间接测试薄层隔热涂料导热系数的方法

间接测试薄层隔热涂料导热系数的方法
蔡玉斌;竹松娟
【摘要】采用传统方法测试薄层隔热涂料导热系数时,制样过程繁琐,试板厚度均匀性及表面质量难以控制,导致测试结果具有不确定性.在此情况下,提出了间接测试方法.选择一种导热系数恒定,且表面致密、无孔的主材,在主材的两表面涂覆一定厚度的待测涂层形成复合材料,根据传热学原理推导出待测涂层导热系数的计算公式.通过测试复合材料的导热系数,进而间接得到待测涂层的导热系数.对间接法测试的准确性进行了验证,结果表明,间接测试方法制样简单,测量误差小,其可以成为隔热涂料等其它制样比较复杂的绝热产品导热系数测试的新方法.
【期刊名称】《新型建筑材料》
【年(卷),期】2014(041)006
【总页数】3页(P61-63)
【关键词】薄层隔热涂料;导热系数;绝热主材;间接测试
【作者】蔡玉斌;竹松娟
【作者单位】国家建筑五金材料产品质量监督检验中心,浙江杭州310019;国家建筑五金材料产品质量监督检验中心,浙江杭州310019
【正文语种】中文
【中图分类】TU56+1.6
由于混凝土中各种组成材料变形不一致，互相约束而产生初始应力，造成骨料与水泥石粘结面或水泥石本身之间出现肉眼看不见的细微裂缝。

当裂缝宽度小于
0.05mm时，对结构使用不会造成影响。

但由于荷载作用、温差作用、不均匀沉降和施工操作不规范等原因，会导致裂缝进一步扩展并逐渐贯通，从而带来较严重的质量问题或导致事故的发生，引起经济损失甚至人员伤亡。

因此，对混凝土裂缝的适时修复将有效改善和提高建筑物或构筑物的安全性和耐久性。

裂缝修复是能够保持或加强混凝土结构性能的一种修复技术。

混凝土裂缝修复技术较为成熟，且方法较多。

随着科技的进步，新技术、新材料不断涌现，混凝土结构裂缝修复技术也在不断革新。

混凝土裂缝对混凝土结构有着很大的安全隐患。

（1）裂缝影响混凝土结构的承载能力：裂缝会降低其刚度和抗剪强度，使钢筋承受拉力大于设计拉力，从而影响其承载力；
（2）裂缝引起钢筋锈蚀：裂缝的存在会使水分或各种腐蚀介质渗入结构体内，导致钢筋锈蚀或降低骨料强度而对整体结构带来危害。

在寒冷环境，裂缝会加重冻融对混凝土结构的损害，使保护涂层开裂、脱落而失去保护性能；
（3）影响结构的耐久性：裂缝会使各种有害杂质进入混凝土中，加速了钢筋的锈蚀和混凝土的碳化，使得混凝土结构的耐久性大大降低；
（4）影响结构的封闭性：核电站、疫苗培养空间等场所要求结构具有良好的封闭性，一旦有裂缝出现将会带来严重的后果；
（5）影响结构的舒适度：严重时可能导致构件，甚至工程全部报废，造成较大的经济损失。

综上所述，混凝土裂缝修复对提高结构的安全性、耐久性
具有重要意义。

现有的混凝土裂缝修复方法主要有混凝土置换法、填充法、灌浆法、表面修补法、结构加固法、电化学沉积法、混凝土自修复法。

2.1 混凝土置换法
混凝土置换法通常应用于混凝土严重损坏或失效处的修补，首先将损坏的混凝土剔除，再填入置换材料[1]。

混凝土置换法的施工工艺：完全剔除损坏的混凝土，将
表层打毛，然后用高压水枪冲洗干净，要求不得有任何杂物残留，最后浇注置换材料[2]。

该方法施工工艺复杂，不易操作，施工周期长，影响工期。

2.2 填充法、灌浆法
填充法主要用于修补水平面上较宽的裂缝。

其施工工艺：直接向裂缝内灌注修补材料，对于小于0.3mm的裂缝，应沿裂缝将混凝土开凿成U型或V型槽，然后灌
注修补材料。

对于有钢筋锈蚀的裂缝，应先加宽、加深凿槽，对钢筋彻底除锈，然后涂刷防锈涂料，再填充聚合物水泥砂浆、环氧砂浆。

填充法对结构有一定的损伤，适用范围较小，像混凝土梁、电杆、轨枕这些物件不宜采用。

灌浆法一般用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修复。

该方法采用高压设备将修补材料压入裂缝中，使结构达到整体防护的目的。

灌浆法分为水泥灌浆法和化学灌浆法，当裂缝宽度小于2mm时，采用化学灌浆法，该法可有效防水，但对开裂部分粘结不够好；当裂缝宽度大于2mm时，采用水泥灌浆法，优点是适用于潮湿环境，凝结时间可控制，可用于非常细微的裂缝，缺点是工艺要求高，是否与结构形成整体很难判定，另外，整体强度较低[3]。

2.3 表面修补法
表面修补法应用于对结构强度没有影响或会使钢筋发生锈蚀的地方，主要以提高
结构的防水性及耐久性为目的。

该方法的修补环境分为可骑缝涂覆修补和全部涂覆修补2种[4-5]。

要求裂缝宽度小于0.2mm，表面修补法施工简单，但是涂料无法深入到裂缝内部，而且我国目前还缺少耐久性和防水性可靠而价格适中的涂抹材料。

2.4 结构加固法
结构加固法是应用于对混凝土结构的承载能力有影响或可能导致结构发生破坏的裂缝进行修补和加固的一种方法。

结构加固法分为外包钢加固法、加大截面加固法、
粘钢加固法和碳纤维加固法。

外包钢加固法主要应用于不允许增大原构件截面尺寸，且有大幅提高截面承载能力需求的框架梁、柱、牛腿等大型结构或大跨结构的裂缝修补[6]；加大截面加固法
主要适用于混凝土梁、板、柱等一般陆基混凝土裂缝修补[7]，该方法是在结构外
侧包钢筋混凝土围套，并使其与基体起到协同作用以增大截面，提高承载力；粘钢加固法是在混凝土结构表面用高性能胶将钢板粘牢[8]，该方法适用于受弯、受拉
的混凝土构件，要求钢板的厚度大于2mm，粘结胶需具有附着力好、耐老化及强度高的特点；碳纤维加固法是利用碳纤维片材通过专用树脂类胶结材料粘结于构件表面，使碳纤维片材承受拉应力，且与混凝土变形一致，共同受力，达到恢复和提高结构的承载力[9]。

碳纤维加固法具有适用范围广、施工简便、对结构不产生损
伤和具有优良的耐化学腐蚀性等优点。

2.5 电化学沉积法
电化学沉积法在金属材料行业中应用十分广泛，近年来主要用于对传统修复技术难以奏效或修复价格太高的水下混凝土裂缝，主要修复对象是海洋环境中的混凝土结构。

其基本原理为：以带裂缝的海工混凝土结构中的钢筋为阴极，同时在海水中放置难溶性阳极，两者之间施加电压，在电场的作用下正负离子分别向两极移动，并发生一系列的电化学反应，最后在海工混凝土结构的表面和裂缝里生成沉积物，覆盖混凝土表面，愈合混凝土裂缝，原理如图1所示。

有研究表明[10]，使用该方法能使混凝土裂缝达到完美愈合，且能有效地防止钢筋腐蚀。

2.6 混凝土裂缝自修复法
混凝土裂缝自修复法包括：结晶沉淀、渗透结晶和聚合物固化。

结晶沉淀法是在水介质的作用下，通过物理、化学和热、力学等一系列过程，在混凝土裂缝中生成碳酸钙沉淀，经聚集、生长达到修复目的[11]。

该方法需要在有水或者足够湿度的条件下进行，在有拉应力、水流速度大和活动裂缝时该方法将失效。

渗透结晶技术是以水为载体，经渗透作用使活性外加剂中的活性化学物质在混凝土微裂缝中形成晶体，且促使混凝
土中未完全水化的水泥颗粒继续水化，使裂缝愈合[12]。

由于该方法具有抗渗性能与自愈性能好、防止钢筋锈蚀、易于施工等特点，被广泛应用于地下工程、水利工程、蓄水池、污水处理等结构防水中，且获得了良好的效果。

聚合物固化技术是将装有修复材料的胶囊放入混凝土中，当混凝土形成裂缝时，由于应力作用使胶囊破裂释放出修复材料，达到裂缝修复的目的[13]。

胶囊的材质要求在产生裂缝时破裂，修复材料需要具有良好的粘结性能且强度不能小于混凝土自身强度。

采用聚合物固化技术修复混凝土裂缝应从强度回复率、应力-应变曲线以及断裂能几个方面来评价其修复效果。

以上几种处理方法虽然能起到一定的效果，但是工艺复杂，修复效果不好或材料易老化、寿命短、强度低、防护性能欠可靠等缺点，因此，寻求一种可对混凝土结构实现长期有效的修复技术显得至关重要。

3.1 技术优势
聚脲技术[14]是近十几年发展起来的一种新型无溶剂、无污染、节能环保的混凝土裂缝修复施工技术，聚脲是由异氰酸酯封端的预聚物（简称A组分）与氨基化合物组分（简称R组分）反应生成的高聚物。

聚脲技术与以上常见混凝土结构裂缝修复方法比较如表1。

通过表1对比可知，聚脲技术用于混凝土裂缝修复具有以下优势[14-15]：（1）力学性能优异，拉伸强度可达20MPa以上，硬度可以根据需要从A30～
D65可调。

附着性能优异，附着力高于2.5 MPa。

且能够抵御昼夜、四季环境温差造成的热胀冷缩，混凝土不会产生开裂和脱落现象；
（2）快速固化，聚脲反应R—NCO+R—NH2→RNHCONH非常迅速，可以不受环境温、湿度的影响，凝胶时间以秒计算，5min内即可达到步行强度；
（3）施工方便快捷，效率高。

喷涂输出量大、可连续操作，一次涂装便可以达到2mm以上的厚度，可实现对裂缝有效的修复。

且能在任意曲面、斜面、垂直面及顶面连续喷涂成型，不产生流淌现象；
（4）零VOC，符合环保、节能、减排、低碳的要求。

拥有超长的耐老化性能；（5）聚脲化学活性极高，不需要添加任何催化剂，拥有超长的耐老化性能，寿命在75年以上。

青岛理工大学功能材料研究所的大量理论与工程应用研究也证实了这一点。

同时具备高效防水、耐腐蚀、抗冻融、抗冲击、抗疲劳破坏等常规涂料所不具备的性质，修复效果突出[14]；色彩能与环境保持一致，喷涂后保持原样且表面光亮平整，具备很好的装饰性。

此外还可以根据施工环境的改变，灵活地进行配方设计，从而达到混凝土修复要求的性能。

3.2 施工工艺
聚脲技术的施工工艺主要包括基材处理、底涂施工和聚脲喷涂3道工序[15-18]。

（1）基材处理，基材处理的好坏直接影响聚脲的性能。

施工时应保证基材表面清洁、干燥，不得有蜂窝麻面、浮碴、浮土、脱模剂和油污等杂质。

表面的毛刺用角磨机磨平，棱角和尖端突起处尽量做到圆弧过渡。

（2）底涂是连接聚脲涂层与混凝土的桥梁，底涂性能直接影响聚脲的附着力。

常用的施工方法有辊涂和喷涂。

对于底涂材料要求现配现用，底涂不能与水接触，施工环境湿度较大时应减小底涂涂层厚度。

（3）聚脲喷涂应用成套喷涂设备，喷涂设备要求性能：①喷涂时压力在11.7～17.2MPa，这样可以确保A、B两组分充分混合和力学性能的形成；②保证物料输送平稳、计量精确、混合均匀、雾化良好。

此外，聚脲技术涵盖了填充法、灌浆法和表面修补法的优点，且将修补和防护融为一体，符合我国节能减排、绿色环保的要求。

3.3 工程应用
本工程是对青岛市某酒店钢筋混凝土结构的楼板进行修复，如图2所示。

该酒店的现浇楼板出现大面积集中裂缝，最大宽度达到2mm以上，同时出现渗水现象，严重影响了结构使用安全和美观。

采用聚脲技术对楼板进行修复施工，喷涂成型后迅速形成高强度高弹性的连续致密涂层。

施工流程为：将楼板面毛刺用角磨机磨平，尖端突起处尽量做到圆弧过渡，消除尖端应力。

清除板面的浮碴、浮土、脱模剂和油污等杂质，保证楼面清洁、干燥、没有蜂窝麻面；采用辊涂的方法来涂底漆，边、角、沟、槽辅以毛刷刷涂施工；用聚脲
专用喷涂设备进行聚脲喷涂施工，喷涂时需要注意设备压力。

楼板裂缝修复前、后照片分别见图2、图3。

聚脲对混凝土裂缝具有很好的修复效果，能有效的阻止腐蚀介质对混凝土和钢筋的腐蚀，提高了混凝土结构的安全性和耐久性。

混凝土结构裂缝一直是国内外学者广泛关注的问题，裂缝对混凝土结构的安全性和耐久性有很大影响。

在各种混凝土裂缝修复方法中聚脲技术都表现出良好的修复效果。

聚脲技术作为一种崭新的修复方法，以其便捷的施工工艺和优异的力学性能及耐老化、耐腐蚀、防渗漏、耐磨蚀、抗冻融、抗冲击、抗疲劳破坏等性能，在混凝土结构修复中越来越受到青睐。

聚脲技术在混凝土裂缝的修复工程实例中有着非凡的表现。

该技术具有节能环保、施工方便快捷、修复效果显著的特点，且集修复和防护于一体，展现了很好的适用性，应用前景广阔。

[1] 王炎炎，李振国，罗兴国．混凝土裂缝的修复技术简述[J]．混凝土，2006（3）：197.
[2] 袁进科，陈礼仪．普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复配改性灌浆材料性能研究[J]．混凝土，2011（1）：128－130．
[3] 王林．孔填充修复材料及其对混凝土性能的影响[D]．北京：北京工业大
学．2006．
[4] Yun Mook Lim，Victor C Li.Durable repair of aged infrastructur es using trappingmechanism of engineering cementitious composites[J].Cement and Concrete Composites，1999，19：373-380.
[5] Yoshihiko Ohama.Polymei-based materials for repair and improved durability Japanese[J].Experience Construction and Building Materials，1996，10（10）：77-82.
[6] Sinan Altin，Tugrul Tankut，Ozgur Anil，et al.Response of reinforced concrete beams with clamps applied externally an erperimentai
study[J].Engineering Structures，2003，25：1217-1229.
[7] Carolyn Dry，Mindycorsaw.A comparison of bending strengthbeweenadhesive and steel only reinforced concrete[J].Cement and Concrete Research，2003，33：1723-1727.
[8] 包启明．民用建筑混凝土结构裂缝的鉴定修复及加固[D]．杭州：浙江大学，2006．
[9] 祝金标．碳纤维布修复加固破损木梁的试验研究[D]．杭州：浙江大学，2005．
[10] 蒋正武，孙振平，王培铭．电化学法修复钢筋混凝土裂缝的愈合效果[J]．东
南大学学报，2006，36（S2）：129-134．
[11] 李军，吕子义，邓初晴．水下混凝土裂缝修复技术的进展[J]．新型建筑材料，2007（10）：9-13．
[12] 李芳．混凝土裂缝修复技术及材料研究[D]．大庆：大庆石油学院．2009．
[13] 谢昌顺．自修复混凝土力学性能及断裂性能试验研究[D]．福州：福州大学，2006．
[14] 黄微波，向佳瑜，盖盼盼，等．应用聚脲技术实现混凝土结构的修复[J]．建
筑技术，2012（2）：172－174.
[15] 黄微波．喷涂聚脲弹性体技术[M]．北京：化学工业出版社，2005．
[16] 吕平，陈国华，黄微波．新型聚天冬氨酸脂的合成、结构与性能研究[J]．高校化学工程学报，2008，22（1）：106-112．
[17] Weibo Huang，Ping Lv.Dependence of dynamic mechanical property and morphology of polyaspartic esters based polyurea on curing temperature[J].Polymer Materials Science and Engineering，2010，26（3）：72-74.
[18] 吕平．多功能喷涂聚脲材料的施工技术[J]．建筑技术，2004，35（7）：523-524．。