CN113896504A - 一种磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层及其施工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，所述涂层从下至上依次包括磷镁胶凝材料和聚合物乳液形成的底涂层、磷镁胶凝材料中涂层和覆聚合物乳液封闭面涂层，中涂层中的镁离子与底涂层中的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构；为提高防护涂层与混凝土之间的渗透结合，将结合界面设计为聚合物‑磷镁水泥‑聚合物层状结构体系，底涂层中的磷酸盐能够与碱性混凝土中的钙离子形成稳定的磷酸钙化合物，堵塞混凝土中的毛细孔隙；聚合物乳胶粒也有较大渗透深度，成膜后具备良好的粘结与疏水功能；中涂层中的镁离子能够与底涂层中剩余的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构，并与底涂层形成整体结构，强化二者之间的结合界面，并使界面具备一定的变形协调能力；面涂层通过对中涂层的渗透，进一步提高涂层整体的其防水性能。

Description

一种磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层及其施工方法
技术领域
本发明涉及混凝土结构涂层，具体涉及一种适用于高寒区、强紫外辐照环境下的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层及其施工方法。
背景技术
寒区以及高紫外辐射区混凝土结构面临着高频次冻融循环、干湿循环和强紫外辐照，会导致混凝土内部冻融损伤、开裂等病害，该类地区混凝土耐久性问题突出。调查也表明，我国寒区及高紫外辐射区混凝土表面疏松、内部结构损伤严重，混凝土防护亟需引起重视。专利201910008807.2公开了一种高抗剥离的混凝土表面防护涂层及其施工方法，防护涂层由下而上依次为长期活性底漆层、弹性环氧砂浆和弹性涂层。由于环氧树脂抗紫外性能差，在强紫外辐照下，脆性变大，容易导致粘结失效。该方法不适用于高寒区、强紫外辐照环境下的混凝土防护。专利201410099534.4公开了一种提高磷酸镁水泥耐久性的方法，在磷酸镁水泥制品表面涂刷一层耐久性防护涂料，之后在涂刷一层磷酸镁水泥浆料，待硬化后再涂刷一层防腐涂料。该专利采用的环氧-丙烯酸防腐涂料，与基底磷镁水泥并无反应产物生成。且面层环氧-丙烯酸防腐涂料，也不具备抗紫外能力。磷酸镁水泥制品基底与常见的硅酸盐水泥混凝土性质显著不同，硅酸盐混凝土碱性明显强于磷酸镁水泥，且磷镁水泥中不含有或极少含有钙离子，无法获得稳定的膨胀结晶源。该专利不适用于常见的硅酸盐水泥混凝土防护。
因此，需要一种适用于高寒区、强紫外辐照环境下的混凝土防护，能够解决涂层/混凝土界面的冻融剥离问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层及其施工方法，能够解决高寒区、强紫外辐照环境下的混凝土防护涂层与混凝土界面的冻融剥离问题。
本发明的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，所述涂层从下至上依次包括磷镁胶凝材料和聚合物乳液形成的底涂层、磷镁胶凝材料中涂层和覆聚合物乳液封闭面涂层，中涂层中的镁离子与底涂层中的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构；
进一步，所述底涂层原料按重量份包括聚合物乳液10-30份、磷酸盐2-6份，所述中涂层原料按重量份包括磷镁粉料40-65份、填充料5-10份、助剂1-5份、水10-25份；所述封闭面涂层原料按重量份包括聚合物乳液10-30份、抗紫外线填料2-5份、掺合料40-100份、有机抗紫外剂0.5-2份、水2-15份；
进一步，所述聚合物乳液为硅丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、聚氨酯、环氧乳液、丁腈中的一种或两种以上混合物；
进一步，所述磷镁粉料中含有缓凝剂、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾和氯化铁；
进一步，所述填充料为石英粉、石英类矿粉、粉煤灰、矿渣粉、火山灰、偏高岭土中的一种或几种以上混合物；
进一步，所述助剂包括减水剂、流平剂和消泡剂，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂和聚醚改性硅类中的一种或几种；
进一步，抗紫外线填料为云母、钛白粉、水性炭黑中的一种或两种以上混合物；
进一步，所述掺合料为粉煤灰、火山灰、偏高岭土、水泥中的一种或两种以上混合物；
进一步，所述有机抗紫外剂为受阻胺类抗紫外剂。
本发明的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层施工方法，包括以下步骤：先在结构混凝土表面涂覆底涂层，底涂未干燥成膜前，将中涂层原料混合成的浆体涂覆于底涂层表面，中涂层表干后涂覆聚合物乳液封闭面涂层。
本发明的有益效果：本发明的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层施工方法，为提高防护涂层与混凝土之间的渗透结合，将结合界面设计为聚合物-磷镁水泥-聚合物层状结构体系，底涂层中的磷酸盐能够与碱性混凝土中的钙离子形成稳定的磷酸钙化合物，堵塞混凝土中的毛细孔隙；聚合物乳胶粒也有较大渗透深度，成膜后具备良好的粘结与疏水功能；中涂层中的镁离子能够与底涂层中剩余的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构，并与底涂层形成整体结构，强化二者之间的结合界面，并使界面具备一定的变形协调能力；面涂层通过对中涂层的渗透，进一步提高涂层整体的其防水性能；本发明的复合涂层具有很好的抗剥离强度，抗冻效果好，能够提高结构混凝土耐久性能。
具体实施方式
为更好的理解本发明，下面的实施例是对本发明的进一步说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，所述涂层从下至上依次包括磷镁胶凝材料和聚合物乳液形成的底涂层、磷镁胶凝材料中涂层和覆聚合物乳液封闭面涂层，中涂层中的镁离子与底涂层中的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构；底涂层中的磷酸盐能够与碱性混凝土中的钙离子形成稳定的磷酸钙化合物，堵塞混凝土中的毛细孔隙；聚合物乳胶粒也有较大渗透深度，成膜后具备良好的粘结与疏水功能；中涂层中的镁离子能够与底涂层中剩余的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构，并与底涂层形成整体结构，强化二者之间的结合界面，并使界面具备一定的变形协调能力；面涂层通过对中涂层的渗透，进一步提高涂层整体的其防水性能。
本实施例中，所述底涂层原料按重量份包括聚合物乳液10-30份、磷酸盐2-6份，所述中涂层原料按重量份包括磷镁粉料40-65份、填充料5-10份、助剂1-5份、水10-25份；所述封闭面涂层原料按重量份包括聚合物乳液10-30份、抗紫外线填料2-5份、掺合料40-100份、有机抗紫外剂0.5-2份、水2-15份；磷镁胶凝材料中的磷酸盐，部分溶于聚合物乳液中形成混合体系，作为底涂层，涂覆于结构混凝土表面，使其具备对混凝土的渗透、封闭、粘结能力。底涂层、中涂层和封闭面涂层之间通过物理、化学作用强化涂层之间的结合界面强度，而面涂层含有抗紫外添加剂，可适用于高紫外环境，最终使复合涂层防护的混凝土耐久性得到较大提高。
本实施例中，所述聚合物乳液为硅丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、聚氨酯、环氧乳液、丁腈中的一种或两种以上混合物；所述磷镁粉料中含有缓凝剂、磷酸氢二钠和氯化铁；所述填充料为石英粉、石英类矿粉、粉煤灰、矿渣粉、火山灰、偏高岭土中的一种或几种以上混合物；所述助剂包括减水剂、流平剂和消泡剂，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂和聚醚改性硅类中的一种或几种；所述抗紫外线填料为云母、钛白粉、水性炭黑中的一种或两种以上混合物；所述掺合料为粉煤灰、火山灰、偏高岭土、水泥中的一种或两种以上混合物；所述有机抗紫外剂为受阻胺类抗紫外剂(例如UV770)。
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层施工方法，包括以下步骤：先在结构混凝土表面涂覆底涂层，底涂未干燥成膜前，将中涂层原料混合成的浆体涂覆于底涂层表面，中涂层表干后涂覆聚合物乳液封闭面涂层。施工方法简单，易于操作。
实施例一
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，按重量份计，
底涂层：硅丙20份、磷酸二氢钾4份；
中涂层：重质氧化镁20份、磷酸二氢钾16份、硼砂3份、磷酸氢二钠3份、氯化铁3份、明矾2份、粉煤灰2份、减水剂0.5份、流平剂0.25份、消泡剂0.25份、水11份；
封闭面涂层：硅丙乳液20份、硅酸盐水泥45份、重钙粉3份、粉煤灰10份、云母粉2份、石英砂10份、紫外吸收剂uv770，0.25份、硅烷偶联剂KH-5500.25份、纤维素醚0.3、减水剂0.6份、流平剂0.3份、消泡剂0.3份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为机硅类消泡剂。
采用快冻法进行实验，标准养护的C30混凝土试样在冻融前泡水4天，每次冻融循环为3.5个小时，从6℃降至-15℃时间1.75小时，从-15℃升至6℃时间1.75小时，试件中心温度控制在(-17±2)℃和(8±2)℃。紫外辐照当量为448MJ·m-2，相当于国内紫外辐照较大地区全年最大紫外辐照量，照射时间为432小时。
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层抗冻效果如下表：
100次冻融
抗压强度保留率 >99％
抗折强度保留率 >98％
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层紫外作用后的抗冻效果如下表：
100次冻融
抗压强度保留率 >98％
抗折强度保留率 >97％
实施例二
底涂层：硅丙10份、水性环氧6份、水性环氧固化剂4份、磷酸二氢钾4份；
中涂层：重质氧化镁20份、磷酸二氢钾18份、硼砂3份、磷酸氢二钠2份、氯化铁2份、明矾1份、粉煤灰1份、高岭土1份、减水剂0.5份、流平剂0.25份、消泡剂0.25份、水11份；
封闭面涂层：硅丙乳液30份、硅酸盐水泥45份、重钙粉1份、粉煤灰10份、水性炭黑2份、石英砂10份、紫外吸收剂uv770，0.25份、硅烷偶联剂KH-5500.25份、纤维素醚0.3、减水剂0.6粉、流平剂0.3份、消泡剂0.3份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
采用如实施例一的快冻法进行实验，结果如下：
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层抗冻效果如下表：
100次冻融
抗压强度保留率 >99％
抗折强度保留率 >98％
本实施例磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层紫外作用后的抗冻效果如下表：
100次冻融
抗压强度保留率 >96％
抗折强度保留率 >95％
实施例三
底涂层：聚氨酯20份、磷酸二氢钾4份；
中涂层：重质氧化镁20份、磷酸二氢钾24份、硼砂3份、磷酸氢二钠2份、氯化铁2份、粉明矾3份、煤灰2份、高岭土1份、水11.3份、减水剂0.5份、流平剂0.25份、消泡剂0.25份；
封闭面涂层：硅丙乳液25份、硅酸盐水泥46份、重钙粉2份、粉煤灰10份、钛白粉2份、石英砂10份、紫外吸收剂uv321，0.25份、硅烷偶联剂0.25份、纤维素醚0.3、减水剂0.6粉、流平剂0.3份、消泡剂0.3份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
采用如实施例一的快冻法进行实验，结果如下：
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层抗冻效果
100次冻融
抗压强度保留率 >96％
抗折强度保留率 >95％
本实施例的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层紫外作用后的抗冻效果
100次冻融
抗压强度保留率 >95％
抗折强度保留率 >94％
实施例四
底涂层：硅丙乳液5份、苯丙乳液5份、磷酸二氢钾2份；
中涂层:磷镁粉料40份(重质氧化镁22份、磷酸二氢钾14份、硼砂2份、磷酸氢二钠1份、氯化铁1份)、填充料5份(粉煤灰3、矿渣粉2)、助剂1份(减水剂0.3份、流平剂0.3份、消泡剂0.4份)、水10份；
封闭面涂层:聚合物乳液10份(硅丙乳液4份、苯丙乳液4份、磷酸二氢钾2份)、抗紫外线填料2份(云母1份、钛白粉1份)、掺合料40份(偏高岭土20份、水泥20份)、有机抗紫外剂(uv770)0.5份、水2份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
实施例五
底涂层：聚合物乳液30份(聚氨酯)、磷酸二氢钾6份；
中涂层:磷镁粉料65份(重质氧化镁30份、缓凝剂硼砂10份、磷酸氢二钠5份、氯化铁20份)、填充料10份(石英粉)、助剂5份(减水剂1.5份、流平剂2.5份、消泡剂1份)、水25份；
封闭面涂层:聚合物乳液30份(硅丙乳液)、抗紫外线填料(钛白粉)5份、掺合料100份(粉煤灰50份、火山灰50份)、有机抗紫外剂2份(uv770)、水15份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为聚醚类消泡剂。
实施例六
底涂层：聚合物乳液25份(硅丙乳液4份、苯丙乳液4份、纯丙乳液4份、聚氨酯7份、环氧乳液3份、丁腈3份)、磷酸二氢钾4份；
中涂层:磷镁粉料55份(重质氧化镁30份、缓凝剂5份、磷酸氢二钠10份、氯化铁10份)、填充料8份(偏高岭土)、助剂5份(减水剂2份、流平剂2份、消泡剂1份)、水25份；
封闭面涂层:聚合物乳液30份(聚氨酯20份、环氧乳液10份)、抗紫外线填料4份(云母2、钛白粉1、水性炭黑1)、掺合料60份(粉煤灰15、火山灰15、偏高岭土15、水泥15)、有机抗紫外剂1份(uv770)、水10份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为有机硅类消泡剂。
实施例七
底涂层：聚合物乳液30份(环氧乳液)、磷酸二氢钾2份；
中涂层:磷镁粉料55份(重质氧化镁30份、缓凝剂5份、磷酸氢二钠10份、氯化铁10份)、填充料5份(石英粉)、助剂5份(减水剂2份、流平剂2份、消泡剂1份)、水10份；
封闭面涂层:聚合物乳液30份(聚氨酯)、抗紫外线填料(水性炭黑)3份、掺合料80份(水泥)、有机抗紫外剂1份(uv770)、水15份。
本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为聚醚改性硅类。
上述实施例中，先在结构混凝土表面涂覆底涂层，底涂未干燥成膜前，将中涂层原料混合成的浆体涂覆于底涂层表面，中涂层表干后涂覆聚合物乳液封闭面涂层。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述涂层从下至上依次包括磷镁胶凝材料和聚合物乳液形成的底涂层、磷镁胶凝材料中涂层和覆聚合物乳液封闭面涂层，中涂层中的镁离子与底涂层中的磷酸根离子中和形成鸟粪石水化晶体网络结构。
2.根据权利要求1所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述底涂层原料按重量份包括聚合物乳液10-30份、磷酸盐2-6份，所述中涂层原料按重量份包括磷镁粉料40-65份、填充料5-10份、助剂1-5份、水10-25份；所述封闭面涂层原料按重量份包括聚合物乳液10-30份、抗紫外线填料2-5份、掺合料40-100份、有机抗紫外剂0.5-2份、水2-15份。
3.根据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述聚合物乳液为硅丙乳液、苯丙乳液、纯丙乳液、聚氨酯、环氧乳液、丁腈中的一种或两种以上混合物。
4.根据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述磷镁粉料中含有缓凝剂、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾和氯化铁。
5.根据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述填充料为石英粉、石英类矿粉、粉煤灰、矿渣粉、火山灰、偏高岭土中的一种或几种以上混合物。
6.根据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：
所述助剂包括减水剂、流平剂和消泡剂，所述减水剂为聚羧酸减水剂；所述流平剂为聚醚改性聚二甲基硅氧烷；所述消泡剂为有机硅类消泡剂、聚醚类消泡剂和聚醚改性硅类中的一种或几种。
7.据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：抗紫外线填料为云母、钛白粉、水性炭黑中的一种或两种以上混合物。
8.根据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述掺合料为粉煤灰、火山灰、偏高岭土、水泥中的一种或两种以上混合物。
9.根据权利要求2所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层，其特征在于：所述有机抗紫外剂为受阻胺类抗紫外剂(例如UV770)。
10.根据权利要求1所述的磷镁胶凝材料/聚合物复合涂层施工方法，其特征在于：包括以下步骤：先在结构混凝土表面涂覆底涂层，底涂未干燥成膜前，将中涂层原料混合成的浆体涂覆于底涂层表面，中涂层表干后涂覆聚合物乳液封闭面涂层。
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