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ACIS法研究聚脲涂层砂浆防护性能

文档作者：黄微波张静吕平葛海燕文档来源： 1．青岛理工大学功能材料研究所 2．北京意设建筑设计咨询有限公司		点击数：	更新时间： 2025年09月30日
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202
四川建筑科学研究
Sichuan Building Science
第38卷第1期
2012年2月
ACIS法研究聚脲涂层砂浆防护性能
黄微波 ，张 静 ，吕 平 ，葛海燕
(1．青岛理工大学功能材料研究所，山东青岛266033；
2．北京意设建筑设计咨询有限公司，北京100080)
摘要：采用电化学交流阻抗谱(ACIS)法研究芳香族聚脲涂层、脂肪族聚脲涂层对水泥砂浆的防护性能。ACIS试
验结果表明，水泥砂浆(对比样)、芳香族聚脲涂层砂浆和脂肪族聚脲涂层砂浆试样的Nyquist图高频弧是一半圆，
其直径分别为6754D．，100281"1，118121~，说明涂刷涂层能够提高水泥砂浆抗氯离子渗透性方面的能力。不同涂刷
厚度涂层砂浆的ACIS测试显示，随着保护涂层的厚度增加，对砂浆的防护性能增加。芳香族聚脲涂层和脂肪族聚
脲涂层试样在氯化物侵入前后，高频区的交流阻抗值分别增加了28．25％和56．25％ ，说明聚脲涂层提高了砂浆的
抗氯离子渗透性。
关键词：ACIS法；芳香族聚脲；脂肪族聚脲；涂层防护性能；Nyquist图
中图分类号：TQ 323．8 文献标识码：A 文章编号：1008—1933【2012)O1—202—03
Studay on the protection property of polyurea-coated motar by ACIS
HUANG reibo ，ZHANG Jing ，Lv Ping ，GE Haiyan
(1．Institute of Functional Materials Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China；
2．Beijing As Architecture Design and Consulting Co．，Ltd．，Beijing 100080，China)
Abstract：Electrochemical impedance spectroscopy(ACIS)method was used to study on the protective property of aromatic polyurea
coated and aliphatic polyurea coated cement motar．The results showed that the ac impedance values of high-frequency of cement motar
(contrast samples)，aromatic polyurea coated motar and aliphatic polyurea coated motar were 6754 n，100281")，1 181212 respectively，
which cortfirmed that coating can improve the anti—chloride ion penetration ability of cement motar．ACIS test of diferent coating
thickness of coated motar showed that，with the increase of the thickness of coatings，the protective performance Was better．After the
intruding of chloride through aromatic polyurea coatings and aliphatie polyurea coatings，the ac impedance values were increased hy
28．25％ and 56．25％ respectively，which confirmed that polyurea coatings improved the anti—chloride ion penetration of cement motar．
Key words：ACIS；aromatic polyurea；aliphatic polyurea；protective property；Nyquist diagram
0 前言
混凝土的耐久性与氯离子腐蚀介质对它的渗透
性密切相关，氯离子的渗透性与氯离子的扩散性之
间存在水平关系⋯。因此，简单与准确地测量氯离
子在混凝土中的扩散系数是近年来所关注的课题。
目前，对氯离子的扩散一般多采用直流电场下的迁
移方法 ]，应用ACIS方法评价氯离子扩散性能-3
的资料目前还比较少。表面涂层将使砂浆的表面性
质发生改变，因此可以预测，涂刷和不涂刷保护涂层
其表面具有不同的电化学交流阻抗谱(ACIS)响应。
由于涂刷保护涂层的种类、用量等的不同，决定了防
护涂层保护性能的不同，因此，用ACIS的不同响应
来描述、表征混凝土防护涂层保护性能在理论上是
收稿日期：2010-08-23
作者简介：黄微波(1963一)，男，重庆人，博士，教授，主要从事聚脲
防护技术研究。
E—mail：jing861014@sohu．aom
可行的。除此之外，涂层混凝土在氯化物侵入前后
的ACIS响应也是不同的 J。
聚脲作为一种新型防护涂层技术被广泛应用于
京津高速铁路、京沪高速铁路、奥运工程等国家重点
工程。因此，聚脲涂层防护性能的研究对工程实践
具有重要的指导意义。本文借助ACIS谱，研究涂
刷芳香族聚脲涂层和脂肪族聚脲涂层前后，水泥砂
浆的电化学阻抗变化规律，由此判断聚脲涂层对砂
浆基材的保护性能，以达到评价聚脲涂层防护性能
的目的。
1 试验部分
1．1 原材料
水泥采用青岛山水水泥股份有限公司生产的
32．5级普通硅酸盐水泥；砂子采用粒径0．63 mm的
细砂；测试溶液采用质量分数为3％ 的NaC1溶液；
位阻型QTECH一550缓凝芳香族聚脲涂料、耐候型
QTECH一350脂肪族聚脲涂料，分别由青岛理工大
2012No．1 黄微波，等：ACIS法研究聚脲涂层砂浆防护性能 203
学功能材料研究所提供。导电银、刷子、自来水等由
实验室提供。
水泥砂浆试样配合比见表1。
表1 水泥砂浆配合比
Table 1 Ratio of motar
1．2 样品制备
水泥砂浆试样：制备20 mln×20 mm×20 mnl
的砂浆试件3块，放入标准养护室中养护4 d，拆模
后，放人养护室中养护28 d，取出后，在实验室环境
下晾干。用QTECH—ll2全天候基材处理系统修
补试样表面，然后，用细砂纸将试件表面打磨光滑，
备用。
涂层处理：将试样的6个面都涂刷涂层，将试样
的基材表面用乙醇擦拭干净，然后用刮刀蘸取涂料
刮在试样表面，用力、快速用刮刀刮平，所用涂料为
QTECH一550缓凝芳香族聚脲涂料、QTECH一350
脂肪族聚脲涂料。达到厚度要求后，用上海硕冠仪
器设备有限公司的Positeetor 200超声波测厚仪测试
涂膜厚度，控制每遍涂覆厚度为50±5 m，两次涂
刷之间至少间隔2 h，试样涂层处理后，放置在室温
下养护7 d。
1．3 ACIS试验
ACIS实验仪器是美国Agilent公司生产的Agi—
lent HP 4294A阻抗测试仪。测量频率范围1 10 MHz
～ 4O Hz，基本阻抗精度为±0．08％ ，采用Instrument
BASIC软件执行阻抗测量和数据分析。试验过程如
下：
1)将安装电极的试验试件两侧涂刷导电银，以
保证试件具有良好的导电性。涂刷完毕后，将试件
放在干燥环境中放置24 h。
2)将处理好的试件正确安装在两电极之间，电
极如图1所示。打开仪器测试，计算机自动记录数
据。
图1 ACIS试验电极示意
Fig．1 Electrode for ACIS test
3)在第一次的ACIS谱测试完毕后，将试件放
人浓度为3％的NaC1溶液中，浸泡3个月后进行第
二次试验。
2 试验结果及分析
2．1 涂层种类的影响
图2为砂浆对比试样、芳香族聚脲涂层和脂肪
族聚脲涂层水泥砂浆试样的Nyquist图，图中Zr和
zi分别表示阻抗的实部和虚部。
图2 砂浆试样、芳香族聚脲涂层和脂肪族聚脲涂层
砂浆试样Nyquist
Fig．2 Nyquist figure of molar。aromatic polyureacoated
motar and aliphafic polyurea-coated
m otar
从图2可以看出，试样阻抗谱表现为一个容抗
弧，砂浆试样在高频区的半圆直径为6754 Q，与此
相比，芳香族聚脲涂层和脂肪族聚脲涂层在高频区
的半圆直径明显较大，分别为10028 n和11812 Q。
这说明，聚脲涂层的膜电阻风使高频区的半圆直径
增大，反映出两种聚脲涂层对介质传输具有很好的
阻挡能力，对基底砂浆具有良好的保护作用。通过
涂层砂浆在高频区的半圆直径可以大小初步判断出
两种涂层在提高水泥砂浆结构致密性方面的能力大
小，即脂肪族聚脲涂层的防护优于芳香族聚脲涂层。
2．2 涂层厚度的影响
图3是不同厚度芳香族聚脲涂层砂浆试样
Nyquist图。
圈3 不同厚度芳香族聚脲涂层砂浆试样Nyqui~
Fig．3 Nyquist figure of aromatic polyurea·coa ted
motar of diferent thickness
从图3可以看出，在高频区段，未涂刷涂层的对
比试样的半圆直径为6774 l-I，涂刷厚度为50±5
m时，试样的半圆直径为10028 Q，涂刷厚度为
四川建筑科学研究 第38卷
100±5 m时，试样的半圆直径为10957 n，涂刷厚
度为150±5 m时，试样的半圆直径为13870 12。
可见，涂层砂浆试样的的半圆直径明显大于对比试
样，而且随着涂层涂刷厚度的增加，半圆直径也在增
大，这表明，芳香族聚脲保护涂层及涂层的涂刷厚度
对ACIS谱有一定影响。
综上所述，与未涂刷保护涂层的对比试样相比，
涂刷保护涂层的水泥砂浆试样在高频区段的半圆直
径明显增大，而且同种保护涂层的砂浆试样，随着涂
层涂刷厚度的增加，试样在高频区段的半圆直径也
在增大。这表明，保护涂层的存在以及涂层涂刷厚
度的增加，使保护涂层砂浆试样中的R 值增大，也
就是说，提高了保护涂层砂浆试样的密实性。
2．3 氯化物扩散前后ACIS谱的特征
图4为经氯化物侵蚀后芳香族聚脲涂层砂浆试
样的Nyquist图。
图4 芳香族聚脲涂层砂浆试样经氯化物
侵入前后Nyquist
Fig．4 Nyquist figure of aromatic polyurea—coated
molar before and after chlorine corrosion
从图4中可以看出，就高频区段而言，涂层砂浆
试样的半圆直径由原来的10028 n变为氯化物侵蚀
后的12861 12，经氯离子侵蚀后，芳香族聚脲涂层砂
浆试样的半圆直径明显大于氯化物侵蚀前。
图5为经氯化物侵蚀后脂肪族聚脲涂层砂浆试
样的Nyquist图。
9
c： 6
至
N 3
0 5 10 15 2O 25 30 35
Zr，
图5 脂肪族聚脲涂层砂浆试样经氯化物
侵入前后Nyquist
Fig．5 Nyquist figure of~iphafic polyurea-coated motar
before and after chlorine corrosion
从图5中可以看出，就高频区段而言，涂层砂浆
试样的半圆直径由原来的1 1812 12变为氯化物侵蚀
后的18456 Q，经氯离子侵蚀后，脂肪族聚脲涂层砂
浆试样的半圆直径明显大于氯化物侵蚀前。
综上所述，通过涂层试样在氯化物扩散前后的
交流阻抗谱比较可以看出，试样在氯离子扩散后，高
频区段的半圆直径明显大于扩散前的半圆直径，也
就是说，氯化物侵蚀后的涂层试样的 值较侵蚀前
增大。说明氯化物在涂层试样内部扩散过程中慢慢
沉淀，填充在试样的内部孔隙中，从而使结构更加密
实 引。
3 结论
1)ACIS测试显示，保护涂层砂浆体系在高频区
段表现为一个半圆，这一半圆表征了涂层的特性。
无涂层水泥砂浆试样在高频区的半圆直径为
675412，芳香族聚脲涂层和脂肪族聚脲涂层在高频
区的半圆直径明显较大，分别为10028 n，11812 Q，
说明涂刷涂层能够提高水泥砂浆结构的致密性，即
抗氯离子渗透性方面的能力，两种涂层对涂层的防
护能力大小为：脂肪族聚脲涂层>芳香族聚脲涂层。
2)涂层厚度对阻抗谱有影响。芳香族聚脲涂
层厚度从50 p3n增加到150 p,m，抗渗性显著提高。
3)确定了表征保护涂层砂浆试样的影响参
数——R ，其大小同结构的密实性有关。R 随着保
护涂层涂刷厚度的增加不断增大，表明保护涂层的
涂刷厚度对交流阻抗谱有一定影响。
4)通过涂层砂浆试样在氯化物侵入前后的阻
抗谱比较，能够对涂层修复混凝土的作用作出评价。
芳香族聚脲涂层和脂肪族聚脲涂层试样在高频区的
半圆直径分别增加了28．25％和56．25％ ，说明保护
涂层可以提高砂浆试样的耐久性。
参考文献：
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