混凝土基层封闭底涂材料配方与性能研究
袁 振１，２ 王万金１，２ 曹春莉１，２ 赖振峰１，２ 朱 宁１，２
（１．北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京１０００３９；２．北京市功能性高分子建筑材料工程技术研究中心，北京１０００３９）
混凝土基层封闭底涂材料是一种兼具封闭混凝土基层表面气孔及微小缺陷，同时有效增强混凝土基层材料与聚氨酯、聚脲等混凝土表面覆层的粘结力的一种新型材料，已大量应用于高速铁路桥面、民用建筑防水层等诸多领域。封闭底涂材料的优劣，直接影响着建筑的使用寿命。为此，这种底涂材料需要具有可室温固化，渗透力高，对基面的气孔有良好的封闭作用且与覆层材料具有良好的相容性，有效增强覆层材料与混凝土基层材的粘结力等性能特点以及良好的工艺性能和使用性能的特点。在产品配方设计中，松香甘油酯在涂料中的应用，以及聚氨酯体系及环氧树脂体系封闭底涂材料各项性能已被广泛地研究，但松香甘油酯在聚氨酯／环氧树脂复合封闭底涂材料中应用报道的不多。为此开展了此项新型聚氨酯／环氧树脂封闭底涂材料的研制工作，以满足混凝土基层封闭底涂产品的需求。
１ 实验部分
１．１ 主要原料
松香，北京市大红门北方化工有限公司；甘油，北京五洲世纪红星化工有限责任公司；聚氨酯预聚物，实验室自制；环氧树脂（Ｅ－４４），上海和氏璧化工有限公司；环氧固化剂，实验室自制；二甲苯，北京市大红门北方化工有限公司，环氧丙烷聚醚多元醇（３３０Ｎ），山东蓝星东大有限责任公司；３，３＇－二氯－４，４＇－二氨基二苯基甲烷（ＭＯＣＡ），苏州鼎泰化工有限公司。
１．２ 仪器与设备
１．２ 仪器与设备
微机控制电子万能试验机，ＣＭＴ４３０４，美特斯工业系统（中国）有限公司。
１．３ 试样制备
１．３．１ 松香甘油酯
在装有温度计、搅拌器、氮气导管及分水器上接球形冷凝管的四口烧瓶中先通入氮气，加入计量好的松香及氧化锌。加热松香融化后开始搅拌，并于２６０℃将计量好的甘油加入四口瓶中，计时并监测出水量，待出水量接近理论量时，卸下分水器及上接球形冷凝管，快速装上真空装置，开启真空泵，抽出残余的醇类和水，后关闭加热装置与搅拌器，但仍通氮气使其冷却，得到产物。
１．３．２ Ａ组份制备
在装有温度计、搅拌器的三口烧瓶中加入计量好的无机填料、环氧固化剂、环氧丙烷聚醚多元醇３００Ｎ、ＭＯＣＡ、松香甘油酯与其他溶剂及填料，充分混合后得到底涂Ａ组份。
１．３．３ Ｂ组份制备
在装有温度计、搅拌器、真空尾接管的三口烧瓶中加入计量的聚醚多元醇，在１００～１２０℃，０．０９６ＭＰａ的负压下减压脱水１～１．５ｈ，然后降温到５０℃以下，加入计量的异氰酸酯，于８０～８５℃反应约２．５～４ｈ，真空脱气泡，降温至６０℃加入计量的环氧树脂（Ｅ－４４）搅拌３０ｍｉｎ，后降温至４０℃以下加入计量好的溶剂得底涂Ｂ组份。
１．３．４ 混合固化涂刷
将封闭底涂材料Ａ、Ｂ组份按照质量比３∶２充分混合后，将物料均匀涂刷在基层表面，并于标准条件下养护使用。
１．４ 分析与测试
粘结强度、表干时间、实干时间按照ＧＢ／Ｔ １６７７７进行测试。
２ 结果与讨论
２．１ ＰＵ／ＥＰ对封闭底涂材料性能的影响
由于聚氨酯具有较好的柔韧性，而环氧树脂具有较好的粘结力，本文将聚氨酯树脂引入环氧树脂体系中，并测试其性能如表１所示。
由表１可知：随着ＰＵ含量不断增加，产品表干时间逐渐缩短、粘结强度先升高后降低。这是由于ＥＰ具有较高的极性，其可以为底涂材料带来较好的粘结性能，但是由于ＥＰ本身韧性差，一定程度上限制其粘结强度。然而随着ＰＵ 的加入，底涂材料整体韧性增加，体系粘结强度随着增加。因此可以得到结论，２０％的ＰＵ树脂与１０％的ＥＰ树脂相结合配比使用可以得到较高粘结强度与固化速度的封闭底涂产品。
２．２ 松香甘油酯加入对于封闭底涂材料性能的影响
本研究将松香甘油酯引入封闭底涂材料配方体系。这是由于松香甘油酯可有效提高产品涂刷性能、硬度及粘结性能。表２为随着松香甘油酯的含量不断提高，产品的各项性能。
由表２可知：随着松香甘油酯的加入，其他填料含量降低，产品表干时间逐渐缩短、粘结强度先升高后降低。这是由于松香甘油酯的加入可有效提高产品涂刷性能与粘结性能，而其他填料则可增加底涂表面的粗糙度，从而提高产品的粘结强度。因此在１５％松香甘油酯含量与１０％填料的配比可得到较好的产品性能。
２．３ ＮＣＯ指数对封闭底涂材料性能的影响
ＮＣＯ指数是指聚氨酯体系中ＮＣＯ和ＯＨ 的摩尔比，该指数决定了聚氨酯体系的封端基团和分子量。由图１可看出体系粘结强度随着ＮＣＯ 的逐步过量而不断上升，直至ｎ（ＮＣＯ）∶ｎ（ＯＨ）为３∶１时达到佳值。粘结强度随ＮＣＯ指数上升的原因是混合土中存在大量的毛细孔，而毛细孔中存在着一定量的水，这些水可与产品体系中－ＮＣＯ反应，生成脲键而与基材得到较好的络合交联结构，因此伴随游离－ＮＣＯ的增多，底涂与基材之间的附着力会逐步增加，且随着－ＮＣＯ与水反应形成脲键时会为体系带入少量交联结构，从而提高了封闭底涂材料的力学强度。
２．４ 固含量含量对封闭底涂材料性能的影响
从图２可看出，当固含量≤５５％时，粘结强度随着固含量的升高而提高，当固含量达到５０％时，粘结强度达到大值并趋于平衡。这是因为伴随固含量升高，封闭底涂体系渗透性随之提高，溶剂渗入同时将聚合物带入混凝土基材中，可提高混凝土表面抗拉强度。当固含量达到６０％时，体系浸润已经趋于饱和，从而达到了佳渗透及成膜效果。而固含量对于表干时间影响较大，当固含量在＜３０％时几乎无可操作时间；而在５０％以上可表干时间过长，因此佳固含量为４０％～５０％（见图３）
３ 结论
（１）ＰＵ树脂与ＥＰ树脂质量比为２∶１配合使用时，可以得到较高粘结强度与固化速度的封闭底涂产品。
（２）当ＮＣＯ指数为，ＮＣＯ：ＯＨ为３∶１时所得产品性能较高，体系中游离ＮＣＯ基团可与空气中和混凝土空隙中存留的水分子反应，得到较好交联结构，可增强结构体系强度。
（３）在树脂含量不变的情况下，固含量为４５％～５０％，所得的封闭底涂产品渗透性较好，且具有良好的表干、实干时间的性能，可满足现场施工中的各项要求。
（４）当１５％松香甘油酯含量与１０％填料时，可得到较佳表面粗糙度与基材具有较好亲和力，产品与混凝土基材间具有较好的粘结强度与涂刷性能，可满足混凝土基层封闭底涂产品的市场需求。
