研究混凝土抗风蚀磨损表面强化处理材料的对比试验

1、研究混凝土抗风蚀磨损表面强化处理材料的对比试验摘要：针对混凝土结构物风蚀带来的磨损问题，选择4种材料进行表面强化处理，通过耐磨损与疏水性试验，研究提高混凝土结构表面抗风蚀性。根据研究结果，4种材料均可提高抗风蚀能力，渗透性复合乳液具有比较全面的优势，通过渗透方式发生反应，在表面形成致密的网状结构，可提高结构物耐磨度一倍多，表干时间大大缩短，抗紫外线、抗开裂和抗冻方面均表现良好。 关键词：混凝土；抗风蚀；表面强化处理；耐磨材料 中图分类号：TU528.1文献标识码： A 文章编号： 风蚀是风携带沙粒对结构物或地貌进行长时间侵蚀造成结构物表面发生磨损的自然作用。研究显示，风速在每秒6m/s范围时风

2、蚀量随着风速提高变化不大，超过7m/s风蚀量显著增加。因此研究混凝土抗风蚀磨损具有很强的显示意义。目前混凝土结构最常用抗风蚀方法是在其表面附加强化处理材料。目前的研究中研究混凝土抗风蚀的问题还不是很多，混凝土耐磨蚀问题有一些研究，主要以调整混凝土原料的配置比例，制成抗耐磨混凝土，或者在结构表面附加耐磨层。本研究选用4种表面渗透性附加材料进行抗风蚀性试验，目的是通过对比研究发现性能最佳的混凝土抗风蚀表面材料。 1试验准备 混凝土配置原料：水泥P.O42.5，细度为2.83中砂，粒度531.5mm，一般自来水。抗风蚀材料：渗透性复合乳液型表面附着材料、有机高分子表面涂料、厚质水溶性树脂表面附着材料

3、、可固化硅酸盐表面处理材料。 测试的混凝土结构体为长方形混凝土构件，尺寸120mm*100mm*100mm，不附加任何材料的为基准试件，其他分为4组，每组3个，一共12个，分别涂刷上面所述4种抗腐蚀材料。 3 试验方法与试验过程 3.1试验方法 按照相关理论，混凝土构件表面磨损程度与具体构件表面裂纹扩展率、硬度和摩擦系数正相关。在风蚀环境中，混凝土构件的表层砂浆首先会被含有沙石的高速空气流磨损掉，在构建的表层形成很多哦细小的凹点和裂缝，这种磨损持续进行直到构件内部的粗料集暴露在外。暴露出的粗料集又经过磨损和冲蚀，被高速气体流带走，从而在构建表面形成一些很细小的空洞。由于空洞的下层和周围是构成混

4、凝土的砂浆，因此接连不断的风蚀作用将这些砂浆吹走，于是构建就这样逐渐被侵蚀。最终的结果是混凝土构件表面被风蚀作用磨损，构件表面抗侵蚀能力不断下降，最终影响整个工程的耐久，造成保养修护费用。 在混凝土结构表面粉刷抗侵蚀性材料有助于减少侵蚀到来的破坏作用。在第一组试件中，采用的是渗透性复合乳液，复合乳液由聚合物乳液和强化渗透成分构成，构建表面在粉刷了这种乳液之后，聚合物乳液在强化渗透成分的作用下渗入到构建中与混凝土中的游离钙成分相互反应，这种反应的结果会形成一种微膨胀的晶体，这种晶体会堵塞混凝土构件表面的微小空隙和裂缝，聚合物乳液与晶体共同在构件表面形成一层致密的网状结构。大风夹着沙粒摩擦构件表层

5、，网状结构阻隔了风沙与砂浆和粗料集之间的直接接触，于是形成了对构件表面的保护。 3.2实验过程 自上世纪20年代开始，随着混凝土在众多工程领域的广泛采用，混凝土腐蚀现象越来越严重，逐渐引起了科学界的重视。1925年，美国科学界Miller开始研究硫酸盐土壤对混凝土桥墩的影响，获得了20年以上混凝土建筑的腐蚀数据。之后，德国成立了混凝土协会，利用沼泽水造成的侵蚀对混凝土在自然条件下的侵蚀进行了一次大规模试验，1934年以后，有学者对混凝土在海水中的耐久性进行了测试，提供了一些关于混凝土在各种自然侵蚀下的事情状况，于是人们开始对混凝土的混合比例和生产环节的因素进行改进。1945年，科学家分析了混凝

6、土中的钢筋的腐蚀问题，研究目标是解决使用高强度钢筋制作构建。在这一时期西方国家制定了一些混凝土工程施工标准，旨在防止腐蚀带来的侵蚀问题。如CH262-63、CH26-67等，为混凝土建筑的侵蚀防护提供了标准的技术规范。1982年美国在其沿海地区开始进行综合性的混凝土抗侵蚀性实验，英国与1920年成了相应的混凝土防护委员会，专门研究这方面问题，进行了长期的侵蚀与防护实验，得出了各种水泥的不同环境的流入铵盐腐蚀下损坏的规律与程度，获得了一些有价值的研究成果。 我国这方面起步比较晚，到上世纪50年代初才有这方面的研究成果，主要研究方面是抗硫酸盐侵蚀的试验，以及研究其破坏方法与机理的探索，目的是提高混

7、凝土抗硫酸盐侵蚀性的研究。这些研究一般结合工程实践进行一些短期的探索性试验，并没有系统研究。关于混凝土在寒冷和酸雨等环境中看压力性试验也有一些研究成果，研究方法偏重于混凝土中添加水泥基耐酸侵蚀能力和抗腐蚀机理的分析，由于混凝土本身具有某些离散型特征，这使实验结果表现很不稳定，众多研究者在一些问题上得出的结论有较大差距，甚至相互矛盾。中国建筑科学园根据我国的具体情况，选择了一些代表性地区进行实验观测，取得了一些宝贵数据。 虽然本研究的主要任务是考察混凝土构件表面的抗风蚀能力，但是由于目前没有具体用作风蚀测试的具体实验标准，由于风蚀作用需要长年累月才能观察到效果，因此本实验采用一种折中的替代测试方

8、式，按照国家标准，混凝土及其制品耐磨性试验方法(GB/T16925-1997)进行本实验的具体操作，采用滚珠轴承摩擦构件表面，测试摩擦带来的构件质量变化。磨损设备选用一台功率为600瓦的滚珠轴承机，转速每分钟300转。单个构建磨损单侧面，磨损时间为持续6小时。 4 试验结果与分析 由于本试验重点是研究混凝土抗风蚀表面强化处理材料性能，所以在分析指标上选择质量损失率作为主要测定指标。表观变化也需要考虑，主要反映风蚀作用对混凝土表面外观造成的影响。其中质量损失率采用定量考察方式，表观变化作为定性指标考察。经过定期观察，发现所采用的试验对象，混凝土构建质量在风蚀作用下变化不大，不具有实际考察意义，因

9、此，选用质量变化率作为评价指标。同时考虑表干时间、磨槽宽度以及材料价格等试验数据，考察如下： M=M1-M 其中，M为考察指标质量损失率，单位kg，M1为试件测试结束时的质量，单位kg，M为测试之前的质量，单位kg。 每组取平均值，测试结果如下： 表1.构建质量变化表 指标组别 第一组 第二组 第三组 第四组 基准构件 质量变化量 -0.12 -0.25 -0.19 -0.33 -0.98 质量变化率 1.5*10-3 3.13*10-3 2.38*10-3 4.13*10-3 12.25*10-3 4中混凝土表面抗风蚀强化材料的耐磨性顺序从高到低依次为：1#渗透性复合乳液、3#构件组厚质水溶

10、性树脂、2#构件组有机高分子表面涂料、4#构件组可固化硅酸盐。疏水性试验表明，第1组构件疏水性能良好，而且具有憎水性，湿水过后可以迅速变干燥，第2组疏水性能一般，没有第一组的憎水效果，是谁以后干燥时间比较短；第3组有一定的疏水性能，同样没有憎水效果，第4组没有疏水性能，有溶蚀现象，表干时间比较长。从价格上看，渗透性复合乳液价格最低，固化硅酸盐第二，厚质水溶性树脂第三，厚质水溶性树脂价格最高。综合考虑各种指标可以看出第一组采用渗透性复合乳液综合性能最好，而且价格优势超过其他表面处理材料。 渗透性复合乳液外观是一种乳白色液体材料，放置在空气中半小时无结块和分层现象，粉刷时易操作，经过浓度测试发现其

11、固体物含油量大于10%，材料附着综合耐磨度1.88，抗冻性检测发现，经过零下30度至试问20度反复冰融循环20次，附着的图层没有出现溶蚀、起皮或者开裂现象。紫外线照射10小时，附着层无显著变化，大面积使用1.5m*1.5m大面积使用没有出现开裂现象。 5结论 在我国建筑设计历史中，混凝土建筑因为各种海水侵蚀、磨损侵蚀、压力损失等因素造成这些建筑围护和保养开支巨大，其原因主要是设计建造时采用的抗侵蚀技术措施不够有效。我国地域广大、许多混凝土工程处在风力极高的严酷环境下，风力造成的建筑物损失不可忽视，虽然针对各种混凝土结构侵蚀研究已经有了一些成果，但专门针对风力侵蚀的研究上不明显，究其原因可能是风蚀作用不容易模拟，本文的试验采用一种替代的方式模拟风力侵蚀，经过以上试验，可以得到以下结论：首先，在混凝土构件表面采用涂抹强化材料可以很大程度上提高构件的抗风蚀能力。其次，从4中材料的总和性能分析表明，采用渗透性复合乳液作为表面强化处理材料效果较好。与不作任何处理的基准构件相比较，耐磨系数提高2倍以上，表干时间也缩短将近1%，其他性能指标如看开裂、抗冷冻以及抗紫外线等表现均良好。最后，渗透性复合乳液通过渗透、反应，会在构件表面形成一层强有力的保护膜，阻塞风蚀作用对构建造成的磨损，而且经济实惠，具