定量化可反向涂装的混凝土功能涂层制造技术

一种可以定量化设计抗裂性能、具有定量化显示混凝土裂缝宽度功能的混凝土功能涂层系统。这一涂层系统既可以正向涂装也可以反向涂装。本发明专利技术涉及的涂层系统是基于一个阶梯弹性涂层结构的物理模型，由表及里依次为表面涂层，提供耐候性保护或其它功能；中低弹性涂层，起到重要的承上启下过渡作用；高弹性中间涂层，承担能够抵御混凝土开裂裂缝的主要职能；混凝土封闭底涂涂层。其中封闭底涂以上三层涂层的弹性逐层向上递减，由大变小。可以应用于混凝土工程的防护、裂缝治理或混凝土表面其它特种功能涂层。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可以定量化设计、具有定量化显示功能的、可以正反双向涂装的混凝土功能涂层技术及实施方法。用于混凝土结构表面的防护、混凝土裂缝修补整治以及其它特种功能涂层。属于特种功能涂料与涂装工程领域。
技术介绍
钢筋混凝土一直被人们认为是牢固耐久的材料。上世纪70-80年代欧美日等国家开始认识到混凝土结构存在的腐蚀与碳化问题的严重性，提出并使用环氧树脂、聚氨酯等有机涂料对混凝土表面涂覆的防护方法。这样可以减少或防止二氧化碳、二氧化硫、水蒸气等有害气体侵入混凝土。保证桥梁等混凝土结构的耐久性。中国沿海以及内地混凝土桥梁腐蚀十分严重。对混凝土表面涂层防护的关注和应用始于21世纪初。在2007年颁布了交通行业专业标准JT/T695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐蚀涂装技术条件》。对重点混凝土桥梁工程开始进行涂层防护工作。现有混凝土表面防护技术一般是以环氧树脂或聚氨酯底涂作为封闭底涂，环氧云母氧化铁涂料、环氧玻璃鳞片涂料等为中间涂层，脂肪族聚氨酯涂料为面涂。从宁波到上海的杭州湾跨海大桥为主要代表的一系列重要桥梁实施的桥梁混凝土结构有机防护涂层大都采用这一涂层体系。但是这些涂层都属于刚性涂层。几乎没有不裂的混凝土。实际工程中，混凝土结构采用的原材料种类多，施工过程又漫长繁琐，结构形式多样，承受力形态复杂，使用环境条件多变。这些因素都可能引起混凝土裂缝。荷载作用下会引起裂缝。非荷载下的间接作用也会引起裂缝，如强迫变形受拉应变下的断裂裂缝，混凝土凝固收缩裂缝，温差引起的约束应力裂缝，强迫位移引起的约束应变裂缝，设计施工缺陷引起的裂缝。在耐久性环境作用下，混凝土会逐渐碳化或称中性化。碳化造成混凝土碱性降低。当pH值低于12时，钢筋会脱钝化。进而发生电化学腐蚀，造成钢筋锈蚀、体积膨胀，引起混凝土的涨裂。混凝土的碳化。二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙反应生成碳酸钙是造成碳化的主要原因。空气中的氯离子、二氧化硫、氮氧化物、硫酸根离子不仅都会与氢氧化钙反应，降低pH值，而且这些介质本身都是造成钢筋腐蚀的因素。混凝土必然要开裂，而刚性涂层是难以抵御混凝土的开裂裂缝的。钢筋混凝土中使用环氧树脂涂层钢筋是另一种防腐蚀方法。北美地区早在20世纪五六十年代就开始了环氧树脂钢筋的研发工作，并取得一些应用效果。我国在上世纪末期开始涂层钢筋与相应粉末及涂装技术研究，制定了有关涂层钢筋的《环氧树脂涂层钢筋》(JG3042-1997)行业标准。意在能够将这技术引进到我国各类大型工程项目中去。目前，环氧涂层主要用于钢筋混凝土结构物中的螺纹钢筋防腐。一种途径是使用环氧粉末涂料，在流水线上静电喷涂到预热的钢筋上，固化水冷后制成环氧涂层钢筋。由于环氧树脂涂层钢筋价格偏高，而且从工厂到浇筑混凝土之前要经历运输(易导致弯曲疲劳破坏)，切割(形成新的断口)和捆扎(涂层摩擦破坏)等多道工序，这些过程均会对钢筋涂覆层产生不利的影响，另外更重要的是硬化后的环氧树脂材料表面较光滑，表面能大大降低，与随后浇筑的混凝土之间的握裹力较差，结合强度无法与普通钢筋混凝土相比，成为较难逾越的困难问题。此外钢筋涂覆环氧涂层解决不了混凝土本身的碳化和腐蚀。所以虽然制定了若干标准，但是利用这类环氧树脂等有机材料进行工厂化的预涂覆技术始终未能得到广泛的推广应用。混凝土表面防护使用的传统聚氨酯涂层、环氧涂层仅仅具有有限的柔韧性。这些刚性涂层会在混凝土表面开裂裂缝时，涂层也跟随着断裂开裂。水蒸气、二氧化碳、氯离子、二氧化硫、硫酸根离子、氮氧化物都会侵入裂缝，造成对混凝土缝隙的侵蚀，对钢筋形成腐蚀威胁。而且这种腐蚀一旦发生，就是在大阴极小阳极下的加速腐蚀，是对局部威胁更大的腐蚀。因此刚性涂层难以全面有效地防护混凝土结构。20世纪70年代，出现了喷涂聚氨酯弹性体(SPU)，但在实施中，体系容易和周围环境中的水分、湿气反应，产生二氧化碳气泡。涂层材料力学性能下降，不稳定。后来在树脂组分中加入端氨基化合物，即喷涂聚氨酯脲弹性体(SPU(A))，这种半聚氨酯/半聚脲结构可以减少或在一定干燥条件下忽略异氰酸酯与水分、湿气的反应。涂层材料力学性能得到一定改善。但是聚氨酯脲仍然没有从根本上解决体系的发泡问题，在相对湿度高的环境使用，聚氨酯脲还是容易出现涂层质量问题。喷涂聚脲弹性体(SPUA)技术1986年由美国Texaco公司研制成功，纯聚脲弹性涂层摆脱了水分和湿气的影响，具有优秀的力学性能。2009年发布的《京沪高速铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水涂层暂行技术条件》和《客运专线铁路桥梁混凝土桥面喷涂聚脲防水涂层暂行技术条件》提出了使用1.8mm-2mm厚度的喷涂聚脲弹性体涂层或聚氨酯脲弹性涂层作为高架桥面防水涂层，然后涂覆200微米膜厚的断裂伸长率≥200％，拉伸强度≥4.0MPa的脂肪族弹性聚氨酯涂层的方法。这种聚脲弹性体涂层具有≥400％的断裂伸长率和快固化的特点。具有抵御混凝土桥面开裂的性能。这一涂层系统在使用中出现了一些涂层病态问题。在2014年国家铁路主管部门通知停用喷涂聚脲。高铁喷涂聚脲防水涂层的问题，首先是结合力差。目前喷涂聚脲的凝胶时间太短，仅几秒到十几秒左右，聚脲液体微粒来不及在被涂基体上充分润湿即失去流动性，涂层在界面很容易生成气固相，即气体空隙，影响了涂层的结合力。这是造成高铁聚脲防水涂层发生鼓泡、剥离、脱落病害的主要原因之一。而纯聚脲在技术上凝胶快、固化快是这种材料固有特点，而要实现慢凝胶和慢固化却有较大技术难度。其次为了保护芳香族的喷涂聚脲不被光照老化，高铁面涂采用了脂肪族聚氨酯弹性涂料。脂肪族聚氨酯涂料的保光寿命一般约在五年左右。各种飞机蒙皮涂层的规范几乎都规定了飞机飞行五年后回厂大修，脱除旧聚氨酯漆，重新涂漆即是此原因。弹性聚氨酯的分子链变长，有了弹性的同时又牺牲一定耐候性。高铁线路运行五六年后，表面涂层开始老化，聚脲层难以得到完好有效保护。聚脲就会发生光老化，出现黄变、粉化。再者，目前的高铁聚脲防水涂层虽然具有高弹性，可以抵御混凝土新生裂缝，起到防止水渗入混凝土的作用。但是这种弹性涂层会掩盖涂层下混凝土道床和轨枕发生的超过标准规范所规定裂缝宽度的现象，使得高铁桥梁超标裂缝得不到及时注浆补强修整，存在安全隐患。高铁一旦运行，维修只能在夜间很短的时间窗口进行，这给维修维护带来很大难度。数条高速铁路在开通运营后，检修人员发现，桥面聚脲防水层出现“病害”，有的防水层黄变、龟裂、破损、剥离，有的桥面甚至大面积破损，整块掀起，这对高速列车的安全运行造成威胁。现有高铁聚脲涂层结合力和涂层耐候性的问题给后期维护维修带来了麻烦。现有铁路公路混凝土桥梁的裂缝需要维修修复。如对0.2-0.3mm以上宽度裂缝局部灌注、封闭是一种规范方法。对多数情况下存在的0.2mm以下的裂纹，全面覆盖封闭不仅对裂纹可以有效封闭，而且可以防止混凝土进一步碳化。但是刚性涂料不能抵御覆盖后混凝土新发生的裂缝。对承担重载货运的铁路公路桥梁，如果用聚脲等弹性涂料对桥梁裂缝全面覆盖，又有可能掩盖涂层下混凝土新发生的大裂缝隐患而不被发现。失去及时对裂缝灌注粘合、修补补强的机会，可能造成危险事故发生。技术上的制约限制了全覆盖弹性涂层封闭治理方法。在青藏铁路试用了氟碳柔性涂层对梁体裂纹进行修补涂覆。方案是在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可以定量化设计、且能够定量化显示的混凝土防护功能涂层系统，其特征在于：通过准确设计出能抵抗混凝土基础裂缝宽度指标的涂层系统的各涂层参数，根据该参数，涂装成涂层系统，在涂层服役使用期间，涂层系统可以定量化显示混凝土基础所发生的超指标裂缝宽度数值及走向，涂层系统在涂装中既可以按正常方式涂装即正向涂装、或者也可以按反方向进行涂装，涂层系统采用不同表面涂层可以达到不同的功能。

【技术特征摘要】
1.一种可以定量化设计、且能够定量化显示的混凝土防护功能涂层系统，其特征在于：通过准确设计出能抵抗混凝土基础裂缝宽度指标的涂层系统的各涂层参数，根据该参数，涂装成涂层系统，在涂层服役使用期间，涂层系统可以定量化显示混凝土基础所发生的超指标裂缝宽度数值及走向，涂层系统在涂装中既可以按正常方式涂装即正向涂装、或者也可以按反方向进行涂装，涂层系统采用不同表面涂层可以达到不同的功能。2.权利要求1所述的功能涂层系统，其特征是阶梯弹性涂层结构，由表及里第一层为防紫外线涂层或其它功能涂层、第二层为中低弹性涂层作为过渡层、第三层为高弹性聚脲或聚氨酯脲涂层作为中间涂层、第四层为环氧树脂底涂或聚氨酯底涂作为混凝土封闭涂层，其中封闭涂层以上三层涂层的弹性逐层向上递减变小，中间涂层作为主要变量，第二层涂层作为次要变量，通过使用不同弹性、不同厚度涂层可以调控整个涂层系统的抗裂性能。3.权利要求1所述的涂层系统，其特征在于所述的定量设计涂层系统抵抗混凝土基础裂缝宽度指标的涂层参数，系通过动态抗开裂测试仪，在一定温度下对作为物理模型的涂层系统混凝土样板进行测试，测量出混凝土样板裂缝宽度与最外边第一层涂层开始发生开裂时的相关数据，改变涂层系统样板中间涂层和第二层涂层的厚度和弹性进行一定数量涂层系统样板的测试，编制数据表或建立数据库，根据数据表或数据库可以定量设计出满足混凝土工程要求的可抵抗混凝上裂缝指标的涂层系统的品种、规格和厚度等参数。4.权利要求1所述的涂层系统，其特征在于具有显示涂层下混凝土裂缝宽度的功能，系根据权利要求2所述的涂层系统物理模型制备涂层样板，在一定温度下，用动态抗开裂测试仪进行测试试验，在最外层面涂发生开裂裂纹时，使用材料试验机缓慢加大混凝土样板裂纹宽度，测出混凝土裂缝宽度与对应涂层样板最外层面涂裂纹宽度的一系列相关关系数据，直至中间涂层开裂为止，编制数据表或建立数据库；在涂层系统服役中，根据所发生的最外层涂层裂纹的宽度和走向可研判涂层下混凝土结构裂缝的宽度及走向。5.权利要求1所述的涂层系统，其特征在于所述按反方向进行涂装是相对于通常方式即正向涂装是次序颠倒的涂装，即在经过清洁处理的现浇混凝士模板表面涂抹界面脱离剂，依次涂覆拉伸强度≥16MPa的全醚氟碳表面涂层、全醚氟碳弹性次表面涂层、高弹性中间涂层，最后涂覆成分中含有羟基、醚基、酰胺基的专用环氧底涂涂层，在专用环氧底涂完全固化前1-2小时，在底涂表面现浇混凝土，混凝土养护后拆除模板，得到与正向涂装结构、性能同样的防护涂层系统。6.权利要求2所述的本发明涂层系统中最外表面的防紫外线涂层为全醚氟碳树脂面涂，系全部由烷基乙烯基醚单体与氟烯烃共聚的氟碳树脂制备，全醚氟碳树脂可以是三氟氯乙烯(CTFE)与烷基乙烯基醚单体共聚，也可以是四氟乙烯与烷基乙烯基醚单体共聚，全醚氟碳表面涂料由全醚氟碳树脂、钛白粉、着色颜料、分散剂、流平剂、乙酸丁酯等组成，固化剂为脂肪族异氰酸酯，如HDI、IPDI及其三聚体等，涂层断裂伸长率在0％-60％，拉伸强度在16MPa以上，涂装干膜厚度40-100微米。7.权利要求2所述的本发明涂层系统中低弹性涂层优先选择全醚氟碳树脂弹性涂层，全部由烷基乙烯基醚单体与氟烯烃共聚的氟碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑天亮，朱丽刚，喻彪，
申请(专利权)人：北京星汉舟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11