張志增 ，張?jiān)迄i ，李松凡 ，陳一飛 ，李芳 ，柳志丹 ，陳軍程 ，秦鈺娟

（1.中原工學(xué)院 建筑工程學(xué)院，河南 鄭州 450007；2.玉溪市江通高速公路有限公司，云南 玉溪 652600；3.河南高速公路發(fā)展有限責(zé)任公司，河南 鄭州 450052）

0 引言

清水混凝土保護(hù)劑是指既能夠提高混凝土的耐久性，又能保留混凝土本色與質(zhì)地的一種高新技術(shù)產(chǎn)品[1]。清水混凝土保護(hù)劑通過表面成膜或發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)生成新物質(zhì)，從而達(dá)到良好的防護(hù)效果。在我國很多標(biāo)志性清水混凝土建筑在后期均采用涂刷清水混凝土保護(hù)劑來提高其耐久性[2]。

清水混凝土保護(hù)劑根據(jù)其使用的環(huán)境，應(yīng)具有比較突出的一種或幾種性能，例如寒冷地區(qū)對(duì)混凝土的抗凍性要求很高等[3]。在我國北方寒冷地區(qū)，混凝土的凍融破壞已經(jīng)表現(xiàn)的日益突出，因此，選用對(duì)混凝土抗凍融效果好的清水混凝土保護(hù)劑非常重要。

目前，市場上的清水混凝土保護(hù)劑主要有丙烯酸樹脂、有機(jī)硅樹脂和氟碳聚合物等[4]，大量實(shí)踐證明，清水混凝土保護(hù)劑確實(shí)對(duì)混凝土的抗凍融能力有一定的影響，但缺乏足夠的數(shù)據(jù)證明在混凝土抗凍融方面的具體情況，從而制約了清水混凝土保護(hù)劑的進(jìn)一步發(fā)展，開展清水混凝土保護(hù)劑對(duì)混凝土抗凍融性能的評(píng)價(jià)十分有必要。本研究采用目前市場上主流的幾種清水混凝土保護(hù)劑，考察其對(duì)混凝土抗凍融性能的影響。

1 試驗(yàn)

1.1 試件的制備和養(yǎng)護(hù)

水泥：鄭州天瑞P·O42.5水泥；河砂：表觀密度2600 kg/m3，堆積密度1580 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.48，含泥量5.3%；碎石：5～20 mm連續(xù)級(jí)配，表觀密度2890 kg/m3，堆積密度1600 kg/m3，吸水率1.9%；減水劑：德國西卡，主要成分聚羧酸鹽，減水率30%?；炷翉?qiáng)度按C40配制，水灰比為0.5，經(jīng)過多次適配，得到具體配合比見表1。

表1 混凝土的配合比 kg/m3

成型100 mm×100 mm×400 mm的長方體混凝土試塊，為了不影響混凝土表面涂裝，澆筑時(shí)不使用脫模劑[5]。試塊成型48 h后拆模，將其放入溫度20℃、相對(duì)濕度95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)至28 d齡期，然后放入60℃的烘箱中干燥48 h，取出試件待冷卻至室溫后備用。

1.2 試件的涂裝

本試驗(yàn)采用丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系為QD-700丙烯酸樹脂透明保護(hù)底漆和QD-900丙烯酸樹脂透明保護(hù)面漆，深圳市清典建材科技有限公司；有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系為LB有機(jī)硅清水混凝土保護(hù)劑底漆和LB有機(jī)硅清水混凝土保護(hù)劑面漆，北京市藍(lán)寶新技術(shù)股份有限公司；氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系為QD-100氟碳樹脂透明保護(hù)劑底漆和QD-300氟碳樹脂透明保護(hù)劑面漆，深圳市清典建材科技有限公司。試件涂刷步驟如下：

（1）將養(yǎng)護(hù)至28 d的混凝土試件取出，用砂紙、銼刀對(duì)其表面進(jìn)行打磨，清理表面的空鼓、砂包等缺陷，并將混凝土試件表面的棱角進(jìn)行倒角處理，然后用干抹布擦干凈待用[6]。

（2）混凝土試件采用輥涂處理，先涂刷底漆，后涂刷面漆，每種類別清水混凝土保護(hù)劑分5種涂刷方式，分別為：①2層底漆；②2層面漆；③1層底漆+1層面漆；④2層底漆+2層面漆；⑤3層底漆+3層面漆。采用每個(gè)涂層橫豎各涂刷1遍的方法，盡量保證涂刷均勻且無遺漏，參照保護(hù)劑廠家提供資料，上一道涂層與下一道涂層涂刷間隔為6 h。

（3）待涂層混凝土試件表面漆刷完畢后，放置于室內(nèi)干燥環(huán)境72 h，另外制作空白試件（無涂層）用作對(duì)比。

1.3 混凝土的凍融循環(huán)試驗(yàn)

（1）根據(jù)GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》中的快凍法測試混凝土試件在水凍水融條件下，經(jīng)受相同的快速凍融循環(huán)次數(shù)后的性能變化來表示抗凍性能。

（2）采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體混凝土試件，每組3塊，對(duì)試件進(jìn)行編號(hào)，稱量初始質(zhì)量記為W0i，測試橫向基頻初始值記為f0i。

（3）將混凝土試件放入凍融箱的試件盒內(nèi)并注入清水，且盒內(nèi)水位高度高于試件頂面5 mm。

（4）運(yùn)行混凝土快速凍融系統(tǒng)，并設(shè)置試件中心最低溫度-18℃，最高8℃，融解時(shí)間60 min，冷凍時(shí)間100 min。

（5）每25次凍融循環(huán)取出試件，清洗并擦干表面水分后，測量試件的質(zhì)量Wni及橫向基頻fni。

凡達(dá)到以下3種情況之一即可停止試驗(yàn)：①已達(dá)到300次循環(huán)；②相對(duì)動(dòng)彈性模量下降到60%以下；③質(zhì)量損失率達(dá)5%。

2 結(jié)果與討論

將靜置完畢的涂層混凝土試件放入凍融箱試件盒內(nèi)開始試驗(yàn)，凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到150次時(shí)，取出試件進(jìn)行抗凍性測試。

2.1 涂刷2層底漆對(duì)混凝土抗凍性的影響（見圖1）

圖1 涂刷2層保護(hù)劑底漆對(duì)混凝土抗凍性的影響

由圖1（a）可以看出，涂有清水混凝土保護(hù)劑的混凝土試件相比基準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率均有所減小，混凝土試塊的質(zhì)量均為先略有增加，達(dá)到一定的凍融循環(huán)次數(shù)后質(zhì)量開始減小。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑底漆的試件質(zhì)量損失率分別為1.09%、1.12%、1.42%，其中涂刷氟碳類和有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑底漆的質(zhì)量損失率相差不大，效果略好于涂刷丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑底漆的。主要原因是在凍融循環(huán)初期，進(jìn)行水凍水溶的混凝土試件孔隙不斷吸水導(dǎo)致其質(zhì)量略有增加，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致局部開始脫落，致使混凝土試件質(zhì)量開始減小，氟碳類清水混凝土保護(hù)劑底漆由于其為有機(jī)硅乳液和氟碳樹脂的復(fù)合，優(yōu)異的性能使其具備很好抗凍效果，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑底漆在本質(zhì)上為硅烷，有較好的防水效果，故二者的質(zhì)量損失率相差不大，且高于涂刷丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑的。

由圖1（b）可以看出，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量均呈下降趨勢，在初期下降速度較為緩慢且彼此相差不大，后期下降速度略有加快且逐漸差異化，涂刷3種清水混凝土保護(hù)劑底漆均在一定程度上減緩了相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑底漆的試件相對(duì)動(dòng)彈性模量分別為71.1%、72.2%和66.8%，其中氟碳類和有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑底漆效果最好且相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑底漆效果略差。主要原因是凍融循環(huán)前期保護(hù)劑可以有效阻止水分等有害介質(zhì)的侵蝕，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，混凝土試件不斷遭到熱脹冷縮作用的破壞，使得混凝土試件的動(dòng)彈性模量逐漸增大，其中氟碳類清水混凝土保護(hù)劑底漆為結(jié)合了有機(jī)硅乳液和氟碳樹脂的復(fù)合保護(hù)劑，而有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑底漆在本質(zhì)上為硅烷，硅烷可以滲透到混凝土內(nèi)部形成憎水層，從而在一定程度上阻止了水分在混凝土內(nèi)部的滲透和運(yùn)動(dòng)，減少了混凝土膨脹造成的拉應(yīng)力以及水分遷移和重排形成的壓應(yīng)力。

2.2 涂刷2層面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響（見圖2）

圖2 涂刷2層保護(hù)劑面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響

由圖2（a）可以看出，當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑面漆的試件質(zhì)量損失率分別為0.81%、1.07%、1.21%，對(duì)比涂刷同類別清水混凝土底漆的其質(zhì)量損失率均有所減小。由圖2（b）可以看出，3種清水混凝土保護(hù)劑面漆均能在一定程度上減緩混凝土試件相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑面漆的試件相對(duì)動(dòng)彈性模量分別為78.7%、73.4%和69.2%，其中氟碳類和有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑面漆效果最好且相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑面漆抗凍效果較差。

綜合圖1和圖2可以看出，同類別清水混凝土保護(hù)劑面漆具有更好的抗凍能力。

2.3 涂刷1層底漆+1層面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響（見圖3）

圖3 涂刷1層底漆+1層面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響

由圖3（a）可以看出，涂刷3種清水混凝土保護(hù)劑的試件相比基準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率均有所減小。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑的試件質(zhì)量損失率分別為0.71%、0.82%和1.12%，抗凍效果由好到壞依次為氟碳類＞有機(jī)硅類＞丙烯酸類。由圖3（b）可以看出，3種清水混凝土保護(hù)劑體系底漆面漆各1層均能在一定程度上減緩混凝土試件相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的試件相對(duì)動(dòng)彈性模量分別為79.6%、77.3%和68.6%，其中氟碳類和有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系效果最好且相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系抗凍效果稍差。

整體來看，對(duì)比同類別清水混凝土保護(hù)劑面漆效果相差不大，但效果好于同類別底漆。主要原因是，氟碳類保護(hù)劑成膜致密性高，有效阻止了水分等有害介質(zhì)的侵害從而在源頭上減少了凍害的發(fā)生，較好保護(hù)混凝土試件，而且配套的清水混凝土保護(hù)劑體系結(jié)合性能好，更能從整體發(fā)揮保護(hù)作用。

2.4 涂刷2層底漆+2層面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響（見圖4）

圖4 涂刷2層底漆+2層面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響

由圖4（a）可以看出，涂刷3種清水混凝土保護(hù)劑的試件相比基準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率均有所減小。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的質(zhì)量損失率分別為0.53%、0.63%和1.02%?？箖鲂Ч珊玫綁囊来螢榉碱悾居袡C(jī)硅類＞丙烯酸類。綜合圖3（a）和圖4（a）可以看出，隨著涂刷層數(shù)的增加，同類別清水混凝土保護(hù)劑體系的質(zhì)量損失率穩(wěn)步下降。主要原因是，凍融循環(huán)前期，涂層較少的混凝土試件容易較早出現(xiàn)保護(hù)層破壞，從而使抗凍能力下降，而增加涂層則可以較好的延緩保護(hù)層的破壞，從而提升混凝土試件的抗凍能力，混凝土脫落面積減少，質(zhì)量損失率減少。由圖4（b）可以看出，涂刷3種清水混凝土保護(hù)劑體系底漆面漆各2層均有效減緩了混凝土試件的相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的試件相對(duì)動(dòng)彈性模量分別為83.3%、80.4%和72.9%，其中氟碳類和有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系效果最好且相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系抗凍效果稍差。整體來看，比涂刷同類別清水混凝土保護(hù)劑體系底漆面漆各1層效果有較大提升，說明增加涂刷層數(shù)可以進(jìn)一步提高凍融循環(huán)環(huán)境下混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量。

2.5 涂刷3層底漆+3層面漆對(duì)混凝土抗凍性的影響（見圖5）

由圖5（a）可以看出，涂刷3種清水混凝土保護(hù)劑的試件相比基準(zhǔn)試件質(zhì)量損失率均有所減小。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑的試件的質(zhì)量損失率分別為0.32%、0.45%、0.91%。抗凍效果由好到壞依次為氟碳類＞有機(jī)硅類＞丙烯酸類。由圖5（b）可以看出，涂刷3種清水混凝土保護(hù)劑體系底漆面漆各3層可以很好的減緩混凝土試件相對(duì)動(dòng)彈性模量的下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)達(dá)到150次時(shí)，涂刷氟碳類、有機(jī)硅類和丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系的試件相對(duì)動(dòng)彈性模量分別為86.7%、83.2%和74.3%，其中氟碳類和有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系效果最好且相差不大，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系抗凍效果稍差。比涂刷同種類別清水混凝土保護(hù)劑體系底漆面漆各2層的保護(hù)效果有一定的提升，說明清水混凝土保護(hù)劑體系底漆面漆各2層沒有完全發(fā)揮保護(hù)劑抗凍效果，增加涂層仍然可以進(jìn)一步提升混凝土抗凍效果。

2.6 綜合分析

根據(jù)以上混凝土凍融循環(huán)試驗(yàn)結(jié)果可知，3種清水混凝土保護(hù)劑體系均能降低混凝土的質(zhì)量損失率，減緩混凝土的相對(duì)動(dòng)彈性模量下降速度。當(dāng)凍融循環(huán)次數(shù)達(dá)到150次時(shí)，面漆的抗凍效果優(yōu)于底漆；3種清水混凝土保護(hù)劑中，氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系抗凍性能最好，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系抗凍性能次之，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系抗凍性能最差；隨著清水混凝土保護(hù)劑體系涂刷層數(shù)的增加，3種清水混凝土保護(hù)劑體系的抗凍效果逐漸提升。

3 結(jié)論

（1）3種清水混凝土保護(hù)劑體系均能在一定程度上提高混凝土的抗凍性能。

（2）清水混凝土保護(hù)劑體系面漆對(duì)混凝土抗凍性能的提高要強(qiáng)于底漆。

（3）氟碳類清水混凝土保護(hù)劑體系對(duì)混凝土的抗凍效果最好，有機(jī)硅類清水混凝土保護(hù)劑體系次之，丙烯酸類清水混凝土保護(hù)劑體系效果最差。

（4）隨著清水混凝土保護(hù)劑體系涂刷層數(shù)的增加，3種清水混凝土保護(hù)劑體系的抗凍效果逐漸提升。