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          基材润湿剂对风化控制作用的测试

          为阻止混凝土基材中碱性物质的迁移,混凝土表面经常涂有水性底漆和面漆。在混凝土空隙被封闭之前,碱性物质的迁移可能会一直存在。在这种情况下基材润湿剂起着重要作用。它们提高了乳胶漆对混凝土基材裂缝或孔隙的渗透率,降低了碱性物质迁移的可能性,从而减少风化的可能性。本文讨论的实验涉及乳胶漆在多孔基材上施工后,将基材暴露在严重的渗水环境中,以至于碱性物质可以通过毛细管作用迁移到基材表面,从而研究基材润湿剂对风化的影响。

          介绍

          风化是盐的沉积物,主要出现在新鲜混凝土、涂覆/未涂覆的混凝土表面(图1)。清水混凝土上的风化不会太令人反感。不过具有审美效果的涂层混凝土明显优于清水混凝土,但是,如果在涂有砌体涂料或水性乳胶漆的混凝土墙体上出现像盐一样的白色斑点时,会更加令人反感。过度的风化会导致漆膜从基材上脱落或分离。


          以下是风化样本中常见的盐类:

           

          硫酸钠、碳酸钠、碳酸氢钠、硅酸钠、硫酸钾、硫酸钙、碳酸钙

           

          风化的类型及产生(的阶段)

           

          三种类型的风化:

           

          初始风化(图2)在混凝土的固化过程中或硬化阶段发生;

           

          二次风化(图3),由于固化混凝土的风化作用产生;

           

          封闭部位风化(图4),盐沉积在混凝土的孔隙内。这种情况更严重,因为它会导致漆膜分解脱落。

           

          水渗透到混凝土内导致碱性物质迁移到表面,并与大气中的二氧化碳反应形成碳酸钙、碳酸钠和碳酸钾等盐,这种现象被称为风化。这种迁移取决于渗透性,空隙和水分含量。

          碳酸钠和碳酸钾在混凝土上呈现柔软的白色绒毛状态,很容易被清除,但可能会再次出现。这种风化通常在产品暴露于潮湿的环境或者慢干的情况下出现。碳酸钙通常呈现白色“花型”扩散到某些区域。严重的情况下会形成坚硬的白壳,这是最麻烦的,并且难以清除。混凝土水化过程中过早干燥会中断水化作用,倘若随后经过润湿处理,便可能会形成碳酸钙风化(图5)。

           

          涂覆混凝土

          由于混凝土表面多孔,所以涂覆涂料一直是一个挑战,因为在施工过程中必须确保所有粗糙表面和裂缝都被涂覆到,没有区域遗漏。为此,要采取谨慎的措施来覆盖所有的孔隙,如此水分通过毛细管作用渗透的机会便会达到最低限度,因为一旦渗水开始,碱性物质就会被带到基材表面,引起风化。

          两家公司携手简化这一复杂设计。根据讨论结果,Banarjee修改了颜料层的结构以适应Viavi的生产要求。在材料表面添加铝层,来提高反射率,提供了遮盖力,并最终从31层颜料减至7层。Viavi团队随后也开发出了在展会上惊艳的“Omini Blue”的雏形。这项汽车漆的设计报告也得到了雷克萨斯和Viavi行政管理层的认可和推进许可。


          基材润湿剂的作用 

          水性乳胶漆的干燥速度较快,表面张力较高,因此流动性和基材润湿性较差。在水性乳胶漆中引入基材润湿剂能减少乳胶漆的表面张力,增加乳胶漆流入多孔基材裂缝和孔隙的能力。能使乳胶漆更好地渗透和成膜。

           

          新的基材润湿剂

           研究中的添加剂是根据化学性质进行选择的。硅基添加剂是众所周知的表面张力改性剂。但(在本文中)聚合物基材润湿剂的效果也会同硅基添加剂相比较。

           

          Pat-Add LE 1030是线性聚醚改性聚硅氧烷溶液与乙二醇正丁醚的混合物,赋予产品在流平,流挂和润湿性能之间良好的平衡(图6)。这款产品经过特殊设计,与各种乳液体系均具有非常好的兼容性。

          风化检测方法

          根据IS 3495.3-1992进行测试

          试验中取一个浅的平底盘,其中装有足够的溶解在蒸馏水中的饱和盐溶液,以便使试样完全饱和。测试砖的末端放在盘子里,浸入水中的深度为25毫米。 

          该方法包括以下内容:将涂层(总共两层涂层/涂层间隔24小时)涂在多孔粘土测试砖上,同时在测试砖的底部留下一段距离(25毫米)不加涂层。 

          干燥24小时后,将测试砖置于饱和盐溶液中数周,不时向溶液中加入水或盐以确保水面保持恒定。 

          另做一块测试砖,未涂覆任何涂料,作为测试样的对比样。 

          整个装置放置在温暖的(20°C至30°C)通风良好的房间内,直到盘中所有的水都被样品吸收并且剩余的水分完全蒸发。 

          装测试砖的盘子需要用合适的塑料纸覆盖,以免盘子里的水分过度蒸发。 

          连续四周观察漆膜外观的变化(水泡,盐沉积物,开裂等)。 

          观察和报告 

          根据下列定义,风化应按无,轻微,中度,重度或严重来报告: 

          无:没有肉眼可见的风化沉积物; 

          轻微:测试砖块不超过10%暴露面积覆盖着一层薄薄的盐;

          中度:沉积物比轻微时的程度更重,测试砖表面覆盖沉积物的面积达到50%,但不伴有粉化或表面剥落; 

          重度:在测试砖表面的暴露面积覆盖大量(达到50%或更多)的盐沉积物,但没有出现粉化或表面剥落; 

          严重:有大量盐沉积物,伴随粉化/或暴露表面的剥落。


          水性乳胶漆的选择

          关于风化和铺展能力方面,研究在不同含量下基材润湿剂的效果。

          中等PVC(50%)水性乳胶漆涂料

          表1为该研究内容中使用的中等PVC水性乳胶漆的涂料配方。表2为漆的物理性指标。表3为漆在测试砖上的应用。Pat添加剂能够显著降低涂料的消耗量,提高涂布率。




          观察

          测试砖上涂有两层润湿剂含量不同的涂料,并浸没在水中24小时。在中等PVC乳胶漆中,流入孔中的材料包括水,粘合剂和颜料,它们渗入孔隙和裂缝中并顺利成膜。随着基材润湿剂用量的增加,这种渗透效果得到增强并且实验结果也会进一步改善(图7),在决定润湿剂的含量时,需要考虑重涂性因素。



          高PVC水性乳胶漆

          表4为该研究内容中使用的高PVC水性乳胶漆的涂料配方。表5为涂料的物理性指标。表6为涂料在测试砖上的应用。在高PVC水性乳胶漆中,Pat添加剂同样能够显著降低涂料的消耗量,提高涂布率。






          观察

          测试砖上涂有两层润湿剂含量不同的涂料,并浸没在水中24小时。

          测试砖上涂有两层润湿剂含量不同的涂料,并浸没在水中24小时。在高PVC乳胶漆中渗入孔中的是水,少量的粘合剂,以及包括基材润湿剂的颜料,它们流入孔隙和裂缝中并成膜。 如果有大量基材润湿剂存在,润湿剂/有机硅(形成物理分子膜)在孔表面的粘附性会更强,从而使孔表面变得非常疏水,如此便会减缓物料的进一步渗透,达到填满所有孔隙的目的。当我们继续增加基材润湿剂的用量时,这种减缓渗透的现象便不复存在,如果PVC> CPVC,实验结果没有得到进一步改善。(图8)



          总结

          新型基材润湿剂的引入改善了乳胶漆的铺展能力。加速风化或抗泛碱试验的结果也突显出了填充混凝土基材裂缝/孔隙的有效性。值得一提的是,有机硅基材润湿剂显示出更强的抗碱阻力效果,更能显著提高流动性。减少碱向基材的迁移还有助于提高保色性及保持漆膜连续性。


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