預制混凝土構件復合涂層的老化試驗研究

引言

隨著裝配式建筑行業的發展，預制混凝土構件（PC 構件）生產企業迅速增加，自帶特殊裝飾效果的構件引起了廣泛關注。目前，國內PC構件在現場施工后，基本都是毛坯狀態，后期還需要進行構件裝飾及防護，尤其是外部裝飾施工環境惡劣，大多數時間需要高空作業，增加了裝修難度和成本[1-2]。

從混凝土構件裝飾角度考慮，混凝土建筑外立面一 般采用真石材、幕墻玻璃、瓷磚、涂料等進行裝飾和防護。真石材耐腐蝕、堅固、易擦洗，但密度和重量較大，不適合在高樓層外立面裝飾中應用；幕墻玻璃需二次熱處理，且要處理倒棱，做好玻璃磨邊方面的工作，工序過于復雜；瓷磚種類繁多，耐久性好，應用較為廣泛，但存在環境污染、安全隱患、低質量以及工期長等不足；外墻涂料生產過程污染小、安裝簡單快速、質量易控制等，但其使用壽命不算太長，且外觀單一[3-6]。從混凝土構件防護角度考慮，混凝土開裂后，加速了水、二氧化碳及氯離子等有害物質向混凝土內部侵入的速度，直接影響著結構的耐久性和工程使用壽命，因此，混凝土構件需加強表面防護。大量實踐證明，適時進行“混凝土表面防護”是提高結構耐久性的一種簡便易行且經濟性好的措施[7-8]。

UV光固化油墨，就是使用光固化樹脂作為油墨的基料，在紫外光的照射下，由光引發劑產生自由基，引起基料聚合和交聯反應，使油墨固化。UV光固化油墨作為一種新型的環保油墨，以其節能、環保、高效等優勢受到越來越多的關注，應用于建筑行業的外墻裝飾中可縮短后期高空施工工期，安全高效，且能提高混凝土結構的使用壽命及建筑外墻的美觀度[9-10]。自然氣候中，太陽光輻射被認為是涂層老化的主要原因，因此，本文采用一種基于紫外線光（UV光）固化的預制混凝土外墻智能制造工藝，采用噴涂打印的方式，將UV光固化油墨按照預設好的圖案直接打印在預制混凝土構件外立面，然后噴涂一層透明防護膜，在混凝土表面形成長期的保護層，起到憎水耐污的效果，將預制混凝土構件外立面精裝（包含裝飾及防護）直接在工廠完成，然后進行基于UV光固化打印技術的預制混凝土外墻復合涂層試件的老化試驗研究。

1.1 材料及配合比

試樣底層涂覆底涂材料，中間層打印UV光固化油墨（UV環保墨水），面層涂覆面涂材料，老化試驗中試樣的配合比見表1。其中，底涂材料為本單位自主研發的底涂產品；面涂材料1為上海駿臻地坪的混凝土密封固化劑；面涂材料2為自主研發的面涂產品；面涂材料3為鄭州長茂的UV光油；面涂材料4為上海西亞的混凝土面層保護劑；試樣⑤為對比試樣。

表1 試驗配合比

1.2 試驗方法

老化試驗是涂層經人工氣候老化或人工輻射曝露過程中性能的改變。經過人工氣候老化或人工輻射曝露的涂層的老化狀況取決于涂料的類型、涂層的曝露條件、所選擇的用于監控老化過程進展的性能及這種性能變化的程度，被選中進行監控的性能應該是涂層在實際應用中重要的性能。

本試驗用經濾光器濾過的氙弧燈光對涂層進行人工氣候老化或人工曝露輻射，其目的是為了使涂層在經受一定的曝露輻射能后，使選定的性能產生一定程度的變化，或者使涂層達到一定程度的老化所需要的曝露輻射能?？蓪⑵芈锻繉拥男阅芘c同樣制得的未經曝露的涂層（對比試樣）性能相比較，或者與同時曝露的性能已知的涂層（參比樣）相比較。

根據GB/T 1865—2009/ISO11341:2004《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過的氙弧輻射》，對表1的5組式樣進行老化試驗，每組3個式樣，人工老化3年（1058h），試件尺寸為100mm×200mm×12mm。

1.3 試驗工藝

本文采用基于UV光固化的預制混凝土構件智能制造工藝流程，該工藝操作簡單，生產成本低，能夠在工廠中完成混凝土構件外立面的精裝（裝飾及防護），避免了高空作業，安全性高，施工受外界環境影響小，施工難度小，能夠實現工業化生產。該工藝為3層噴涂工藝，分別為柔性層、裝飾層與防護層。

第一層為柔性層，采用具有較高彈性和附著力的混凝土保護劑直接噴涂在混凝土外墻上面，起到提高粘合力，防止混凝土開裂的作用。柔性層材料又稱底涂材料， 采用噴涂工藝進行涂覆，該柔性保護劑可滲入結構表面內部一定深度（如3～6mm），提高密實性，增加及增強混凝土及其表面的密度與硬度，成為混凝土整體結構的一部分，起著密封、防水、防磨損、牢固防護混凝土的作用。涂刷方式采用輥刷、噴刷均可。對于大面積作業，噴刷因其具有涂刷均勻、施工速度快等特點，可作為首選。

第二層為裝飾層，采用UV光固化打印機，根據預設好的圖案，噴涂打印到構件外立面，形成高耐候UV光固化打印層，具有即刻固化、色牢度佳、單人可操作、可節約人工和材料成本的優勢；裝飾層采用UV光固化油墨。

第三層為防護層，采用無色透明保護劑進行噴涂，對裝飾層進行防護?；炷帘砻娣雷o劑抗侵蝕，有效防止基材滲水，抗日照、海水、雨水侵蝕，通過涂層形成保護層，阻水透氣。保護層具有耐紫外線、防沾污、耐磨耐劃、耐候的功能。防護層材料又稱面涂材料，亦采用噴涂工藝進行涂覆。

打印設備設置在裝配式外墻流水線上，外墻在經過設備時，設備開始噴涂打印，形成所需要的效果，如圖1所示。

圖1 噴涂打印設備

2.1 不同氙燈老化時間對涂層性能的影響

5組試樣分別在176h、352h和1058h下進行氙燈老化試驗，試驗過程中發現，試樣在老化176h之前，無任何變化。老化352h和1058h的試驗結果見表2、表3。不同老化時間的試樣變化圖如圖2所示。

表2 氙燈老化352h試驗結果

表3 氙燈老化1058h試驗結果

注：根據GB/T1766—2008《色漆和清漆涂層老化的評級方法》，失光、變色、粉化、泛金、沾污單項等級有0～5級，共6個等級。開裂數量、起泡密度、剝落面積、長霉數量與斑點數量等級有0～5級，共6個等級；開裂大小、起泡大小、剝落大小、霉點大小與斑點大小有S0～S5級，共6個等級。綜合等級分0～5級，共6個等級，分別代表涂膜老化性能的優、良、中、可、差、劣。

圖 2 不同老化時間的試件照片

由表2、表3和圖2可知，試樣在176h前，無任何變化。經過352h后，試樣②、試樣③和試樣④出現很輕微失光變色現象，試樣②和試樣③稍有開裂與剝落現象，幾乎可忽略；試樣②、試樣③和試樣④失光程度等級為1，說明很輕微失光；試樣②、試樣③和試樣④變色程度等級為1，說明很輕微變色；試樣②和試樣③開裂數量等級為1，開裂大小等級為S1，說明開裂很少幾條，小的幾乎可以忽略，在10倍放大鏡下才可見裂紋；試樣①、試樣③和試樣⑤剝落面積等級為1，剝落大小等級為S1，說明剝落面積低于0.1%，大小低于1mm。經過1058h后，失光等級無變化；試樣②和試樣③變色現象稍明顯，變色程度等級由1級變為2級，有輕微變色；試樣②開裂數量等級由1級變為2級，開裂大小由S1變為S2，有少量可以察覺開裂，目視剛可見開裂；試樣③開裂數量等級由1級變為3級，開裂大小由S1變為S3，有中等數量開裂，目視清晰可見開裂；試樣③剝落面積等級由1級變為2級，剝落大小等級由S1變為S2，說明剝落面積低于0.3%，大小低于3mm。

2.2 不同氙燈老化時間下的綜合等級對比

將涂層試樣在不同氙燈老化時間的下綜合等級結果進行對比，見表4。

表 4 不同老化時間下的綜合等級結果

由表4可知，經過1058h的人工老化試驗研究，各組配合比試樣的抗老化性能為：試樣④>試樣②>試樣①=試樣⑤>試樣③，說明基于UV光固化打印技術的裝配式外墻智能制造工藝流程，采用市場常見面層防護劑制作的試件均具備優異的抗老化性能，尤其自主研發的混凝土面層保護劑其抗老化性能最優，其中不涂面層保護劑的試樣優于涂刷UV光油的試樣，可見水性面層保護劑的抗老化性能優于UV光油。

本文通過對預制混凝土復合涂層試件進行不同老化時間的老化試驗研究，得出以下結論：

（1）混凝土涂層時間經過352h的老化后，試樣②、試樣③和試樣④出現很輕微失光變色現象，試樣②和試樣③稍有開裂與剝落現象，幾乎可忽略；經過1058h的老化后，試樣的失光等級無變化，試樣②和試樣③有輕微變色，試樣②有少量可以察覺開裂，試樣③有中等數量目視清晰可見的開裂，并伴有低于0.3%的剝落。

（2）經過1058h的人工老化試驗研究，基于UV光固化打印技術的裝配式外墻智能制造工藝流程，采用市場常見面層防護劑制作的試件均具備優異的抗老化性能，尤其自主研發的混凝土面層保護劑其抗老化性能最優，其中不涂面層保護劑的試樣優于涂刷UV光油的試樣，可見水性面層保護劑的抗老化性能優于UV光油。

（3）采用基于UV光固化打印技術的預制外墻工藝制作的老化試件，其抗老化性能優異，且操作簡單，生產成本低，施工受外界環境影響小，能夠在工廠中完成混凝土構件外立面的裝飾及防護，避免了高空作業，能夠實現工業化生產。

文章來源：混凝土世界雜志

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