摘要：研究了環(huán)氧基底涂用于混凝土表面時，噴涂聚脲后的粘結(jié)強度和封閉性能，分別考察了薄漿型、厚漿型和薄刮膩子型環(huán)氧底涂以及它們之間的復(fù)合使用情況，發(fā)現(xiàn)與聚氨酯類封閉底涂相比，環(huán)氧基底涂可以使界面的附著力更高，薄漿型與厚漿型復(fù)合使用效果更佳，且噴涂前，在處理好的已實干的底涂層上涂覆偶聯(lián)劑溶液能夠有效提高界面的粘結(jié)強度。
關(guān)鍵詞：聚脲;底涂;附著力;粘結(jié)強度
0.前言
噴涂聚脲是基于聚氨酯雙組分涂料發(fā)展起來的一種新型材料，已成功應(yīng)用于防水、防腐、地坪、耐磨等領(lǐng)域，據(jù)美國聚脲發(fā)展協(xié)會的統(tǒng)計，在聚脲應(yīng)用領(lǐng)域中，混凝土防護占總量的60%。與常規(guī)的混凝土表面防護材料相比，聚脲具有許多優(yōu)異的理化性能，它對環(huán)境溫度、濕度有很強的容忍度，低溫韌性好、防腐、耐磨、抗?jié)窕?、耐老化、抗熱沖擊，并具有良好的耐介質(zhì)性能，是一種優(yōu)異的混凝土耐久性防護涂層[1-4]。聚脲在混凝土上應(yīng)用必須使用專門的底涂材料，底涂的作用主要有2個：一是封閉混凝土底材表面毛細孔中的空氣和水分，避免聚脲涂層噴涂后出現(xiàn)鼓泡和針孔現(xiàn)象;二是其可以起到膠粘劑的作用，提高聚脲涂層與混凝土底材的粘結(jié)強度，提高防護效果。本文以環(huán)氧樹脂為基體，分別配制了薄涂型、厚涂型、膩子3種底漆體系，用于混凝土表面，比較了其在使用上和性能上的優(yōu)缺點，分析了在混凝土基面上噴涂聚脲導(dǎo)致粘結(jié)性能不好的主要原因，并提出了改進措施。
1.實驗部分
1.1原材料
環(huán)氧樹脂E-51、固化劑、填料、偶聯(lián)劑等。
1.2儀器與設(shè)備
電子萬能拉力試驗機、鋼拉拔頭。
1.3試樣制備
試驗用70mm×70mm×70mm的混凝土試塊，表面無浮灰和油污，抗壓強度應(yīng)>40MPa(本試驗中實際使用的試塊抗壓強度在60MPa左右)。在試塊表面用相應(yīng)界面處理劑進行處理，并按照相應(yīng)的要求養(yǎng)護足夠的時間。噴涂前在試塊中心留出40mm×40mm的表面，其余表面部分用紙或膠帶覆蓋，然后在試塊表面噴涂聚脲，噴涂厚度為(1.5±0.1)mm，在室溫條件下放置，5d后用合適的膠粘劑粘結(jié)金屬拉拔接頭，7d后進行拉拔測試。
1.4性能測試
粘結(jié)強度用電子萬能拉力試驗機進行測試。
粘結(jié)強度按下式計算：
式中：σ——粘結(jié)強度，MPa;
Fm——最大荷載，N;
A——粘結(jié)面積，mm2。
單個試件的粘結(jié)強度值精確至0.01MPa。
2.結(jié)果與討論
2.1混凝土基面的封孔
聚脲采用熱噴涂的方式進行施工，但混凝土是一種多孔的材料，其表面分布著很多大小不一的孔洞，聚脲噴涂在混凝土表面后，孔洞內(nèi)封閉的空氣受熱膨脹，在聚脲還未來得及凝膠之前就破孔而出，造成噴涂后的表面仍留有未封閉的孔洞，孔洞越深，這種現(xiàn)象越明顯。要封閉這些孔洞，可以通過兩種方法解決：1)所用底涂在施工狀態(tài)時有很好的流動性，能夠在外力推展的過程中借助重力和外力的一定輔助作用流入這些孔洞，在固化后起到有效填平的作用，但如果涂層太薄，孔洞內(nèi)一部分空氣被底涂所置換，另一部分空氣被封閉在孔洞中，由于涂層的固化有一定的時間，因此空氣可能在涂層未來得及固化之前頂破稀薄的涂層留下微孔，造成封孔失敗;2)所用底涂為厚漿型底涂，可以在混凝土表面形成較為均勻且有一定厚度的面層，將孔洞完全覆蓋。但厚漿型底涂流動性很差，基本上起不到滲透填孔的作用，沒有表面的機械互鎖作用，粘結(jié)作用受到一定影響，需要通過其它界面作用增強粘附力。目前市場上主要有以下幾類封底材料：1)外墻膩子或JS防水涂料，都屬于厚涂型材料，封閉效果好，但附著力較差;2)單組分聚氨酯底涂，屬于薄涂型材料，封閉效果較差，附著力要比前一種高，但使用起來不穩(wěn)定;3)聚氨酯雙組分底涂，封閉效果較好，附著力很高，而且性能較為穩(wěn)定，但因為多異氰酸酯對水敏感，對潮濕基面并不適用。我們分別配制了3種狀態(tài)的環(huán)氧底涂：薄漿環(huán)氧底涂、厚漿環(huán)氧底涂、薄刮型環(huán)氧膩子。在試驗過程中，發(fā)現(xiàn)薄漿環(huán)氧底涂粘度低、流動性好，有較好的滲透作用，但由于涂層過薄，粘附力受到較大影響;厚漿環(huán)氧底涂粘附力很好，但封閉時存在破孔現(xiàn)象;環(huán)氧膩子封孔不存在問題，而且由于環(huán)氧樹脂較強的粘結(jié)能力，界面的粘附力也未受到影響，不過考慮到施工時費時費力，可以把薄漿型環(huán)氧底涂和厚漿型環(huán)氧底涂復(fù)合起來進行兩道涂覆使用較為合理，既解決了封孔和粘結(jié)問題，使用起來可以用噴涂、輥涂、刷涂等多種方式進行，也較為簡便易行。
2.2粘結(jié)強度(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))
聚脲是一種快速反應(yīng)型材料，凝膠時間通常在10s左右，表干時間通常也小于1min，雖然在施工和使用時這是一個很大的優(yōu)點，可以快速施工、快速使用，但同時也帶來一個顯著的缺點，那就是與基材的浸潤時間不夠，導(dǎo)致與基材的附著力不高，合適的底涂材料在使用后應(yīng)該能明顯增強聚脲與混凝土基材間的附著力。
2.2.1對市售商品底涂材料的粘結(jié)性能測試
我們測試了一些市場上商品底涂材料的粘結(jié)強度，所用的聚脲凝膠時間為6s，結(jié)果如表1所示。
表1 不同界面處理劑的粘結(jié)強度比較
JS防水涂料自身強度不高，甚至低于直接在混凝土上噴涂聚脲的粘結(jié)強度，在界面破壞形式中表現(xiàn)為材料自身的破壞。單組分聚氨酯底涂對界面附著力有所改善，雙組分聚氨酯底涂的粘結(jié)效果略強于單組分聚氨酯底涂。
2.2.2不同環(huán)氧底涂處理后的粘結(jié)強度測試(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))
分別采用A~E(對應(yīng)5種不同的底涂處理措施)對混凝土進行不同處理后，分別用凝膠時間為6s和凝膠時間為15s的聚脲(分別編號為1和2)在表面噴涂后測試粘結(jié)強度，結(jié)果見表2。
其中A~E對應(yīng)底涂處理措施如下：
A：環(huán)氧薄漿;
B：環(huán)氧厚漿;
C：環(huán)氧薄漿底涂，表干后涂環(huán)氧厚漿;
D：環(huán)氧薄漿底涂，表干后涂環(huán)氧厚漿，實干后在噴涂聚脲前2h涂5%的偶聯(lián)劑KH550的乙醇溶液;
E：環(huán)氧薄刮型膩子;
1：用凝膠時間為6s的聚脲噴涂;
2：用凝膠時間為15s的聚脲噴涂。
例：B2即指用環(huán)氧厚漿進行表面處理，實干后噴涂凝膠時間為15s的聚脲。
表2 不同環(huán)氧底涂處理后粘結(jié)強度比較
使用薄漿型環(huán)氧底涂能提高附著力，但幅度不大，說明其雖有較好的滲透性能，但由于涂層過薄，不能有效提高粘結(jié)強度。而厚漿型環(huán)氧底涂附著力明顯提高，其與薄漿型環(huán)氧底涂兩道聯(lián)用附著力進一步提高且數(shù)據(jù)離散性變小，說明薄漿型環(huán)氧底涂能夠明顯改善與混凝土間的界面性質(zhì)，再涂覆厚漿環(huán)氧底涂時能明顯提高封孔效率，同時增進附著力。環(huán)氧薄刮型膩子的粘結(jié)強度高于薄漿型環(huán)氧底涂和厚漿型環(huán)氧底涂以及它們的兩道聯(lián)用，原因很可能在于：環(huán)氧型底涂作為聚脲與混凝土間的界面劑，與混凝土表面的粘結(jié)強度很高，破壞主要取決于它和聚脲層的粘結(jié)強度，環(huán)氧膩子較為粗糙的表面增加了聚脲與它的粘結(jié)力，從而使體系的粘結(jié)強度提高。噴涂聚脲前在待噴涂基面上刷涂偶聯(lián)劑溶液，能有效提高界面的粘結(jié)強度。在實際施工中，往往在混凝土基面上做過底涂處理后，因為種種原因不能按時施工，最合理的施工方式一般都是在界面處理完成后的1~2d內(nèi)完成，放置時間延長后，粘結(jié)強度會隨時間延長而減小。在施工間隔較長的情況下，可以考慮在清潔表面后，采用刷涂偶聯(lián)劑溶液的方法來提高粘結(jié)強度。測試結(jié)果表明：同樣的底涂材料，使用不同凝膠時間的聚脲進行噴涂，凝膠時間越長，界面粘結(jié)強度越高，直至超過混凝土的抗拉強度。說明選用較好的底涂材料，在混凝土抗拉強度較低的情況下粘結(jié)強度已足夠，會高于混凝土的抗拉強度，而當(dāng)混凝土抗拉強度較高時，體系的最弱點仍在底涂材料與聚脲的界面，這種情況下如果想進一步提高體系的粘結(jié)強度，最好的辦法是適當(dāng)?shù)匮娱L聚脲的凝膠時間。
3.結(jié)語
(1)在混凝土表面噴涂聚脲施工中，相比于使用聚氨酯類底涂材料，使用環(huán)氧底涂材料能夠使界面附著力更高。(2)環(huán)氧厚漿底涂與環(huán)氧膩子的使用均能大幅提高聚脲與混凝土之間的粘結(jié)強度，考慮性能與施工性，將環(huán)氧薄漿與環(huán)氧厚漿底涂復(fù)合使用效果最佳。(3)噴涂聚脲之前，在實干后的環(huán)氧底涂層上涂覆KH550偶聯(lián)劑的乙醇溶液，能明顯提高界面附著力，在實際施工中可參考使用。(4)在混凝土抗拉強度不是很高的情況下，環(huán)氧基底涂作為其與聚脲的界面劑，粘結(jié)強度已經(jīng)足夠了，如果混凝土抗拉強度很高，需要提高聚脲的凝膠時間來改善附著力。
