城市污水混凝土结构防水防腐涂层选用技术研究木头怎样防腐防水

城市污水混凝土结构防水防腐涂层选用技术研究

原文作者：钟晓良等

中国建筑防水杂志丨技术

工程师-FS

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涂层体系的性能对城市污水混凝土结构防水防腐具有重要的作用。根据涂层体系的使用特点，选取11种不同的涂层体系，对比分析其在干湿基面上施工的涂层及混凝土试件的耐候性、耐湿热性、耐碱性、耐磨性、耐酸性等性能。结果表明，改性聚脲涂层体系具有良好的综合性能，可为污水混凝土结构防水防腐工程设计、材料选择提供参考。

作者简介：钟晓良，男，1987年出生，硕士，高级工程师，主要从事建筑、市政工程防水、防腐与修复研究。

原文刊登于《中国建筑防水》2022年第3期。

随着城市建设的快速发展和城市人口的不断增加，我国污水排放量也随之增加。因此，各地区不断加大污水处理厂和污水管网的建设作为市政工程的重要组成部分。这些设施的耐久性和运行安全性对维持城市的正常运行起着重要作用[1]。

一般而言，城市污水混凝土结构设计使用年限为60至70年，但这些结构长期受到酸蚀、侵蚀、微生物、冻融循环、碳化等腐蚀作用，混凝土无法达到其使用寿命。恶劣环境下的混凝土设施通常在5至10年内就会出现开裂、剥落、骨料外露等现象，严重时甚至会引发城市道路塌陷、污水渗漏等事故。为了减缓腐蚀速度，延长核心部件的使用寿命，通常对关键部位进行防水防腐处理。

涂装防水防腐涂层是现阶段常见的处理措施。目前，我国缺乏城镇污水混凝土结构涂装的设计、评定及验收标准，设计及选材通常参考GB/T 50046-2018《工业建筑防腐设计标准》。城镇污水混凝土结构涂层除了长期受到大气、干湿循环、碱等腐蚀外，还会受到H2S、污水、微生物等腐蚀破坏，这往往导致材料选择和设计不合理[2-4]。本研究提出了11种城镇污水混凝土结构常用的涂装体系，根据其服役特点，对涂装体系的耐候性、耐湿热性、耐碱性、耐磨性，以及在干湿基面上施工的涂层及混凝土试件的耐酸性进行研究，以期探索出性能优异的城镇污水混凝土结构防水防腐涂层体系。

01

实验部分

1.1 材料选择

1.1.1 涂层体系

体系一：改性聚脲+底漆；体系二：无溶剂环氧涂料+底漆+玻纤布；体系三：无溶剂环氧涂料+聚氨酯面漆；体系四：无溶剂环氧涂料；体系五：环氧树脂涂料；体系六：水性聚氨酯乳液；体系七：聚合物硅酸盐涂料；体系八：渗透防水剂；体系九：环氧树脂涂料；体系十：水性环氧涂料；体系十一：渗透结晶防水涂料。以上防水防腐涂装体系在工业污水、城镇污水等领域均有典型的工程案例。

1.1.2 混凝土试件

水泥：PO42.5普通硅酸盐水泥，南方水泥有限公司；骨料：粗骨料为粒径5～10 mm和10～15 mm的连续玄武岩碎石，细骨料为细度模数为2.6的中砂；水：实验室自来水；减水剂：SKY8860，上海大师建高新建筑化学品有限公司。本次试验混凝土设计等级为C40，配合比设计见表1。

表1 混凝土试件配合比

试件尺寸为100 mm×100 mm×100 mm，经过28 d的标准养护后，在试件的6个表面喷涂不同类型的涂料。对于湿基面，将混凝土试件浸入水中24 h，用湿抹布擦拭至看不到水迹，然后对表面进行喷涂。

1.2 仪器和设备

附着力拉脱试验机:PostiTest AT-A,DeFelsko,美国;氙灯老化箱:BGD 862,标格达精密仪器(广州)有限公司;湿热老化箱:HDJDSJ-1000,东莞市海达仪器有限公司;耐磨试验机:JM-IV,上海利奥检测仪器有限公司;万能试验机:CMT4104,米特斯工业系统(中国)有限公司深圳分公司;混凝土电通量计:NEL-PEU,北京耐尔仪器设备有限公司。

1.3 测试方法

1.3.1试件浸没试验

将涂敷不同涂层体系的混凝土试件在5%H2SO4溶液和去离子水中浸泡30天，试验温度为25~30℃。

1.3.2 涂层体系与混凝土物理性能

1)涂层体系附着力试验按照GB/T 5210-2006《色漆和清漆附着力试验法拉脱法》进行，拉头直径为20mm。

2)涂层体系人工耐候试验按照GB/T 1865-2009《色漆和清漆的过滤氙弧辐射人工耐候和人工辐射暴露》的规定进行，老化时间为720h。

3）涂层体系耐湿热性试验按照GB/T 1740-2007《漆膜耐湿热性测定》的规定进行，试验时间为720h。

4)涂层体系耐磨性试验按GB/T 1768-2006《色漆和清漆耐磨性的测定旋转橡胶砂轮法》的规定进行。

5)涂层体系耐碱性试验按JT/T 695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》的规定进行。

6）混凝土抗压强度试验按GB/T 50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》的规定进行。

7)混凝土电通量试验按GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能与耐久性试验方法标准》执行。

02

结果与讨论

2.1 耐候性

由于有些污水混凝土结构长期暴露在空气中，随着使用时间的增加，涂层体系会出现脱落、粉化、变色等现象，从而影响建筑物的使用寿命。因此，耐候性是涂层体系性能评价中的一个重要指标。有机成膜涂层体系720 h耐候性试验结果如图1、表2所示。

图1 有机成膜涂层体系耐候试验样品

表2 有机成膜涂层体系老化前后附着力测试结果

从图1中可以看出，体系2、体系4、体系7、体系9的试件均出现了明显的黄变现象，说明在老化过程中涂层分子链发生了明显的降解。表2中涂层体系老化前后附着力的损失率也证明了这一点；体系1、体系10的涂层无明显颜色变化，但有明显的光泽丧失，涂层附着力损失较小；体系3、体系5的涂层老化后无明显变化，涂层附着力略有提高，这可能是由于在光照和高温环境下聚合物链段缓慢交联，提高了分子链的刚性。

2.2 耐湿热、耐碱性

为了防止恶臭气体扩散和对环境的污染，越来越多的污水混凝土结构被采用封闭处理，使涂层处于高温高湿的环境中，而混凝土基层呈弱碱性。因此污水混凝土结构中使用的涂层的耐湿热性和耐碱性必须满足一定的要求。有机成膜涂层体系720小时耐湿热性和耐碱性试验结果如图2、图3所示。

图2 有机成膜涂层体系耐湿热试验样品

图3 有机成膜涂层体系耐碱性试验样件

从图2中可以看出，除体系9的涂层在检测前后有明显的颜色变化外，其余涂层均无明显变化；从图3中可以看出，各涂层体系均未出现明显的起泡、粉化现象。

2.3 耐磨性

污水处理厂的上水管道、廊道、出水渠的设计流速为0.7~1.0 m/s，高峰时段污水流速可达2.0~4.0 m/s，高速水流会对涂层产生冲蚀，造成涂层磨损。有机成膜涂层体系的耐磨性试验结果如表3所示。从表3可以看出，体系1、体系2的耐磨性较好；体系5的耐磨性较差，这与其表面粗糙度有关。

表3 有机成膜涂层体系耐磨性能测试结果

2.4 耐酸性

污水混凝土结构长期处于酸性环境中，涂层的耐酸性直接决定其使用寿命。但部分结构施工为地下工程，基面较为潮湿。因此本研究以C40混凝土为基材，分别采用干基面和湿基面的施工工艺。腐蚀溶液为5%H2SO4溶液，浸泡时间为30天。考察涂层体系浸泡前后外观、附着力、混凝土抗压强度及电通量的变化。不同涂层体系的试验结果如图4、表4、图5所示。

图4 涂层体系耐酸性试验样件

表4 不同涂层体系混凝土试件耐水、耐酸性试验结果

图5 不同涂层体系经耐水、耐酸性试验后的附着力测试结果

从图4可以看出，系统1、系统3、系统5、系统7涂层在5%浓度的H2SO4溶液中浸泡720h后，外观无明显变化；系统2玻璃纤维布有轻微脱落；系统4、系统6、系统9、系统10涂层有明显起泡甚至脱落，涂层变脆，混凝土有一定腐蚀、粉化现象；系统8表面混凝土有明显粉化现象；系统11涂层有一定脱落，混凝土中露出部分碎石。

从表4可以看出，不同涂层体系在720 h浸泡试验前后，混凝土的抗压强度和电通量变化不大，说明纯水对混凝土的腐蚀作用很小；经耐酸性试验后，体系1、体系2、体系3、体系7涂层的抗压强度和电通量变化均不明显，说明这四种涂层体系对混凝土均具有良好的防护作用；经耐酸性试验后，体系2、体系4、体系9、体系10涂层在外观上出现明显的脱落或起泡现象，但混凝土的抗压强度和电通量变化不明显，说明该涂层体系对混凝土有一定的防护作用；经耐酸性试验后，体系6和体系8涂层混凝土的抗压强度与耐水试验后相比明显下降，电通量明显增大，说明混凝土发生了明显的腐蚀破坏； 体系11涂层为水泥基防水防腐材料，虽然在酸性环境下有明显的脱落现象，但混凝土的抗压强度、电通量均没有发生明显变化，说明其对混凝土也起到了一定的保护作用。

从图5可以看出，有机成膜涂层体系中，除体系4在湿基体上的涂层附着力小于2MPa外，其余涂层体系在未处理的干基体和湿基体上的涂层附着力均大于4MPa，远大于我国现行污水混凝土处理设施涂层的设计要求。经过30天的耐水、耐酸性试验后，体系1、体系3、体系5、体系7涂层在干、湿基体上的附着力变化不大；体系2涂层在30天的耐水、耐酸性试验后均有不同程度的下降，说明体系2涂层的耐水性、耐酸性均比上述四种涂层差；体系4涂层在湿基体上施工时未打底漆，在湿基体上的附着力远小于在干基体上的附着力。 干湿基材的耐水性附着力损失率为21%和63%，干基材的耐酸性附着力损失率为42%，说明涂层的耐水性、耐酸性较差；体系9和体系10的涂层耐水性较好，但耐酸性较差，涂层附着力损失率均高于70%。

结论

涂层体系的性能对城市污水混凝土结构防水防腐起着至关重要的作用，设计选材应针对污水混凝土的使用环境，综合考虑涂层体系的耐候性、耐酸碱性、耐湿热性、耐酸性、耐侵蚀性等性能。在本次研究选取的11个体系中，改性聚脲涂层体系的综合性能最优，可为城市污水混凝土结构防水防腐涂料的研发提供参考。

参考：

[1]刘本山,童瑶,段厚瑞.污水管道混凝土微生物腐蚀减缓措施[J].科技创新,2021(26):59-60。

[2]韩秀秀,夏文丽,钟晓亮,等.城市污水环境中混凝土防腐技术[J].建设.2020,42(7):1235-1237.

[3] 荣辉, 于成龙, 马国伟, 等. 污水环境中混凝土微生物腐蚀研究进展[J]. 硅酸盐学报, 2021, 49(5): 988-999.

[3] 赵卓, 袁成芳, 田峰, 等. 城市污水管道混凝土腐蚀机理及耐久性设计[J]. 中国给水排水. 2020, 36(5): 73-78.

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