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1、1清水混凝土涂料的研制和应用沙圣刚瓦克上海技术中心摘要：介绍了清水混凝土涂料的研制和应用过程。硅树脂清水混凝土涂料集耐久性、憎水性和透气性于一身，同时保持了混凝土本身的外观。讨论了树脂的种类、比例及填料对性能的影响。关键词：清水混凝土涂料；硅树脂；耐久性；憎水性；透气性Preparation and Application of Clear Concrete PaintAbstract: The preparation and application of clear concrete paint is discribed. Silicone resin clear concrete pain
2、t offers outstanding durability, water repelleny and breathability and maintains the natural finish color of concrete. The influence of resin, ratio of silicone resin/acrylic emulsion and fillers on the performance is discussed.Key Words: clear concrete paint ; silicone resin; durability; water repe
3、llency; breathability0 前言清水混凝土建筑在生活中到处可见，最常见的就是市政道路设施，如桥梁、路基、道路隔离墩等。给人印象最深的也是这种形式的建筑在下雨时和刚刚下雨后，表面湿淋淋的感觉，有些甚至是很污浊的效果。这是因为混凝土属于多孔物质，表面吸水率很大，很容易吸收水份，吸水后就会颜色变深，长时间后会表面发黑、长霉、开裂。清水混凝土作为一种建筑风格在国外已流行好多年，它保持混凝土原有的颜色和纹理，给人以古朴凝重、自然清纯的质感。目前国内一些著名工程也采用了清水混凝土风格，如：东方明珠电视塔、联想大厦、浦发银行全国结算中心、海南国际机场、首都机场塔台等。这些建筑并非混凝土直接
4、裸露在空气中，而是外表穿上了一层透明的外衣清水混凝土涂料。清水混凝土涂料实际上是一种透明或半透明涂料，不含如钛白粉之类的有色颜料，涂于混凝土表面后，不会遮盖混凝土原来的外观，保持了混凝土原有的颜色和质感，同时具有很好的保护作用，可以防止混凝土变色、长霉、粉化和开裂，其保护寿命长达 20 年。目前国内工程选用的主要是日本企业生产的产品，如旭硝子、SKK、菊水等，国产此类产品的企业很少。清水混凝土涂料因不含耐紫外线好的钛白颜料，对基料的要求很高，一般选用有机氟或有机硅等耐久性好的树脂。日本早期采用丙烯酸聚氨酯作基料，几年后混凝土表面就变黄。本文中采用纯硅树脂作粘结剂，配制成了具有高耐久性、高透气性
5、和高憎水性的清水混凝土涂料。1 实验部分完整的清水混凝土体系应包括面漆、底漆和修补砂浆，因修补砂浆不属于涂料范畴，这里仅讨论面漆和底漆。1.1 透明面漆的研制1.1.1 基料的选择2根据国外产品的介绍，一般选择耐久性好的氟碳乳液或有机硅乳液。本文比较了一种氟碳乳液和硅树脂乳液，硅树脂乳液表现出更好的抗黄变性，同时硅树脂又具有很好的透气性，最后选择了硅树脂乳液。氟碳乳液与硅树脂乳液涂在玻璃板上，根据 GB/T 16777-1997 进行耐紫外线试验。硅树脂在强烈紫外线照射后，几乎不变色。见图 1硅树脂 氟碳乳液Silicone resin fluorin emulsion（图 1）Fig. 1这
6、是因为硅树脂是高分子、三维交联的化合物，其结构类似于石英。它们都是以硅/氧为骨架，但与石英不同的是，在硅树脂中，每四个氧原子就有一个被有机基团 R 取代。因此它可以描述为是一种有机改性的石英结构。另外，所有的硅树脂均由三官能硅单元组成，使硅树脂在化学性能上成为介于纯粹无机物和纯粹有机物之间的中间体系（图 2）1。O O O O O OO O O OO O O O O- O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O - - Si - - O - Si - O - Si - O - Si
7、 - O -Si - 石英 R OEt R R R O- O - Si - O - Si - O - Si - O - Si - O O O O O OO O OEt R R - Si - 硅树脂EtO -Si - O-Si-R R-Si -O- Si - R Si - O -3（图 2）Quartz and silicone resin (Fig. 2)硅树脂由 30 至 80 个硅的 T 单元组成，分子量从 2000 至 5000，这与其他聚合物树脂相比低得多。硅树脂中还含有约 2%至 4%的乙氧基。这些乙氧基能相互起化学反应，或与颜、填料上的羟基，或与底材上的羟基起化学反应，生成硅氧键。
8、众所周知，硅氧键能比碳碳键能高很多，紫外线的能量不足以使硅氧键断裂。所以硅树脂具有很好的附着力和耐久性。硅树脂表现出比其他树脂更好的颜料润湿性，硅树脂包裹在颜填料的表面，提高了填料的耐久性。氟碳乳液或硅丙乳液是线性高分子，其主链是碳碳键，侧链上带有氟或硅，其氟或硅的含量的多少影响耐老化性，氟碳乳液或硅丙乳液高分子是疏水性的，而无机填料是亲水性的，所以两者之间的亲合力较差。完全固化的硅树脂是三维交联的刚性的网络结构，不熔不溶，其在长期处于 200的高温条件下，也不会有任何变化，可耐碱，耐酸雨和太阳光中的紫外线、红外线。由于其硬度很高，性能较脆，需要与线性丙烯酸乳液合用，以增加其柔韧性。从耐候性角
9、度考虑，一般选用纯丙乳液。不同的纯丙乳液对耐黄变影响不同，需要通过实验选择。配制成不同的透明涂料，在玻璃板上制成相同厚度的涂膜,完全干燥后,根据 GB/T 16777-1997 进行耐紫外线老化试验。在照射相同时间后，测量老化前后的色差 E，E 值越大，表明其耐老化性越差。表 1 显示纯丙 B 具有更好的抗黄变性。表 1 不同透明涂料 UV 老化前与老化后的色差配方 1#（纯丙 A） 配方 2#（纯丙 B）E( 8h UV) 4.09 2Tab.1 E before UV ageing and after UV ageing based on different dispersion form
10、ula1#（pure arylic emulsion A）formula2#（pure arylic emulsion B）E( 8h UV) 4.09 21.1.2 硅树脂与纯丙乳液的比例硅树脂和纯丙乳液 B 按照不同的比例配制成涂料 ,其比例如表 2。 表 2 显示在相同PVC 下 , 硅树脂用量越大 , 耐黄变性越好，但到达一定比例后, 抗黄变性能增加有限, 但成本增加较多，所以从经济角度考虑，选择硅树脂与纯丙比例为 1：1 时较好。(表 2)不同树脂比例透明涂料 UV 老化前与老化后的色差配方 2# 配方 3# 配方 4#硅树脂/纯丙 1：2 1：1 2：1E( 8h UV) 2 1.
11、33 1.32Tab.2 E before UV ageing and after UV ageing based on different content of silicone resin formula2# formula3# formula4#silicone/dispersion 1：2 1：1 2：1E( 8h UV) 2 1.33 1.3241.1.3 填料的选择因为是配制透明涂料, 所以填料应选用遮盖力较低的填料, 填料的粒径不宜过细,同时应选用耐候性较好的填料。1.1.4 参考配方及性能测试表 3 硅树脂透明面漆参考配方原材料 质量%1 水 33.32 HEC 纤维素 0.4
12、3 SILRES BS16 (1:3) 0.14 多聚磷酸盐 NC 0.15 分散剂 0.46 消泡剂 0.27 云母 128 滑石粉 89 重钙 510 SILRES BS1306 憎水剂 111 SILRES BS43N 硅树脂乳液 2012 纯丙乳液 B 1813 成膜助剂 0.514 消泡剂 0.215 防腐剂 0.216 增稠剂 0.417 SILRES BS16 (1:3) 0.2合计 100Tab.3 Typical formula of silicone resin translucent top coatingraw material weight%1 water 33.32
13、 thickener 0.43 SILRES BS16 (1:3) 0.14 polyphosphate NC 0.15 dispersant 0.46 defoamer 0.27 mica 128 talc 89 carbonate 510 SILRES BS1306 water repellent agent 111 SILRES BS43N silicone resin 2012 pure acrylic emulsion B 1813 film forming agent 0.5514 defoamer 0.215 preservative 0.216 thickener 0.417
14、SILRES BS16 (1:3) 0.2tatal 100表 4 硅树脂透明涂料检测结果项目 检测结果吸水率 (w24-值) 0.01 kg/mh0.5水蒸汽透过率(sd-值): 0.37 m附着力 (灰砂砖) 3.4 N/mm耐擦洗性（次） 100001.000 小时 QUV :人工老化 不粉化,不黄变,不褪色疏水性 很好耐水性 96H 无异常涂层耐温变性(5 次循环) 无异常Tab4 testing resultitems testing resultwater uptake (w24-value) 0.01 kg/mh0.5water vapour permeability(sd-va
15、lue): 0.37 madhesion ( 3.4 N/mmscrub resistance（time） 10000artificial ageing 1.000h,QUV no chalking,no yellowingwater repellency goodwater resistance 96H passFilm temperature change resistance,5 cyclesOK1.2 透明底漆清水混凝土的寿命希望达到 20 年以上, 在此期间不需要维护保养, 所以对底漆也提出了很高的要求。要求底漆具有防水性、透气性、耐久性、加固底材，能增强与面漆的附着力，同时希望该产品是环保的、使用方便的和高效的。这里选用了一种水性的膏体状的小分子硅烷，完全符合了上述要求2。这种水性膏体底漆的主要成份是烷基三乙氧基硅烷。它被喷涂到混凝土表面后，会渗透到混凝土的内部，并与湿气反应，脱去乙醇，形成三维交联的有机硅树脂网络，化学锚固在混凝土上，形成一层防水层。防水层的厚度与涂布量底材的密实度有关，防水层的厚度从 2 毫米到 6 毫米不等。因为其形态是膏体，所以其厚涂不流挂，固化后完全吸附到混凝土内部，不改变混凝土的外观，不影响混凝土的透气性，因为它不堵塞毛细孔，同时其与硅树脂面漆发生交联反应，使之有机地成为一体。6表 5
