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预制混凝土构件复合涂层的老化试验研究

 

发布时间:2023-12-04   字号:【

 摘要:对预制混凝土复合涂层试件进行不同老化时间的试验研究,结果表明,经过352h的老化试验后,试样出现很轻微失光变色与开裂剥落现象,1058h后,试样轻微变色、可见少量开裂,并伴有剥落现象;基于UV光固化打印技术的预制混凝土构件智能制造工艺流程,采用市场常见面层防护剂制作的试件均具备优异的抗老化性能,其中不涂面层保护剂的试样优于涂刷UV光油的试样,可见水性面层保护剂的抗老化性能优于UV光油;三层喷涂打印工艺操作简单,生产成本低,施工受外界环境影响小,能够在工厂中完成混凝土构件外立面的装饰及防护,避免了高空作业,可工业化生产。

关键词:UV光固化;抗老化性能;智能制造;表面防护

 


引言

 

随着装配式建筑行业的发展,预制混凝土构件(PC 构件)生产企业迅速增加,自带特殊装饰效果的构件引起了广泛关注。目前,国内PC构件在现场施工后,基本都是毛坯状态,后期还需要进行构件装饰及防护,尤其是外部装饰施工环境恶劣,大多数时间需要高空作业,增加了装修难度和成本[1-2]。

 

从混凝土构件装饰角度考虑,混凝土建筑外立面一 般采用真石材、幕墙玻璃、瓷砖、涂料等进行装饰和防护。真石材耐腐蚀、坚固、易擦洗,但密度和重量较大,不适合在高楼层外立面装饰中应用;幕墙玻璃需二次热处理,且要处理倒棱,做好玻璃磨边方面的工作,工序过于复杂;瓷砖种类繁多,耐久性好,应用较为广泛,但存在环境污染、安全隐患、低质量以及工期长等不足;外墙涂料生产过程污染小、安装简单快速、质量易控制等,但其使用寿命不算太长,且外观单一[3-6]。从混凝土构件防护角度考虑,混凝土开裂后,加速了水、二氧化碳及氯离子等有害物质向混凝土内部侵入的速度,直接影响着结构的耐久性和工程使用寿命,因此,混凝土构件需加强表面防护。大量实践证明,适时进行“混凝土表面防护”是提高结构耐久性的一种简便易行且经济性好的措施[7-8]。

 

UV光固化油墨,就是使用光固化树脂作为油墨的基料,在紫外光的照射下,由光引发剂产生自由基,引起基料聚合和交联反应,使油墨固化。UV光固化油墨作为一种新型的环保油墨,以其节能、环保、高效等优势受到越来越多的关注,应用于建筑行业的外墙装饰中可缩短后期高空施工工期,安全高效,且能提高混凝土结构的使用寿命及建筑外墙的美观度[9-10]。自然气候中,太阳光辐射被认为是涂层老化的主要原因,因此,本文采用一种基于紫外线光(UV光)固化的预制混凝土外墙智能制造工艺,采用喷涂打印的方式,将UV光固化油墨按照预设好的图案直接打印在预制混凝土构件外立面,然后喷涂一层透明防护膜,在混凝土表面形成长期的保护层,起到憎水耐污的效果,将预制混凝土构件外立面精装(包含装饰及防护)直接在工厂完成,然后进行基于UV光固化打印技术的预制混凝土外墙复合涂层试件的老化试验研究。

 

1 材料与方法


1.1 材料及配合比

 

试样底层涂覆底涂材料,中间层打印UV光固化油墨(UV环保墨水),面层涂覆面涂材料,老化试验中试样的配合比见表1。其中,底涂材料为本单位自主研发的底涂产品;面涂材料1为上海骏臻地坪的混凝土密封固化剂;面涂材料2为自主研发的面涂产品;面涂材料3为郑州长茂的UV光油;面涂材料4为上海西亚的混凝土面层保护剂;试样⑤为对比试样。

 

表1 试验配合比

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1.2 试验方法

 

老化试验是涂层经人工气候老化或人工辐射曝露过程中性能的改变。经过人工气候老化或人工辐射曝露的涂层的老化状况取决于涂料的类型、涂层的曝露条件、所选择的用于监控老化过程进展的性能及这种性能变化的程度,被选中进行监控的性能应该是涂层在实际应用中重要的性能。

 

本试验用经滤光器滤过的氙弧灯光对涂层进行人工气候老化或人工曝露辐射,其目的是为了使涂层在经受一定的曝露辐射能后,使选定的性能产生一定程度的变化,或者使涂层达到一定程度的老化所需要的曝露辐射能。可将曝露涂层的性能与同样制得的未经曝露的涂层(对比试样)性能相比较,或者与同时曝露的性能已知的涂层(参比样)相比较。

 

根据GB/T 1865—2009/ISO11341:2004《色漆和清漆人工气候老化和人工辐射曝露滤过的氙弧辐射》,对表1的5组式样进行老化试验,每组3个式样,人工老化3年(1058h),试件尺寸为100mm×200mm×12mm。

 

1.3 试验工艺

 

本文采用基于UV光固化的预制混凝土构件智能制造工艺流程,该工艺操作简单,生产成本低,能够在工厂中完成混凝土构件外立面的精装(装饰及防护),避免了高空作业,安全性高,施工受外界环境影响小,施工难度小,能够实现工业化生产。该工艺为3层喷涂工艺,分别为柔性层、装饰层与防护层。

 

第一层为柔性层,采用具有较高弹性和附着力的混凝土保护剂直接喷涂在混凝土外墙上面,起到提高粘合力,防止混凝土开裂的作用。柔性层材料又称底涂材料, 采用喷涂工艺进行涂覆,该柔性保护剂可渗入结构表面内部一定深度(如3~6mm),提高密实性,增加及增强混凝土及其表面的密度与硬度,成为混凝土整体结构的一部分,起着密封、防水、防磨损、牢固防护混凝土的作用。涂刷方式采用辊刷、喷刷均可。对于大面积作业,喷刷因其具有涂刷均匀、施工速度快等特点,可作为首选。

 

第二层为装饰层,采用UV光固化打印机,根据预设好的图案,喷涂打印到构件外立面,形成高耐候UV光固化打印层,具有即刻固化、色牢度佳、单人可操作、可节约人工和材料成本的优势;装饰层采用UV光固化油墨。

 

第三层为防护层,采用无色透明保护剂进行喷涂,对装饰层进行防护。混凝土表面防护剂抗侵蚀,有效防止基材渗水,抗日照、海水、雨水侵蚀,通过涂层形成保护层,阻水透气。保护层具有耐紫外线、防沾污、耐磨耐划、耐候的功能。防护层材料又称面涂材料,亦采用喷涂工艺进行涂覆。

 

打印设备设置在装配式外墙流水线上,外墙在经过设备时,设备开始喷涂打印,形成所需要的效果,如图1所示。

 

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图1 喷涂打印设备

 

2 结果与分析


2.1 不同氙灯老化时间对涂层性能的影响

 

5组试样分别在176h、352h和1058h下进行氙灯老化试验,试验过程中发现,试样在老化176h之前,无任何变化。老化352h和1058h的试验结果见表2、表3。不同老化时间的试样变化图如图2所示。

 

表2 氙灯老化352h试验结果

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表3 氙灯老化1058h试验结果

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注:根据GB/T1766—2008《色漆和清漆涂层老化的评级方法》,失光、变色、粉化、泛金、沾污单项等级有0~5级,共6个等级。开裂数量、起泡密度、剥落面积、长霉数量与斑点数量等级有0~5级,共6个等级;开裂大小、起泡大小、剥落大小、霉点大小与斑点大小有S0~S5级,共6个等级。综合等级分0~5级,共6个等级,分别代表涂膜老化性能的优、良、中、可、差、劣。

 

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图 2 不同老化时间的试件照片

 

由表2、表3和图2可知,试样在176h前,无任何变化。经过352h后,试样②、试样③和试样④出现很轻微失光变色现象,试样②和试样③稍有开裂与剥落现象,几乎可忽略;试样②、试样③和试样④失光程度等级为1,说明很轻微失光;试样②、试样③和试样④变色程度等级为1,说明很轻微变色;试样②和试样③开裂数量等级为1,开裂大小等级为S1,说明开裂很少几条,小的几乎可以忽略,在10倍放大镜下才可见裂纹;试样①、试样③和试样⑤剥落面积等级为1,剥落大小等级为S1,说明剥落面积低于0.1%,大小低于1mm。经过1058h后,失光等级无变化;试样②和试样③变色现象稍明显,变色程度等级由1级变为2级,有轻微变色;试样②开裂数量等级由1级变为2级,开裂大小由S1变为S2,有少量可以察觉开裂,目视刚可见开裂;试样③开裂数量等级由1级变为3级,开裂大小由S1变为S3,有中等数量开裂,目视清晰可见开裂;试样③剥落面积等级由1级变为2级,剥落大小等级由S1变为S2,说明剥落面积低于0.3%,大小低于3mm。

 

2.2 不同氙灯老化时间下的综合等级对比

 

将涂层试样在不同氙灯老化时间的下综合等级结果进行对比,见表4。

 

表 4 不同老化时间下的综合等级结果

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由表4可知,经过1058h的人工老化试验研究,各组配合比试样的抗老化性能为:试样④>试样②>试样①=试样⑤>试样③,说明基于UV光固化打印技术的装配式外墙智能制造工艺流程,采用市场常见面层防护剂制作的试件均具备优异的抗老化性能,尤其自主研发的混凝土面层保护剂其抗老化性能最优,其中不涂面层保护剂的试样优于涂刷UV光油的试样,可见水性面层保护剂的抗老化性能优于UV光油。

 

结论


本文通过对预制混凝土复合涂层试件进行不同老化时间的老化试验研究,得出以下结论:

 

(1)混凝土涂层时间经过352h的老化后,试样②、试样③和试样④出现很轻微失光变色现象,试样②和试样③稍有开裂与剥落现象,几乎可忽略;经过1058h的老化后,试样的失光等级无变化,试样②和试样③有轻微变色,试样②有少量可以察觉开裂,试样③有中等数量目视清晰可见的开裂,并伴有低于0.3%的剥落。

 

(2)经过1058h的人工老化试验研究,基于UV光固化打印技术的装配式外墙智能制造工艺流程,采用市场常见面层防护剂制作的试件均具备优异的抗老化性能,尤其自主研发的混凝土面层保护剂其抗老化性能最优,其中不涂面层保护剂的试样优于涂刷UV光油的试样,可见水性面层保护剂的抗老化性能优于UV光油。

 

(3)采用基于UV光固化打印技术的预制外墙工艺制作的老化试件,其抗老化性能优异,且操作简单,生产成本低,施工受外界环境影响小,能够在工厂中完成混凝土构件外立面的装饰及防护,避免了高空作业,能够实现工业化生产。

 

 

文章来源:混凝土世界杂志

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