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建筑內(nèi)外墻底漆抗泛堿性及抗鹽析性試驗方法的研究

馬捷，袁揚，張樂群

(中國建筑科學(xué)研究院國家化學(xué)建筑材料測試中心，北京100013)

摘要：從基材、樣品制備、試驗條件等幾個方面對各類型的建筑內(nèi)外墻底漆的抗泛堿性和抗鹽析性的實驗室測試方法進(jìn)行了研究。該試驗方法已被《建筑內(nèi)外墻用底漆》JG/T210—2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)采用。

關(guān)鍵詞：建筑內(nèi)外墻底漆；抗泛堿性；抗鹽析性；試驗方法

0.引言

隨著社會文化的不斷進(jìn)步，人們對民用建筑和公共建筑的內(nèi)外墻裝飾投以更多的關(guān)注，這些飾面裝飾的造型和色彩都成為美化人們生活的重要元素。近年來，建筑內(nèi)外墻涂料以其色彩和裝飾效果多樣化、施工簡單、裝修費用低，更新方便等特性，成為應(yīng)用最為廣泛的建筑飾面材料之一。但由于大多數(shù)涂料的飾面層相對較薄，當(dāng)對基材的封閉處理不到位時，很容易發(fā)生泛堿、泛鹽的情況，這些堿鹽類物質(zhì)一方面可能隨著水分的蒸發(fā)直接遷移到涂飾表面造成泛白現(xiàn)象，另一方面可能會與涂層中不耐堿的有機(jī)顏料發(fā)生反應(yīng)造成涂飾表面局部或大面積的褪色、發(fā)花，進(jìn)而喪失涂層的保護(hù)和裝飾功能。值得一提的是，一旦這種情況發(fā)生，補(bǔ)救起來將十分困難，很多時候只能全面返工，浪費了大量的人力、物力和時間。由此看來，當(dāng)建筑物竣工后，無論面層采用何種裝飾涂料，對于基材(包括處理后的基材)的封閉處理都是首先需要進(jìn)行的，而完成這道工序的材料就是建筑內(nèi)外墻底漆。長期以來，由于沒有建筑內(nèi)外墻底漆的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，市場上底漆的質(zhì)量良莠不齊，有些產(chǎn)品僅僅是簡單的乳液加水，施工之后是否能抵抗基材堿性物質(zhì)和鹽類物質(zhì)的滲透和析出既無衡量的方法也無判定的指標(biāo)。為了扭轉(zhuǎn)這種情況，控制產(chǎn)品質(zhì)量，中國建筑科學(xué)研究院作為主編單位從2004年7月開始著手制定《建筑外墻用底漆》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。泛堿是指混凝土或砂漿表面透出的白色堿性物質(zhì)。該種現(xiàn)象出現(xiàn)與形成混凝土堅固性能的化學(xué)反應(yīng)密切相關(guān)。水泥的硬化過程是水與硅酸鈣的化學(xué)反應(yīng)生成Ca(OH)2和水化硅酸鈣，水泥當(dāng)中還有硅酸鈉和硅酸鉀等物質(zhì)的存在，因此NaOH、KOH也會在水泥水合反應(yīng)過程中產(chǎn)生。鹽析現(xiàn)象也是造成涂膜泛白發(fā)花的重要原因之一，鹽析與泛堿往往是交叉在一起的，在水泥水合過程中產(chǎn)生的氫氧化物，當(dāng)其遷移到底材表面與空氣中的CO2接觸后反應(yīng)生成碳酸鹽和水，水揮發(fā)后會把碳酸鹽留在底材表面。當(dāng)未用底漆或底漆使用不當(dāng)時，碳酸鹽會在涂層上析出成為白色顆粒，在深色漆的涂層上更為顯著，造成涂膜發(fā)花。另外，在涂飾工程中，經(jīng)常會有搶工期的現(xiàn)象發(fā)生，為了應(yīng)付交工常常加入高于標(biāo)準(zhǔn)要求的外加劑(大多為鹽類)，隨著基層水分的蒸發(fā)和鹽類的擴(kuò)散滲透，會將鹽類帶出并滯留在涂層表面，造成涂膜發(fā)花?？狗簤A性和抗鹽析性是建筑內(nèi)外墻底漆的兩項重要技術(shù)指標(biāo)，是指涂層抵抗基材堿性或鹽類物質(zhì)滲透和析出的能力。對于外墻涂料而言，作為建筑涂料基材的抹灰砂漿層或膩子層往往含有多種鹽類，在基材的干燥過程中，這些鹽的成分及水泥水化反應(yīng)的堿性產(chǎn)物會隨著水分的揮發(fā)逐步向表面遷移，如果沒有底漆的保護(hù)，堿性或鹽類物質(zhì)遷移到表面后在適合的條件下會轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶顆粒并附著在飾面涂層上，造成表面泛白、發(fā)花，嚴(yán)重影響涂層的裝飾功能。對于內(nèi)墻涂料而言，也需要具有抗泛堿性的底漆以防止高堿性膩子對有色內(nèi)墻涂膜的破壞。

1.抗泛堿性及抗鹽析性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)分析

通過對國外標(biāo)準(zhǔn)和文獻(xiàn)的查詢，我們沒有發(fā)現(xiàn)完全符合的標(biāo)準(zhǔn)，只檢索到一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)方法，如ASTMD7072—04《評價乳膠涂料加速風(fēng)化的標(biāo)準(zhǔn)方法》[1]，國內(nèi)也未發(fā)現(xiàn)有地方標(biāo)準(zhǔn)，只有一些企業(yè)根據(jù)自己產(chǎn)品特性制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在ASTMD7072—04標(biāo)準(zhǔn)中，采用的方法是在纖維水泥試板表面刮涂一層6mm厚的水泥砂漿，干燥一定時間后將試板分割為幾個小塊，按規(guī)定質(zhì)量將買賣雙方商定的試驗涂料和對比涂料刷涂在水泥砂漿表面，待涂料干燥后放入具有一定溫濕度的密閉容器中48h，取出放置一夜后觀察涂料表面是否有風(fēng)化、堿的析出或其他漆膜缺陷。在這個方法中，所選用的對比涂料、干燥時間、刷涂質(zhì)量、試驗溫濕度條件等諸多重要因素均由買賣雙方商定，變數(shù)太多，不具有普遍性，在國內(nèi)以此作為通用的試驗方法可操作性較差。而國內(nèi)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也大多采用在底漆涂層上刷涂本企業(yè)一種性能較差、不耐堿的涂料產(chǎn)品，通過觀察面涂的變色情況得出試驗底漆產(chǎn)品質(zhì)量的相對排序。作為通用標(biāo)準(zhǔn)試驗方法也不適宜。本項目從試驗方法適用范圍廣、可操作性強(qiáng)、簡單易行、試驗周期短的研究思路出發(fā)，依據(jù)內(nèi)外墻底漆產(chǎn)品特點和實際使用狀態(tài)，對試驗基材、試驗溶液、顯色顏料、試驗容器等進(jìn)行選擇，通過大量試驗對影響試驗的因素、方法的適用性、重復(fù)性和再現(xiàn)性進(jìn)行了研究。通過本項目研究提出的抗泛堿性及抗鹽析性試驗方法，已納入《建筑內(nèi)外墻用底漆》標(biāo)準(zhǔn)報批稿。

2.抗泛堿性及抗鹽析性試驗方法研究

2.1試板的制備

2.1.1試板材質(zhì)的選擇

要想在實驗室短時間內(nèi)評價底漆抗泛堿及抗鹽析性能的優(yōu)劣，就要求試驗板材具有以下幾個特點：

(1)材質(zhì)相對疏松，堿鹽類物質(zhì)可在較短時間內(nèi)實現(xiàn)從內(nèi)部到表面的遷移；

(2)吸水率不能過大，否則底漆產(chǎn)品在表面難以成膜，與真實情況不符；

(3)試樣板材應(yīng)平整并保證一定范圍內(nèi)的材質(zhì)均勻性，為試驗結(jié)果的平行性提供保證。

為此，我們分別對石棉水泥板、紅缸磚、透水磚等材料進(jìn)行了對比試驗，結(jié)果見表1。

表1不同材質(zhì)試驗試板對比試驗結(jié)果

通過試驗結(jié)果的比較，決定選用纖維增強(qiáng)水泥中密度平板作為試驗板材。

2.1.2試板尺寸的選擇

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建筑涂料耐水性、耐堿性試驗試板尺寸均為150mm×70mm×(4～6)mm，本項研究中也選用了這個通用尺寸，由于試板厚度直接影響到堿性物質(zhì)的遷移速度，因此根據(jù)纖維增強(qiáng)水泥中密度平板現(xiàn)有規(guī)格初步選擇厚度為5.5～6.5mm作為試板厚度，后經(jīng)試驗發(fā)現(xiàn)該尺寸可滿足試驗要求，故規(guī)定試板尺寸為150mm×70mm×(5.5～6.15)mm。

2.1.3底漆濕膜厚度的選擇

本項研究最初是根據(jù)內(nèi)外墻乳膠涂料標(biāo)準(zhǔn)要求的濕膜厚度120μm+80μm分兩道制備底漆試板的，考慮一般飾面涂飾工程的實際情況是通常只涂刷一道較薄底漆，因而將底漆濕膜厚度定為80μm。

2.1.4制板方法的選擇

本項研究最初采用與現(xiàn)行各涂料標(biāo)準(zhǔn)要求一致的線棒刮涂制板方法，但刮涂對基材平整度、線棒清潔度要求高，容易產(chǎn)生刮痕，試板背面易被試樣沾污，透水性試板存在明顯的不均勻性，引入的系統(tǒng)誤差較多。后改為選用計算理論值的刷涂方法制板，制備后漆膜的均勻性明顯提高(見表2)。由于本試驗方法是為了配合《建筑內(nèi)外墻用底漆》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制進(jìn)行開發(fā)制定的，表2、表3以抗泛堿性試驗方法為例，參照該標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)立的抗泛堿性技術(shù)指標(biāo)對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行單項判定。

表2刮涂和刷涂制備試驗結(jié)果對比表(抗泛堿性試驗)

 

表3由表2得出的結(jié)論

 

注：變色面積≤10%判定為合格。

2.1.5養(yǎng)護(hù)時間

試驗環(huán)境(標(biāo)態(tài))下養(yǎng)護(hù)7d，這與合成樹脂乳液內(nèi)外墻涂料標(biāo)準(zhǔn)要求相同。

2.1.6試板的封邊

合成樹脂乳液內(nèi)外墻涂料標(biāo)準(zhǔn)試板封邊是采用松香和石蠟的混合物，但松香在堿液中有溶解現(xiàn)象，會污染試板，故不用松香。同時，由于纖維增強(qiáng)水泥中密度平板較為疏松，吸收性較強(qiáng)，僅一道石蠟不能保證完全封閉完好，因此用石蠟封邊(兩道)，且封閉第二道時石蠟液體溫度不能過高。

2.2試驗條件的選擇

2.2.1試驗溶液的選擇

(1)抗泛堿性試驗溶液的選擇

建筑涂料耐堿性方法中的試驗溶液為飽和Ca(OH)2水溶液，由于Ca(OH)2在水中的溶解度很低，堿性弱，用Ca(OH)2水溶液作為試驗溶液觀察不到結(jié)果，后分別試用10%NaOH、5%NaOH、4%NaOH、3%NaOH水溶液，但都發(fā)現(xiàn)溶液堿濃度過高，試樣抗泛堿性通過率低，且與實際涂飾工程基材的堿性相差較大，且故最終采取2%NaOH水溶液作為試驗溶液。試驗結(jié)果見表4。

表4不同濃度NaOH水溶液對試驗結(jié)果的影響

(2)抗鹽析性試驗溶液的選擇

試驗初期曾采用5%Na2SO4+飽和NaCl水溶液，因濃度過高試驗結(jié)果通過率低，且與實際工程基材情況差距較遠(yuǎn)。最終采用5%Na2SO4+10%NaCl水溶液。試驗結(jié)果見表5。

表5不同濃度鹽溶液對試驗結(jié)果的影響

2.2.2置放基材的選擇

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在試驗過程中曾使用厚度為1.0～1.5cm海綿為試板的置放基材，但發(fā)現(xiàn)海綿的質(zhì)量、密度、發(fā)泡類型等不易控制且對試驗結(jié)果有影響，數(shù)據(jù)的波動性較大，故采用塑料或其他耐堿材質(zhì)的多孔隔板為試板的置放基材。同時為保證有充分的試驗溶液浸潤試板底面，將多孔隔板墊起1.0～1.5cm。

2.2.3面涂的選擇

由于底漆在實際中并非直接暴露于大氣中，它是一個過渡產(chǎn)品，在制定抗泛堿性及抗鹽析性方法時必須考慮到這點。因為面涂是否存在及其性能的優(yōu)劣將直接對底漆內(nèi)部的毛細(xì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響到堿、鹽類物質(zhì)的遷移速度。底漆漆膜致密程度較低，微觀空隙較大，如不施加面涂不僅與真實使用情況不符，而且也不利于毛細(xì)作用的形成，堿、鹽類物質(zhì)會由于缺乏壓力不易遷移到漆膜表面，以此試驗不能真實反應(yīng)底漆抗泛堿性及抗鹽析性。另一方面，如果施加的面涂性能很好，漆膜過于致密，則即使底漆性能較差，堿、鹽類物質(zhì)已穿過底漆漆膜，也可能無法遷移到面涂漆膜表面，造成對底漆試驗結(jié)果的誤判。在搜集到的大多數(shù)企標(biāo)中，都是采用一種性能較差的涂料加入不耐堿顏料作為面涂，根據(jù)面涂的變色情況判定底漆的抗泛堿性。但這些面涂產(chǎn)品不具有通用性。故我們選擇2%的聚乙烯醇(PVA)水溶液作為面漆，因為聚乙烯醇為通用產(chǎn)品，形成的漆膜也可滿足試驗要求。

2.2.4抗泛堿性試驗中遇堿變色物質(zhì)及抗鹽析試驗中顯色顏料的選擇

在抗泛堿性試驗過程中曾使用耐堿性差的鉬鉻紅顏料與水1∶1的混合液作為遇堿變色物質(zhì)涂刷在底漆表面上。由于鉬鉻紅的組成為鉛鹽，不利于環(huán)保，且試驗結(jié)果重復(fù)性差，后改為無機(jī)顏料鐵藍(lán)與2%PVA的混合液(混合比例為1∶4)作為遇堿變色物質(zhì)，既無環(huán)保問題又有利于最終結(jié)果的判定，還解決了原試驗方法的異?，F(xiàn)象。結(jié)果見表6。

表6鉬鉻紅顏料和鐵藍(lán)顏料作為遇堿變色物質(zhì)對試驗結(jié)果的影響

在抗鹽析性試驗中，當(dāng)鹽類物質(zhì)遷移到聚乙烯醇形成的漆膜表面后，隨著其中水分的流失，在漆膜上表面會形成細(xì)微的結(jié)晶。為了便于觀察并考慮到與抗泛堿性試驗的統(tǒng)一性，我們?nèi)赃x用鐵藍(lán)作為顯色顏料。具體是采用無機(jī)顏料鐵藍(lán)與2%PVA的混合液(混合比例為1∶4)作為耐鹽析性試驗中的面涂。

2.2.5養(yǎng)護(hù)時間

在抗泛堿性及抗鹽析性試驗中，影響因素較多，因此對試驗容器的尺寸、加蓋與否、覆蓋試驗容器的材質(zhì)、試板的放置方式等都作了詳盡的規(guī)定。以抗泛堿性試驗為例，部分試驗結(jié)果見表7。

表7試驗容器、覆蓋試驗容器的材質(zhì)對試驗結(jié)果的影響(抗泛堿性試驗)

注：新聞紙及宣紙為覆蓋試驗容器的材質(zhì)；高箱、矮箱指試驗容器的高低。

由表7可見，一方面，試驗容器的高矮對試驗結(jié)果的影響不是很大；另一方面，宣紙由于較為疏松，透氣性大于新聞紙，故造成水分在試板內(nèi)部的遷移速度過快，使試驗結(jié)果普遍較差。故決定采用新聞紙作為覆蓋試驗容器的材質(zhì)。新聞紙的標(biāo)準(zhǔn)在GB/T1910《新聞紙》中有明確的規(guī)定，在本項研究的抗泛堿性及抗鹽析性試驗方法中，凡是符合該標(biāo)準(zhǔn)要求的，密度為45～51g/m2的新聞紙均可使用。

2.3適用性試驗

本項研究共對不同類型內(nèi)外墻底漆樣品進(jìn)行抗泛堿性試驗67組，抗鹽析性試驗60組。結(jié)論是該試驗方法普遍適用于各種建筑內(nèi)外墻底漆，適用性較好。

2.4再現(xiàn)性試驗

本項研究共選取9個樣品進(jìn)行了不同試驗室的再現(xiàn)性試驗，以抗泛堿性試驗結(jié)果為例，具體見表8。

表8再現(xiàn)性試驗結(jié)果(抗泛堿性試驗)

注：本項研究的試驗方法再現(xiàn)性較好，能夠滿足試驗要求。

3.抗泛堿性及抗鹽析性試驗方法

3.1范圍

本試驗方法適用于各類建筑內(nèi)外墻底漆抗泛堿性及抗鹽析性的測定。

3.2術(shù)語和定義

抗泛堿性———涂層抵抗基材堿性物質(zhì)滲透和析出的能力。

抗鹽析性———涂層抵抗基材鹽類物質(zhì)滲透和析出的能力。

3.3試驗設(shè)備與裝置

天平，精度為0.1g；纖維增強(qiáng)水泥中密度平板[150mm×70mm×(5.5～6.5)mm]；不加蓋平底箱(塑料或其他耐堿材質(zhì))。

3.4試驗方法

3.4.1試板的制備

(1)將底漆樣品攪拌均勻后制板，制板采用刷涂法刷涂1道。每個樣品須先行測定密度D，根據(jù)涂膜濕膜厚度80μm按下式計算出刷涂質(zhì)量：

m=D×S×80×10-4

式中：m—濕膜厚度為80μm的一道刷涂質(zhì)量，g；

D—樣品密度，g/cm3；

S—試板面積，cm2。

計算刷涂質(zhì)量精確到±0.1g。

(2)將刷涂好的試板在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下養(yǎng)護(hù)7d，每一樣品應(yīng)同時制備3塊試板。

3.4.22%PVA-鐵藍(lán)水溶液的配制

(1)配制2%PVA(粉狀聚乙烯醇1788)水溶液

#p#分頁標(biāo)題#e#

按計算量將水加入容器中，在高速攪拌下緩慢加入粉狀聚乙烯醇(1788)，待聚乙烯醇加完后，繼續(xù)在高速攪拌下充分?jǐn)嚢瑁芤褐腥鐭o團(tuán)狀物、塊狀物存在時可出料，80目濾網(wǎng)過濾后，于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下靜置備用，貯存期不超過1個月。

(2)配制2%PVA-鐵藍(lán)水溶液

按計算量將配制的2%PVA水溶液加入容器中，邊攪拌邊加入鐵藍(lán)顏料(LA09-03)，2%PVA水溶液與鐵藍(lán)顏料的質(zhì)量比為4∶1，高速攪拌約10～15min至均勻，出料后于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下靜置備用，貯存期不超過1個月。

(3)將制備好的試板在養(yǎng)護(hù)期第6d時采用石蠟封邊(2道)，并在底漆表面刷涂按(2)配制的溶液，刷涂質(zhì)量為(0.4±0.1)g。

3.4.3試驗溶液

抗泛堿性試驗溶液：2%NaOH水溶液，每次試驗前配制?？果}析性試驗溶液：5%Na2SO4和10%NaCl混合水溶液，

試驗溶液配制比例：Na2SO4∶NaCl∶水=5∶10∶85(質(zhì)量比)，每次試驗現(xiàn)配現(xiàn)用。

3.4.4試驗容器

試驗應(yīng)在不加蓋的平底箱中進(jìn)行，箱的尺寸為(60±5)cm×(40±5)cm×(25±5)cm，箱內(nèi)底部放置多孔(孔隙率>50%)隔板(塑料或其他耐堿材質(zhì))，多孔隔板應(yīng)墊起，墊起的高度為1.0～1.5cm。如圖1所示。

圖1試驗容器剖面示意圖

3.4.5試驗步驟

(1)將試驗溶液加入3.4.4的容器中，試驗溶液液面略高于墊起的多孔隔板高度。

(2)將3.4.2中(3)的試板小心放入容器中，涂刷有鐵藍(lán)的底漆面向上，試驗溶液浸沒試板的高度應(yīng)大于試板厚度的1/2，確保在試驗周期內(nèi)試板底面均被試驗溶液充分浸潤。用密度為45～51g/m2的新聞紙將箱口覆蓋并用膠帶沿周邊密封好。

(3)每個樣品平行制備3塊，按規(guī)定的試驗時間進(jìn)行，試驗結(jié)束后取出試板，試板應(yīng)立放，保證試板通風(fēng)并完全干燥，在標(biāo)準(zhǔn)試驗環(huán)境下放置24h后觀察結(jié)果。

3.4.6結(jié)果判定

(1)抗泛堿性

判定時觀察試板中間區(qū)域，觀察面積為110mm×50mm(以試板的長邊向內(nèi)各扣除10mm，短邊向內(nèi)各扣除20mm的面積為準(zhǔn))，視鐵藍(lán)變色(由藍(lán)色變?yōu)樽攸S色)面積的百分比，3塊試板中有2塊試板變色面積均≤10%判定為無異常。

(2)抗鹽析性

判定時觀察試板中間區(qū)域，觀察面積為110mm×50mm(以試板的長邊向內(nèi)各扣除10mm，短邊向內(nèi)各扣除20mm的面積為準(zhǔn))，視鐵藍(lán)表面析出的白色結(jié)晶或泛白面積的百分比，3塊試板中有2塊試板表面析出的白色結(jié)晶或泛白面積均不大于10%判定為無異常。

4.結(jié)語

本項研究依據(jù)建筑內(nèi)外墻底漆產(chǎn)品的使用條件和特點，結(jié)合工程實際使用情況進(jìn)行了大量系統(tǒng)細(xì)致的研究和試驗工作。確定了抗泛堿性及抗鹽析性的各種試驗條件和相關(guān)的試驗方法。經(jīng)專家評審，在顯色顏料和顯色涂層的確定方面有突出的創(chuàng)新性，研究完成的試驗方法可操作性強(qiáng)、再現(xiàn)性好。該試驗方法已納入《建筑內(nèi)外墻用底漆》JG/T210—2007行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。