環(huán)氧地坪是以環(huán)氧樹脂為涂料成膜物質(zhì),通過添加固化劑、無揮發(fā)性的活性稀釋劑、助劑、顏料和填料配制成的一種高性能涂料。環(huán)氧地坪涂料一般分為溶劑型、無溶劑型和水溶性型。溶劑型環(huán)氧涂料在生產(chǎn)、施工和固化過程中會排放大量的揮發(fā)性有機物——VOC,VOC 不僅對人體有毒性,而且會造成環(huán)境污染。
水溶性型環(huán)氧涂料雖然對潮濕基面有良好的黏結(jié)力,但是對施工的地面清潔度要求高,污物易使涂膜產(chǎn)生縮孔,且對抗強機械作用力的分散穩(wěn)定性較差,不太適合停車庫應(yīng)用。無溶劑型環(huán)氧涂料,也稱為“自流平涂料”,因不含非活性溶劑,固體含量可調(diào)整接近至100%,一次成膜厚,施工中不會出現(xiàn)貝納德窩(Benart Cell)和浮色(floating),且無VOC排放,符合環(huán)保理念,成為地坪應(yīng)用首選[1]。本文研究的對象為無溶劑型環(huán)氧樹脂涂料地坪。
2 環(huán)氧樹脂涂料應(yīng)用于各類地坪
環(huán)氧樹脂涂層不但具有優(yōu)良的耐水、耐油污、耐化學品腐蝕等化學特性,而且具有附著力好、機械強度高,耐磨性能好,固化后漆膜收縮率低,一般在2% 以下,通過配方調(diào)整可達0.2%,在車庫地坪施工時可使固化物內(nèi)應(yīng)力小,不易開裂,提供優(yōu)良附著力,能一次涂裝成厚膜等優(yōu)點。
環(huán)氧地坪還因其配方可以添加顏料,可配制成各種色彩而廣受歡迎。美觀、環(huán)保、防水、防腐, 耐磨、耐壓、防滑,抗沖擊強度,鋪裝簡便、修補、重涂性佳,自上世紀80 年代進入我國試用以來,應(yīng)用范圍越來越廣,從單一的工業(yè)地坪走向公眾活動較多的商場、學校、公共娛樂場所,甚至應(yīng)用于家庭裝潢。目前,環(huán)氧涂料已廣泛應(yīng)用于停車庫地坪,稱之為環(huán)氧自流平地坪(epoxy self-levelling flooring)。
3 環(huán)氧地坪組成結(jié)構(gòu)
停車庫環(huán)氧地坪自上而下一般包括面涂層、中涂層(包括環(huán)氧砂漿層和膩子層)、底涂層、細石混凝土(建議做成5cm厚以上,雙向配筋)基層,下臥結(jié)構(gòu)層(圖1)。
車輛自重及震動荷載(豎向)、車輪摩擦力(水平向)均自面層往下逐層傳遞給下臥結(jié)構(gòu)層。
4.1 環(huán)氧地坪涂層破壞形式
環(huán)氧地坪一般有8~15 年的使用壽命,但是很多停車庫往往2~3 年后,甚至更短時間就出現(xiàn)地坪環(huán)氧涂層脫離基層的破壞情況。環(huán)氧涂層出現(xiàn)與基層有關(guān)的剝離問題主要有以下情況:
涂層大面積剝離破壞主要有兩種情況:①環(huán)氧樹脂層與混凝土基層結(jié)合界面破壞,表現(xiàn)為環(huán)氧涂層脫落,混凝土基層正常無損,大面積出現(xiàn),直接原因是界面黏結(jié)力不足;②環(huán)氧涂層與混凝土基層表面砂漿結(jié)合緊密,破壞面出現(xiàn)在混凝土基層內(nèi)部,破壞面位于混凝土基層的砂漿平面。這種破壞形式一般大面積出現(xiàn),直接原因是混凝土的抗拉強度不足。
環(huán)氧涂層的不同涂膜層也有出現(xiàn)剝離的情況,主要原因是不同涂膜之間的黏結(jié)力不足,一般出現(xiàn)于局部,大面積出現(xiàn)并不常見。
4.1.2 環(huán)氧涂層出現(xiàn)凸起及裂縫
涂層局部凸起,主要表現(xiàn)為出現(xiàn)直徑2~5mm 和30~50mm 不同程度的凸起,主要原因是基層干燥不夠,氣體集聚在漆膜下面,涂膜面吸收水分而凸起,或者是由漆膜固化時有雜質(zhì)未清理干凈[1]。涂層出現(xiàn)裂縫,表現(xiàn)為涂膜收縮開裂和涂層因基層裂縫而拉裂。
4.2 環(huán)氧地坪涂層破壞修復(fù)
環(huán)氧涂層出現(xiàn)凸起或者裂縫一般可以進行局部修復(fù),處理比較簡單。
停車庫環(huán)氧地坪出現(xiàn)大面積的剝離破壞,就會導(dǎo)致停車庫的使用性能和觀感下降,需要進行大面積翻修,不但要投入較高的維修費用,而且影響了停車庫的正常使用。因此,很有必要在設(shè)計階段明確有關(guān)的設(shè)計參數(shù),施工階段嚴格控制施工質(zhì)量,預(yù)防出現(xiàn)環(huán)氧涂層的大面積剝離破壞情況。
5 環(huán)氧地坪涂層剝離破壞原因分析與計算
5.1 環(huán)氧涂層和細石混凝土基層的主要力學性能參數(shù)
環(huán)氧砂漿中涂層占環(huán)氧涂層厚度的絕大部分,環(huán)氧涂層的力學性能近似由環(huán)氧砂漿代表,主要參數(shù)見表1。
5.2 環(huán)氧涂層剝離破壞強度計算
剝離破壞的兩種情況是強度不足引起的,一種是界面黏結(jié)強度不足,另一種是混凝土基層淺表層抗拉強度不足。在使用階段,結(jié)合界面和混凝土基層淺表層產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的因素主要有兩個,一個是車輛荷載產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力,一個是溫度變化產(chǎn)生的溫度應(yīng)力。
車輛荷載豎向的有汽車重量(一般地下停車庫的車輛均為小汽車),水平方面有前進動力或剎車阻力,涂層和基層淺表層處于復(fù)雜受力狀態(tài)。其力學模型可按如下條件簡化:
(1 )依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[5]有關(guān)條文,小汽車(載人少于9 人)車輪局部荷載計算樓板內(nèi)力時,重力局部荷載取4.5kN,分布在0.2m × 0.2m 的局部面積上。
(2 )依據(jù)環(huán)氧樹脂涂層對車輪的附
著系數(shù)計算制動力:①取附著系數(shù)為1.0。依據(jù)《機動車運行安全技術(shù)條件》[8]有關(guān)條文規(guī)定,對兩種情況:②乘用車總制動力不少于整車重量(空載,本文參照前一條取值18kN)的60%,前軸制動力不少于總制動力的60%;③乘用車滿載以50km/h 的速度制動,制動距離不超過20m。進行制動力計算:
Fx1=Fz·φ =4.5 × 1.0=4.5kN,式中φ為附著系數(shù)
Fx2=W×60%×60%/2=18×60%×60%/2=3.24kN
Fx3=0.5mv2/S/4=0.5 × 1.800 × 13.892/20/4=2.17kN
并取三者中的大值可得出車輪局部摩擦力為4.5kN.
車輪局部受力如圖2 所示,該處處理雙向受力狀態(tài)。按照材料力學[2],結(jié)合界面點的復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)如圖3 所示,可計算混凝土基層的局部應(yīng)力。
5.3 環(huán)氧涂層剝離原因
通過以上分析計算,車輛荷載基本不會單獨引起停車庫環(huán)氧涂層剝離破壞;外界溫度變化引起環(huán)氧涂層和混凝土基層的不協(xié)調(diào)變形,是造成環(huán)氧涂層剝離破壞的主要原因。當結(jié)合界面黏結(jié)力少于混凝土的抗拉強度時,破壞面會出現(xiàn)在結(jié)合界面;當結(jié)合界面黏結(jié)力大于混凝土的抗拉強度時,破壞混凝土基層淺表面。在實際應(yīng)用中可以對車輛荷載與溫度變化產(chǎn)生的內(nèi)力進行疊加考慮。環(huán)氧涂層的固化收縮可達0.2%~2%,其收縮應(yīng)力也不可忽視,完全有可能引起涂層剝離破壞。
當混凝土基層通過伸縮縫劃分為小塊時,需考慮環(huán)氧涂層和混凝土基層結(jié)合界面上剪應(yīng)力的不利影響。
6 避免停車庫環(huán)氧涂層破壞的對策通過面分析計算,確定了環(huán)氧涂層剝離破壞的主要原因,在設(shè)計和施工階段就可以有針對性地采取預(yù)防措施。(1)細石混凝土基層的設(shè)計強度選用
C 3 0 以上,并且雙向配筋?;鶎邮┕r,要一次收漿壓平,且保證2mm/m的平整度和防止起砂、空鼓。
(2)試制環(huán)氧地坪涂料配方時,①要重點關(guān)注中涂層環(huán)氧砂漿的配比,選用線膨脹系數(shù)小、彈性模量低、固化收縮小的配方;②要確保結(jié)合界面的黏結(jié)拉力大于混凝土的抗拉強度標準值,建議達到2.0MPa 以上。
( 3 ) 施工環(huán)境要求:①建議在室溫10~25℃之間施工、養(yǎng)護;②無溶劑環(huán)氧涂料是油性的,要保證基層的含水率少于8%,基層下方要有防水防潮層,基層表面清潔,無浮漿、浮塵和油污等。
(4)環(huán)氧地坪涂料供應(yīng)廠商應(yīng)對不同配方的涂料,模擬不同地理氣候環(huán)境,進行長期實驗,穩(wěn)定配方,施工企業(yè)應(yīng)按照廠商使用說明書嚴格遵守執(zhí)行。
7 案例
上海某住宅小區(qū),兩層地下停車庫在交付使用約一年,其環(huán)氧地坪涂層就出現(xiàn)了大面積的剝離破壞,地下一層破壞面基本發(fā)生在配筋細石混凝土表面,局部露筋,地下二層的破壞面大部分發(fā)生在環(huán)氧涂層與混凝土基層的結(jié)合界面。
破壞部位包括車道、車位、人行走道、倉儲房屋地坪等,行車道稍顯嚴重一些,基本排除車輛荷載的單獨破壞原因。混凝土找平層為配筋細石混凝土,設(shè)計強度為C20,經(jīng)現(xiàn)場取芯,地下一層的細石混凝土基層實測換算抗壓強度(mfcu)平均為23.3MPa,地下二層的實測平均強度為25.9MPa。由于停車庫的環(huán)氧涂層在使用不到5年的時間里不斷地有大面積剝離破壞,期間雖有涂層修補,但涂層剝離繼續(xù)發(fā)生,破損嚴重,需重新大修。制定的方案為鏟除原有環(huán)氧地坪涂層及配筋細石混凝土基層,重新做C30 細石混凝土(內(nèi)配雙向鋼筋網(wǎng))基層,再新做環(huán)氧地坪涂層。目前已修復(fù)投入使用。
8 結(jié)語
停車庫環(huán)氧地坪涂層剝離破壞的原因很多,有設(shè)計因素,也有施工因素,更有使用和環(huán)境的因素,這些因素疊加在一起時,問題變得十分復(fù)雜。本文繁中取簡,分析停車庫環(huán)氧地坪涂層剝離破壞的主要原因,提出了溫度變化與不同強度的混凝土基層淺表層拉應(yīng)力的近似關(guān)系,并提出預(yù)防和避免對策,對新建或維修類似停車庫環(huán)氧地坪工程,具有重要的參考意義。
歐進地坪專業(yè)施工車庫環(huán)氧地坪、停車場環(huán)氧地坪、停車場滲透劑地坪