海洋腐蝕環(huán)境中聚脲涂層混凝土抗凍融性研究

海洋腐蝕環(huán)境中聚脲涂層混凝土抗凍融性研究

0海洋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鹽破壞、中性化、冷凍化和海水侵蝕嚴(yán)重影響了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。海洋混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)日益突出，其修復(fù)項(xiàng)目的成本非常高?；炷帘砻嫱繉蛹夹g(shù)是目前海洋混凝土結(jié)構(gòu)較為有效的防護(hù)方法,聚脲作為一種新型綠色高性能的防護(hù)材料,在海洋混凝土防護(hù)中已得到廣泛應(yīng)用。本文綜述了我國(guó)聚脲涂層在海洋惡劣環(huán)境中防護(hù)性能的最新研究成果。1層間氯離子滲透性能的研究氯離子是海洋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕破壞的主要原因之一。海水中含有大量氯鹽,一旦侵入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部,會(huì)破壞鋼筋表面鈍化膜,繼而在鋼筋表面形成腐蝕電池,加速鋼筋的腐蝕破壞。我國(guó)針對(duì)聚脲涂層在海洋腐蝕環(huán)境中抑制氯離子滲透的性能進(jìn)行了一系列研究。楊林采用快速氯離子滲透試驗(yàn)方法,將涂覆聚脲涂層的混凝土試塊和聚氨酯涂層試塊與水泥基聚合物試塊的氯離子非穩(wěn)態(tài)遷移的擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明,涂覆聚脲涂層的混凝土試塊的氯離子滲透系數(shù)優(yōu)于其余兩種涂層混凝土試塊;黃微波等采用干濕循環(huán)法和自然浸泡擴(kuò)散法研究了聚脲(SPUA)涂層對(duì)混凝土的氯離子滲透性的影響,并與聚氨酯(PU)涂層混凝土及無(wú)涂層混凝土進(jìn)行對(duì)比,研究結(jié)果表明,聚脲涂層和聚氨酯涂層混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)都很低,且隨混凝土齡期變化不大,說(shuō)明這兩種涂層具有良好的抗氯離子滲透性。2抗凍融性分析在海洋環(huán)境中,混凝土完全浸沒(méi)于水中或處于高度潮濕環(huán)境下,使混凝土毛細(xì)孔內(nèi)的水飽和程度高,且處于冷凍環(huán)境時(shí)間長(zhǎng),溫差變化劇烈,導(dǎo)致混凝土所受凍融循環(huán)破壞比普通大氣環(huán)境下嚴(yán)重得多。凍融循環(huán)是海洋混凝土耐久性破壞的又一重要因素,因此進(jìn)行聚脲涂層抗凍融性研究十分必要。李志高采用“快凍法”研究了聚脲涂層混凝土、環(huán)氧涂層混凝土及無(wú)涂層混凝土在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%的NaCl溶液中的抗凍融性。試驗(yàn)結(jié)果表明,無(wú)涂層混凝土試件的質(zhì)量以及彈性模量與凍融循環(huán)次數(shù)直接相關(guān),均隨凍融次數(shù)的增加不斷下降;環(huán)氧涂層混凝土在凍融循環(huán)400次時(shí)質(zhì)量損失至破壞;而聚脲涂層混凝土經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)600次后,涂層仍完好無(wú)損,其質(zhì)量和相對(duì)彈性模量均沒(méi)有明顯的變化,表明聚脲涂層具有優(yōu)異的抗凍融性。李福海等亦采用“快凍法”探討了幾種不同強(qiáng)度的無(wú)涂層混凝土和聚脲涂層混凝土在不同侵蝕溶液環(huán)境下,質(zhì)量損失隨凍融循環(huán)次數(shù)增加的變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明,混凝土試件在蒸餾水環(huán)境、硫酸鈉溶液及硫酸鈉與氯化鈉混合溶液中經(jīng)凍融循環(huán)300次后,對(duì)混凝土的侵蝕破壞依次加強(qiáng);混凝土試件經(jīng)凍融循環(huán)后,其破壞程度與混凝土強(qiáng)度有關(guān),混凝土強(qiáng)度越低,其水灰比就越大,受到的凍融破壞也會(huì)越大;噴涂聚脲涂層后的混凝土試件經(jīng)凍融循環(huán)后基本無(wú)破壞。研究證實(shí),在凍融循環(huán)的環(huán)境下,聚脲涂層對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有很好的防護(hù)作用。3耐沖蝕性研究海洋浪濺區(qū)的海水和海水中砂石的沖蝕會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)表面保護(hù)層剝落,繼而使內(nèi)部鋼筋產(chǎn)生銹蝕,因此研究涂層的耐沖蝕磨損性十分重要。鐘萍等利用高速含沙水射流沖蝕磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn),研究了聚脲涂層的耐沖蝕磨損性。研究結(jié)果表明,聚脲涂層具有非常高的柔韌性和良好的彈性,呈現(xiàn)出優(yōu)異的耐沖蝕性。馬紅亮的研究結(jié)果表明,在高速(40m/s)含泥沙(20%)水流沖刷30min的情況下,涂覆有純聚脲涂層的C60混凝土的抗沖耐磨性遠(yuǎn)高于無(wú)涂層C60高強(qiáng)混凝土。根據(jù)ASTM-G-32抗汽蝕試驗(yàn)方法測(cè)定:純聚脲涂層的耐汽蝕能力遠(yuǎn)高于環(huán)氧涂層,能起到“以柔克剛”的作用。純聚脲涂層具有優(yōu)異的抗沖蝕磨損性及抗水流沖刷性,能有效阻止高速含泥沙水流的沖蝕磨損對(duì)水利設(shè)施的破壞,大大延長(zhǎng)海洋結(jié)構(gòu)工程的耐久性。4聚脲涂層的紫外加速老化試驗(yàn)性能暴露在海洋環(huán)境中的聚脲涂層會(huì)受到海洋環(huán)境的影響而產(chǎn)生老化現(xiàn)象,從而導(dǎo)致涂層失效,因此涂層自身耐海洋環(huán)境老化性也至關(guān)重要。呂平通過(guò)海洋大氣環(huán)境戶(hù)外曝曬老化試驗(yàn)和鹽霧加速老化試驗(yàn),考察不同硬段含量的聚天冬氨酸酯聚脲涂層的光澤度、拉伸強(qiáng)度等宏觀性能的變化規(guī)律,分析了聚脲涂層的耐海洋環(huán)境老化性。研究結(jié)果表明,在海洋大氣環(huán)境戶(hù)外曝曬老化只能使涂層表面光澤度有較大的下降,而對(duì)涂層的附著力、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等本體性能影響不大;在鹽霧加速老化試驗(yàn)條件下,涂層的失光率、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率等性能的變化率明顯低于戶(hù)外曝曬老化。這說(shuō)明聚天冬氨酸酯聚脲涂層具有優(yōu)異的耐海洋大氣老化及耐鹽霧老化的性能。李鑫茂采用UVA-340紫外燈進(jìn)行聚脲涂層的紫外光加速老化實(shí)驗(yàn),以涂層表面化學(xué)鍵的吸收峰變化情況為指標(biāo),推斷出涂層表面及內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化情況。試驗(yàn)結(jié)果表明,在紫外光人工加速老化4000h后,聚脲涂層表面部分化學(xué)鍵的吸收峰發(fā)生了明顯增寬或者是降低現(xiàn)象,表明涂層表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了化學(xué)鍵的斷裂,導(dǎo)致光澤度明顯下降。然而聚脲涂層在紫外線人工加速老化前后并沒(méi)有明顯的吸熱峰或者放熱峰,可以判定聚脲涂層在4000h的紫外線人工老化前后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)未有明顯變化,即其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在長(zhǎng)時(shí)間的人工加速老化過(guò)程中并未受到紫外線的影響而發(fā)生改變。此紫外線人工加速老化試驗(yàn)僅僅使得聚脲的表層結(jié)構(gòu)發(fā)生了化學(xué)鍵斷裂現(xiàn)象,并未引起內(nèi)部的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化,表明聚脲具有良好的抗紫外線老化性。5京滬高速鐵路聚脲防護(hù)研究進(jìn)展青島海灣大橋是我國(guó)北方鹽凍海域首座特大型海上橋梁集群工程,聚脲涂層技術(shù)已成功應(yīng)用于青島海灣大橋的主橋墩表面防護(hù),它以其優(yōu)異的耐老化性對(duì)青島海灣大橋?qū)崿F(xiàn)“全壽命防護(hù)”。圖1為青島海灣大橋橋墩新型噴涂聚脲彈性體(SprayPolyureaElastomer,簡(jiǎn)稱(chēng)SPUA)施工照片。于2011年通車(chē)的京滬高速鐵路是我國(guó)《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》中投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項(xiàng)工程,也是我國(guó)第1條不僅具有世界先進(jìn)水平,而且具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高速鐵路。京滬高速鐵路橋梁混凝土自然環(huán)境、荷載等復(fù)雜服役環(huán)境與沿線復(fù)雜的氣候環(huán)境對(duì)SPUA涂層材料性能以及施工性能提出了嚴(yán)苛的要求,黃微波帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了京滬高速鐵路聚脲防護(hù)技術(shù)應(yīng)用研究,為此后實(shí)現(xiàn)聚脲涂層對(duì)京滬高鐵防護(hù)的工程應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。圖2為采用SPUA涂層橋梁混凝土基層處理系統(tǒng)工程