吸水增重。这也是非渗透型防水防腐涂料的通病。非渗透型涂料涂覆在混凝土或水泥砂浆表面，在没有任何缺陷时，涂料也具有良好的防水防腐蚀性能。当涂料出现一个小缺陷时，水或其他腐蚀液容易从缺陷处慢慢侵蚀。随着时间的推移，侵蚀液会不断侵蚀里面的混凝土，导致混凝土表面的涂层逐步剥离，最终导致防水防腐失败。

表3 YDS－5涂层抗腐蚀性能

由于防水防腐涂料YDS－5初始粘度很低，因此除了可以作为涂料直接涂刷、辊涂等使用外，它还可以用作制备环氧砂浆或环氧胶泥，通过提高防护层强度和厚度，更有效地提高材料的抗渗防腐等级。环氧砂浆的制备方法很简单，以新配制的涂料代替水将砂、水泥、粉煤灰、石粉等材料拌和均匀即可作为环氧砂浆使用。环氧砂浆中涂料添加量可根据不同水泥与砂的配比调整，一般为砂浆总质量的15%～18%。

表4为以涂料YDS－5为基液，添加量为16%的YDS环氧砂浆的主要力学性能，可以看出，环氧砂浆的力学强度都很高，7d抗压强度达到70MPa以上，最终强度接近100MPa，特别是环氧砂浆的抗冲磨强度远高于目前水电站常用的抗冲磨材料。由于水泥等粉料与砂的粗细度不一样，它们之间的不同配比对环氧砂浆最终的密实程度影响巨大。由表4可以看出，在一定范围内，水泥等粉料与砂的配比的变化，对环氧砂浆的抗压强度影响不大。而对环氧砂浆的抗冲磨强度则影响巨大。

表4 YDS环氧砂浆主要力学性能

YDS环氧砂浆不仅具有高强的力学强度，其抗腐蚀性能也非常优异，见表5。由于环氧涂料(基液)本身具有优异的耐腐蚀性能(见表2)，砂和水泥粉等作为填料完全被包裹在环氧基液之中，形成了一种名副其实的环氧复合材料，因此对酸、碱、盐等都具有良好的耐腐蚀性能。无论是重量变化率还是抗压强度都变化很小，环氧砂浆表观也无明显变化。

图2 C45混凝土与YDS环氧砂浆样品的抗冲磨试验效果

表5 YDS环氧砂浆抗腐蚀性能

综上所述，混凝土专用改性环氧防水防腐涂料YDS－5具有如下技术特点: ①本涂料最大的特点是具有独特的渗透性能，渗入0.001mm的微裂隙; ②优异的粘结性能，对无机及大部分有机材料具有较强的粘结强度。③施工工艺简单，不必设置找平层，涂刷后不用保护层，可在潮湿无明水的基面上涂刷，工效快捷。④涂层具有优良的抗渗性、抗腐蚀性和耐老化性能。⑤固结体无毒，对环境无污染。

图3 YDS环氧砂浆的耐腐蚀性能

3 结语

在自主知识产权高渗透环氧化学灌浆材料的基础上，开发了一种混凝土专用环氧防水防腐涂料。涂料具有独特的渗透性能、优异的力学性能以及较强的耐腐蚀性能。它对混凝土的渗入深度可达2～6mm，并在其中固化，与混凝土的粘结强度超过5MPa，涂料的抗渗压力达1.3MPa。无论是作为涂层，还是制备为环氧砂浆使用，涂料均表现出对酸、碱、盐及尿素具有良好的耐腐蚀作用，适用于港口码头、堤岸及化工厂、地铁管片的防腐处理。

参考文献

［1］牛光全. 论建筑防水材料的新进展［J］. 新型建筑材料，2007，8: 21－25.

［2］梁利岩，史珺，巴光明，何泳生.锦屏一级水电站煌斑岩化学灌浆机理浅析［A］.中国水利学会地基与基础工程专业委员会第十一次全国学术技术研讨会论文集［C］.北京: 中国水利水电出版社，2011.

［3］李长祥. 混凝土桥梁防水与防腐［J］. 公路交通科技(应用技术版)，2011，8: 229－230.

［4］张广照，何泳生，冼安如，叶林宏. 高渗透性环氧防水材料及其在防水工程中的应用［A］.全国防水技术经验交流会暨第三届防水技术专业委员会学术年会论文集［C］.中国建筑学会施工、建材学术委员会防水技术专业委员会，1995: 2.

［5］何泳生，洗安如，张广照，叶林宏，赵汝俭. 高渗透性环氧系化学灌浆材料——YDS浆材的研究［J］. 高分子材料科学与工程，1993，5: 139－143.

［6］冼安如，何泳生，叶林宏. 高渗透性环氧系灌浆材料及其应用［J］. 长江科学院院报，2000，6: 35－37.