专利名称：一种大坝混凝土表面抗冲磨涂料及其涂刷方法
技术领域：
本发明属于混凝土表面涂料领域，具体是指一种大坝混凝土表面抗冲磨涂料及其涂刷方法。
背景技术：
随着水利水电工程建设的发展，高水头、大流量泄水建筑物日益增多，水工泄水建筑物如大坝的溢洪道、消力池、泄洪洞以及通航建筑物的闸室底板、输水廊道、排沙底孔等混凝土表面，常遭受高速含沙水流和推移质冲刷、磨蚀(简称冲磨)，不仅直接或间接影响工程的安全，而且由此导致的大坝维修费用巨大。据统计，在已建的大中型水电工程中有近70%存在冲刷、磨蚀破坏现象。为解决或减缓大坝混凝土表面高速水流冲磨破坏问题，目前国内外主要从如下两个方面着手一方面，开展高性能混凝土的应用研究；另一方面是采用有机复合材料作为混凝土表面涂料提高抗冲耐磨性的应用研究。高强度等级抗冲磨混凝土的水泥用量大，发热量高，易产生干缩裂缝及温度裂缝，再修补工程量大，且维修后不稳定因素较多等问题。而有机复合材料作为混凝土表面涂料的应用技术研究方面，以往大多集中在有机材料砂浆类，如环氧砂浆，但其耐候性较差，长期暴露在自然环境下易老化甚至粉化破坏。在环境气候变化较大的情况下，水工建筑物泄水高频震动时有机砂浆易发生龟裂、起翘和脱层，且施工不便，适应性较差。聚脲是近几年发展起来的一种新型环保、抗冲磨的有机涂料之一，它耐候性能优异，能抵抗太阳光照射而不老化，但其价格较高，同时其主要组分之一异氰酸酯基团易与潮湿基面中的水分发生反应产生起泡现象，性能显著下降，导致其适应性较差。因此，发明一种经济实用的抗冲磨涂料，具有良好的抗冲磨性能的同时具有较好的适应性和耐候性。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足，提供一种大坝混凝土表面抗冲磨涂料，该涂料不仅经济实用，而且抗冲磨性能优秀，同时适应性及耐候性也很好。本发明的另一个目的是提供上述大坝混凝土表面抗冲磨涂料的涂刷方法。本发明是通过以下方式实现的一种大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述涂料由混凝土表面向外由底层、中层和面层三层涂料组成，其中所述底层涂料为l-3mm的环氧胶泥，所述中层涂料为O. 1-0. 5mm的低粘度环氧树脂胶粘剂，所述面层涂料为
O.3-0. 5mm厚的纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲；所述低粘度环氧树脂胶粘剂粘度为50_200mPa. S。所述环氧胶泥的初始粘度20，OOOmPa. s_50，OOOmPa. s,表干时间为lh_5h，固化时间为 5h-20h。所述低粘度环氧树脂胶粘剂为A、B双组份材料混合，A组分为改性的双酚A环氧树脂，它是由重量百分数为50-60%的双酚A环氧树脂，20-30%的糠醒，20-30%的丙酮混合
3组成；B组分为二元胺或多元胺类固化剂，其中A组分与B组分的重量比为4-6:1 ;所述低粘度环氧树脂胶粘剂表干时间lh_2h，固化时间O. 5h-2h。所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合，其中A组分是重量份数为2-10份的无机纳米材料通过高分子嫁接到重量份数为90-98份的异氰酸酯上得到的，B组分是将重量份数为0-1. 2份的铁黑、0-3份的钛白粉和0-0. 3份的分散剂加入5-10份的活性稀释剂中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为70-80份聚天门冬氨酸酯中得到。所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合，其中A组分是重量份数为1-6份的无机纳米材料通过高分子嫁接到重量份数为50-60份的异氰酸酯上得到的，B组分是将重量份数为0-3份的铁黑·、0-5份的钛白粉和0-1份的分散剂加入5-15份的活性稀释剂中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为20-40份聚天门冬氨酸酯中得到。优选的，所述无机纳米材料和异氰酸酯混合加压到l_3MPa后保压反应l_4h，即得到纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲的A组分。优选的，所述无机纳米材料为纳米Si02。优选的，所述活性稀释剂为碳酸丙烯酯、二甲苯、甲苯或环己烷。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。本发明的有益效果是(I)将涂刷了本发明所述抗冲磨涂料的混凝土进行水下钢珠法试验，结果表明，72小时冲磨损失率低于2%，因此该混凝土能有效抵御外界冲磨破坏，保护大坝安全运行；(2)抗冲磨涂料结合了底层涂料与混凝土表面的高粘接性及适应性、中层涂料与底层和面层两层涂料粘接性好且具有柔韧性，面层涂料抗冲磨性能优异，耐老化能力强。(3)抗冲磨涂料还具有各组分材料所不具备的性能，如适应在潮湿基面施工，与混凝土界面粘接能力强，抗冲磨及耐老化，经长时间阳光照射外观不变色。(4)大坝混凝土表面抗冲磨涂料与混凝土间的粘接强度超过3. 5MPa，保证了抗冲磨涂料在大坝混凝土表面粘接牢固，不会脱落。本发明所述大坝混凝土表面抗冲磨涂料能抵御高速含沙水流和推移质冲磨破坏，有效保护大坝安全运行，延长大坝安全服役寿命。并且抗冲磨涂料与混凝土粘接能力强，长时间运行不会脱落，面层涂料优异的耐候性能保证了期能长期保护大坝混凝土表面而不会褪色或者粉化脱落。同时，本发明所述大坝混凝土表面抗冲磨涂料所用聚脲经过改性，用料较少，经济实用，但是也可以具有良好的抗冲磨性能，也具有较好的适应性和耐候性，满足了大坝混凝土表面抗冲磨的要求。
图I为未涂刷抗冲磨涂料的混凝土试件经过冲磨破坏试验后的外观图；图2为涂刷了抗冲磨涂料的混凝土试件经过冲磨破坏试验后的外观图；图3为涂刷抗冲磨涂料前大坝外观图；图4为涂刷抗冲磨涂料一年后大坝外观图。
具体实施例方式以下就本发明的具体实施例做进一步说明实施例I底层涂料的制备底层涂料为环氧胶泥，所述环氧胶泥的初始粘度为20000mPa. S，表干时间为5h，固化时间为20h。中层涂料的制备中层涂料为低粘度环氧树脂胶粘剂，所述低粘度环氧树脂胶粘剂为重量比为4:1的A、B双组份材料混合物。A组分为重量份数为50份的双酚A环氧树脂，25份的糠醛，25份的丙酮混合组成的改性的双酚A环氧树脂。B组分为二元胺类固化剂间苯二胺。所述低粘度环氧树脂胶粘剂的粘度为200mPa. s，表干时间为2h，固化时间为2h。面层涂料的制备面层涂料为纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲，所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合物。A组分为重量份数为2份的纳米SiO2与98份的异氰酸酯混合加压到IMPa后保压反应4h后得到。B组分为将重量份数为I. 2份铁黑，O. 3份分散剂加入10份活性稀释剂二甲苯中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为80份的聚天门冬氨酸酯中得到。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。涂刷方法清理干净混凝土试件抗冲磨试块表面浮灰，在其表面涂刷底层涂料1_。待其完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. 5mm。待其表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料3次，厚度达O. 5_。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。待表层完全固化后即得到涂刷有所述抗冲磨涂料的混凝土试件I。将混凝土试件I和未涂刷抗冲磨材料的试件经72h水下钢珠法冲磨破坏试验，结果如图1、2所示。未涂刷抗冲磨材料试件表面破坏严重，质量损失为8. 5%。涂刷有抗冲磨材料系统的混凝土试件I经过72h冲磨破坏试验后，表面基本完好，质量损失率低于2%。将某大坝混凝土表面用高压水枪冲洗干净，待表面完全干燥后，在其表面涂刷底层涂料2mm。待其完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. 4mm。待其表干如，于中层涂料表面涂刷面层涂料2次，厚度达O. 4mm。待表层完全固化后即得到涂刷抗冲磨涂料的大坝。一年后结果如图3、4所示，涂刷抗冲磨涂料前，大坝混凝土表面冲磨破坏严重，涂刷抗冲磨涂料一年后，大坝外观情况说明抗冲磨涂料能有效抵御外界对大坝混凝土表面冲刷磨蚀破坏。实施例2底层涂料的制备底层涂料为环氧胶泥，所述环氧胶泥的初始粘度为50000mPa. S，表干时间为lh，固化时间为5h。中层涂料的制备中层涂料为低粘度环氧树脂胶粘剂，所述低粘度环氧树脂胶粘剂为重量比为5:1的A、B双组份材料混合物。A组分为重量份数为60份的双酚A环氧树脂，20份的糠醛，30份的丙酮混合组成的改性的双酚A环氧树脂。B组分为多元胺类固化剂三乙胺。所述低粘度环氧树脂胶粘剂的粘度为IOOmPa. S，表干时间为I. 5h，固化时间为lh。面层涂料的制备面层涂料为纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲，所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合物。A组分为重量份数为10份的纳米SiO2与90份的异氰酸酯混合加压到3MPa后保压反应Ih后得到。B组分为将重量份数为3份钛白粉加入5份活性稀释剂环己烷中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为70份的聚天门冬氨酸酯中得到。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。涂刷方法 清理干净混凝土试件抗冲磨试块表面浮灰，在其表面涂刷底层涂料2mm。待其完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. 4mm。待其表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料2次，厚度达O. 4_。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。待表层完全固化后即得到涂刷有所述抗冲磨涂料的混凝土试件2。实施例3底层涂料的制备底层涂料为环氧胶泥，所述环氧胶泥的初始粘度为30000mPa. S，表干时间为3h，固化时间为15h。中层涂料的制备中层涂料为低粘度环氧树脂胶粘剂，所述低粘度环氧树脂胶粘剂为重量比为6:1的A、B双组份材料混合物。A组分为重量份数为55份的双酚A环氧树脂，30份的糠醛，20份的丙酮混合组成的改性的双酚A环氧树脂。B组分为二元胺类固化剂己二胺。所述低粘度环氧树脂胶粘剂的粘度为50mPa. s，表干时间为lh，固化时间为O. 5h。面层涂料的制备面层涂料为纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲，所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合物。A组分为重量份数为5份的纳米SiO2与95份的异氰酸酯混合加压到2MPa后保压反应2h后得到。B组分为将重量份数为I份铁黑、I份钛白粉和O. I份分散剂加入8份活性稀释剂甲苯中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为75份的聚天门冬氨酸酯中得到。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。涂刷方法清理干净混凝土试件抗冲磨试块表面浮灰，在其表面涂刷底层涂料3_。待其完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. Imm0待其表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料I次，厚度达O. 3_。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。待表层完全固化后即得到涂刷有所述抗冲磨涂料的混凝土试件3。实施例4
底层涂料的制备底层涂料为环氧胶泥，所述环氧胶泥的初始粘度为40000mPa. S，表干时间为3h，固化时间为18h。 中层涂料的制备中层涂料为低粘度环氧树脂胶粘剂，所述低粘度环氧树脂胶粘剂为重量比为5:1的A、B双组份材料混合物。A组分为重量份数为60份的双酚A环氧树脂，20份的糠醛，30份的丙酮混合组成的改性的双酚A环氧树脂。B组分为多元胺类固化剂三乙胺。所述低粘度环氧树脂胶粘剂的粘度为IOOmPa. S，表干时间为I. 5h，固化时间为lh。面层涂料的制备面层涂料为纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲，所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合物。A组分为重量份数为6份的纳米SiO2与60份的异氰酸酯混合加压到2MPa后保压反应3h后得到。B组分为将重量份数为5份钛白粉和I份分散剂加入10份活性稀释剂碳酸丙烯酯中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为30份的聚天门冬氨酸酯中得到。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。涂刷方法清理干净混凝土试件抗冲磨试块表面浮灰，在其表面涂刷底层涂料2mm。待其完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. 4mm。待其表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料2次，厚度达O. 4_。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。待表层完全固化后即得到涂刷有所述抗冲磨涂料的混凝土试件4。实施例5底层涂料的制备底层涂料为环氧胶泥，所述环氧胶泥的初始粘度为40000mPa. S，表干时间为3h，固化时间为18h。中层涂料的制备中层涂料为低粘度环氧树脂胶粘剂，所述低粘度环氧树脂胶粘剂为重量比为5:1的A、B双组份材料混合物。A组分为重量份数为60份的双酚A环氧树脂，20份的糠醛，30份的丙酮混合组成的改性的双酚A环氧树脂。B组分为多元胺类固化剂三乙胺。所述低粘度环氧树脂胶粘剂的粘度为IOOmPa. S，表干时间为I. 5h，固化时间为lh。面层涂料的制备面层涂料为纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲，所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合物。A组分为重量份数为3份的纳米SiO2与50份的异氰酸酯混合加压到2MPa后保压反应3h后得到。B组分为将重量份数为3份铁黑加入5份活性稀释剂甲苯中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为20份的聚天门冬氨酸酯中得到。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。涂刷方法清理干净混凝土试件抗冲磨试块表面浮灰，在其表面涂刷底层涂料2mm。待其完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. 4mm。待其表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料2次，厚度达O. 4_。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。待表层完全固化后即得到涂刷有所述抗冲磨涂料的混凝土试件5。实施例6底层涂料的制备底层涂料为环氧胶泥，所述环氧胶泥的初始粘度为40000mPa. S，表干时间为3h，固化时间为18h。中层涂料的制备中层涂料为低粘度环氧树脂胶粘剂，所述低粘度环氧树脂胶粘剂为重量比为5:1的A、B双组份材料混合物。A组分为重量份数为60份的双酚A环氧树脂，20份的糠醛，30份的丙酮混合组成的改性的双酚A环氧树脂。B组分为多元胺类固化剂三乙胺。所述低粘度环氧树脂胶粘剂的粘度为IOOmPa. S，表干时间为I. 5h，固化时间为lh。面层涂料的制备面层涂料为纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲，所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合物。A组分为重量份数为I份的纳米SiO2与55份的异氰酸酯混合加压到2MPa后保压反应3h后得到。B组分为将重量份数为I份铁黑，I份钛白粉和O. 5份分散剂加入15份活性稀释剂甲苯中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为40份的聚天门冬氨酸酯中得到。上述搅拌过程都是使用低速机械搅拌，避免高速搅拌产生起泡。涂刷方法清理干净混凝土试件抗冲磨试块表面浮灰，在其表面涂刷底层涂料2mm。待其完全 固化后于底层材料表面涂刷中层涂料O. 4mm。待其表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料2次，厚度达O. 4_。当环境温度低，造成环氧胶泥粘度增大失去流动性后，所述环氧胶泥可先在40-50°C水浴中加热至粘度变低后再进行涂刷。待表层完全固化后即得到涂刷有所述抗冲磨涂料的混凝土试件6。
权利要求
1.一种大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述涂料由混凝土表面向外由底层、中层和面层三层涂料组成，其中所述底层涂料为l-3mm的环氧胶泥，所述中层涂料为O.I-ο. 5mm的低粘度环氧树脂胶粘剂,所述面层涂料为O. 3-0. 5mm的纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲；所述低粘度环氧树脂胶粘剂粘度为50-200mPa. S。
2.根据权利要求I所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述环氧胶泥的初始粘度20，OOOmPa. s-50, OOOmPa. s，表干时间为lh_5h，固化时间为5h_20h。
3.根据权利要求I所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述低粘度环氧树脂胶粘剂为A、B双组份材料混合，A组分为改性的双酚A环氧树脂，它是由重量份数为50-60份的双酚A环氧树脂，20-30份的糠醛，20-30份的丙酮混合组成；B组分为二元胺或多元胺类固化剂，其中A组分与B组分的重量比为4-6:1 ;所述低粘度环氧树脂胶粘剂表干时间lh-2h,固化时间O. 5h-2h。
4.根据权利要求I所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合，其中A组分是重量份数为2-10份的无机纳米材料通过高分子嫁接到重量份数为90-98份的异氰酸酯上得到的，B组分是将重量份数为0-1. 2份的铁黑、0-3份的钛白粉和0-0. 3份的分散剂加入5-10份的活性稀释剂中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为70-80份聚天门冬氨酸酯中得到。
5.根据权利要求I所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲为A、B双组分材料混合，其中A组分是重量份数为1-6份的无机纳米材料通过高分子嫁接到重量份数为50-60份的异氰酸酯上得到的，B组分是将重量份数为0-3份的铁黑、0-5份的钛白粉和0-1份的分散剂加入5-15份的活性稀释剂中，搅拌并过滤后将滤液加入重量份数为20-40份聚天门冬氨酸酯中得到。
6.根据权利要求5或6所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述无机纳米材料和异氰酸酯混合加压到l_3MPa后保压反应l-4h，即得到纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲的A组分。
7.根据权利要求5或6所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述无机纳米材料为纳米SiO2。
8.根据权利要求5或6所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料，其特征在于所述活性稀释剂为碳酸丙烯酯、二甲苯、甲苯或环己烷。
9.一种权利要求1-5中任一项所述的大坝混凝土表面抗冲磨涂料的涂刷方法，其步骤包括在经过基面处理的大坝混凝土表面，首先涂刷底层涂料环氧胶泥1_3_ ;然后待完全固化后于底层材料表面涂刷中层涂料低粘度环氧树脂胶粘剂，厚度达O. 1-0. 5mm ;最后待中层涂料表干前，于中层涂料表面涂刷面层涂料经纳米材料纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲1-3次，厚度达O. 3-0. 5mm。
全文摘要
本发明提供了一种大坝混凝土表面抗冲磨涂料及其涂刷方法，所述涂料由混凝土表面向外由底层、中层和面层三层涂料组成，其中所述底层涂料为1-3mm的环氧胶泥，所述中层涂料为0.1-0.5mm的低粘度环氧树脂胶粘剂，所述面层涂料为0.3-0.5mm的纳米材料改性的聚天门冬氨酸酯聚脲；所述低粘度环氧树脂胶粘剂粘度为50-200mPa.s。本发明涂料能抵御高速含沙水流和推移质冲磨破坏，有效保护大坝安全运行，延长大坝安全服役寿命。并且能保护大坝混凝土表面而不会褪色或者粉化脱落。同时，本发明涂料经济实用，具有良好的抗冲磨性能，也具有较好的适应性和耐候性，满足了大坝混凝土表面抗冲磨的要求。
文档编号B32B27/06GK102925032SQ201210453370
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者陈亮, 李珍, 汪在芹, 韩炜, 肖承京, 魏涛, 邵晓妹, 冯菁, 廖灵敏, 张健, 闫小虎 申请人:长江水利委员会长江科学院