引言

隨著裝配式建筑行業(yè)的發(fā)展，預(yù)制混凝土構(gòu)件（PC 構(gòu)件）生產(chǎn)企業(yè)迅速增加，自帶特殊裝飾效果的構(gòu)件引起了廣泛關(guān)注。目前，國(guó)內(nèi)PC構(gòu)件在現(xiàn)場(chǎng)施工后，基本都是毛坯狀態(tài)，后期還需要進(jìn)行構(gòu)件裝飾及防護(hù)，尤其是外部裝飾施工環(huán)境惡劣，大多數(shù)時(shí)間需要高空作業(yè)，增加了裝修難度和成本[1-2]。

從混凝土構(gòu)件裝飾角度考慮，混凝土建筑外立面一 般采用真石材、幕墻玻璃、瓷磚、涂料等進(jìn)行裝飾和防護(hù)。真石材耐腐蝕、堅(jiān)固、易擦洗，但密度和重量較大，不適合在高樓層外立面裝飾中應(yīng)用；幕墻玻璃需二次熱處理，且要處理倒棱，做好玻璃磨邊方面的工作，工序過(guò)于復(fù)雜；瓷磚種類(lèi)繁多，耐久性好，應(yīng)用較為廣泛，但存在環(huán)境污染、安全隱患、低質(zhì)量以及工期長(zhǎng)等不足；外墻涂料生產(chǎn)過(guò)程污染小、安裝簡(jiǎn)單快速、質(zhì)量易控制等，但其使用壽命不算太長(zhǎng)，且外觀單一[3-6]。從混凝土構(gòu)件防護(hù)角度考慮，混凝土開(kāi)裂后，加速了水、二氧化碳及氯離子等有害物質(zhì)向混凝土內(nèi)部侵入的速度，直接影響著結(jié)構(gòu)的耐久性和工程使用壽命，因此，混凝土構(gòu)件需加強(qiáng)表面防護(hù)。大量實(shí)踐證明，適時(shí)進(jìn)行“混凝土表面防護(hù)”是提高結(jié)構(gòu)耐久性的一種簡(jiǎn)便易行且經(jīng)濟(jì)性好的措施[7-8]。

UV光固化油墨，就是使用光固化樹(shù)脂作為油墨的基料，在紫外光的照射下，由光引發(fā)劑產(chǎn)生自由基，引起基料聚合和交聯(lián)反應(yīng)，使油墨固化。UV光固化油墨作為一種新型的環(huán)保油墨，以其節(jié)能、環(huán)保、高效等優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的關(guān)注，應(yīng)用于建筑行業(yè)的外墻裝飾中可縮短后期高空施工工期，安全高效，且能提高混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命及建筑外墻的美觀度[9-10]。自然氣候中，太陽(yáng)光輻射被認(rèn)為是涂層老化的主要原因，因此，本文采用一種基于紫外線光（UV光）固化的預(yù)制混凝土外墻智能制造工藝，采用噴涂打印的方式，將UV光固化油墨按照預(yù)設(shè)好的圖案直接打印在預(yù)制混凝土構(gòu)件外立面，然后噴涂一層透明防護(hù)膜，在混凝土表面形成長(zhǎng)期的保護(hù)層，起到憎水耐污的效果，將預(yù)制混凝土構(gòu)件外立面精裝（包含裝飾及防護(hù)）直接在工廠完成，然后進(jìn)行基于UV光固化打印技術(shù)的預(yù)制混凝土外墻復(fù)合涂層試件的老化試驗(yàn)研究。

1.1 材料及配合比

試樣底層涂覆底涂材料，中間層打印UV光固化油墨（UV環(huán)保墨水），面層涂覆面涂材料，老化試驗(yàn)中試樣的配合比見(jiàn)表1。其中，底涂材料為本單位自主研發(fā)的底涂產(chǎn)品；面涂材料1為上海駿臻地坪的混凝土密封固化劑；面涂材料2為自主研發(fā)的面涂產(chǎn)品；面涂材料3為鄭州長(zhǎng)茂的UV光油；面涂材料4為上海西亞的混凝土面層保護(hù)劑；試樣⑤為對(duì)比試樣。

表1 試驗(yàn)配合比

1.2 試驗(yàn)方法

老化試驗(yàn)是涂層經(jīng)人工氣候老化或人工輻射曝露過(guò)程中性能的改變。經(jīng)過(guò)人工氣候老化或人工輻射曝露的涂層的老化狀況取決于涂料的類(lèi)型、涂層的曝露條件、所選擇的用于監(jiān)控老化過(guò)程進(jìn)展的性能及這種性能變化的程度，被選中進(jìn)行監(jiān)控的性能應(yīng)該是涂層在實(shí)際應(yīng)用中重要的性能。

本試驗(yàn)用經(jīng)濾光器濾過(guò)的氙弧燈光對(duì)涂層進(jìn)行人工氣候老化或人工曝露輻射，其目的是為了使涂層在經(jīng)受一定的曝露輻射能后，使選定的性能產(chǎn)生一定程度的變化，或者使涂層達(dá)到一定程度的老化所需要的曝露輻射能。可將曝露涂層的性能與同樣制得的未經(jīng)曝露的涂層（對(duì)比試樣）性能相比較，或者與同時(shí)曝露的性能已知的涂層（參比樣）相比較。

根據(jù)GB/T 1865—2009/ISO11341:2004《色漆和清漆人工氣候老化和人工輻射曝露濾過(guò)的氙弧輻射》，對(duì)表1的5組式樣進(jìn)行老化試驗(yàn)，每組3個(gè)式樣，人工老化3年（1058h），試件尺寸為100mm×200mm×12mm。

1.3 試驗(yàn)工藝

本文采用基于UV光固化的預(yù)制混凝土構(gòu)件智能制造工藝流程，該工藝操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，能夠在工廠中完成混凝土構(gòu)件外立面的精裝（裝飾及防護(hù)），避免了高空作業(yè)，安全性高，施工受外界環(huán)境影響小，施工難度小，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。該工藝為3層噴涂工藝，分別為柔性層、裝飾層與防護(hù)層。

第一層為柔性層，采用具有較高彈性和附著力的混凝土保護(hù)劑直接噴涂在混凝土外墻上面，起到提高粘合力，防止混凝土開(kāi)裂的作用。柔性層材料又稱(chēng)底涂材料， 采用噴涂工藝進(jìn)行涂覆，該柔性保護(hù)劑可滲入結(jié)構(gòu)表面內(nèi)部一定深度（如3～6mm），提高密實(shí)性，增加及增強(qiáng)混凝土及其表面的密度與硬度，成為混凝土整體結(jié)構(gòu)的一部分，起著密封、防水、防磨損、牢固防護(hù)混凝土的作用。涂刷方式采用輥刷、噴刷均可。對(duì)于大面積作業(yè)，噴刷因其具有涂刷均勻、施工速度快等特點(diǎn)，可作為首選。

第二層為裝飾層，采用UV光固化打印機(jī)，根據(jù)預(yù)設(shè)好的圖案，噴涂打印到構(gòu)件外立面，形成高耐候UV光固化打印層，具有即刻固化、色牢度佳、單人可操作、可節(jié)約人工和材料成本的優(yōu)勢(shì)；裝飾層采用UV光固化油墨。

第三層為防護(hù)層，采用無(wú)色透明保護(hù)劑進(jìn)行噴涂，對(duì)裝飾層進(jìn)行防護(hù)。混凝土表面防護(hù)劑抗侵蝕，有效防止基材滲水，抗日照、海水、雨水侵蝕，通過(guò)涂層形成保護(hù)層，阻水透氣。保護(hù)層具有耐紫外線、防沾污、耐磨耐劃、耐候的功能。防護(hù)層材料又稱(chēng)面涂材料，亦采用噴涂工藝進(jìn)行涂覆。

打印設(shè)備設(shè)置在裝配式外墻流水線上，外墻在經(jīng)過(guò)設(shè)備時(shí)，設(shè)備開(kāi)始噴涂打印，形成所需要的效果，如圖1所示。

圖1 噴涂打印設(shè)備

2.1 不同氙燈老化時(shí)間對(duì)涂層性能的影響

5組試樣分別在176h、352h和1058h下進(jìn)行氙燈老化試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，試樣在老化176h之前，無(wú)任何變化。老化352h和1058h的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2、表3。不同老化時(shí)間的試樣變化圖如圖2所示。

表2 氙燈老化352h試驗(yàn)結(jié)果

表3 氙燈老化1058h試驗(yàn)結(jié)果

注：根據(jù)GB/T1766—2008《色漆和清漆涂層老化的評(píng)級(jí)方法》，失光、變色、粉化、泛金、沾污單項(xiàng)等級(jí)有0～5級(jí)，共6個(gè)等級(jí)。開(kāi)裂數(shù)量、起泡密度、剝落面積、長(zhǎng)霉數(shù)量與斑點(diǎn)數(shù)量等級(jí)有0～5級(jí)，共6個(gè)等級(jí)；開(kāi)裂大小、起泡大小、剝落大小、霉點(diǎn)大小與斑點(diǎn)大小有S0～S5級(jí)，共6個(gè)等級(jí)。綜合等級(jí)分0～5級(jí)，共6個(gè)等級(jí)，分別代表涂膜老化性能的優(yōu)、良、中、可、差、劣。

圖 2 不同老化時(shí)間的試件照片

由表2、表3和圖2可知，試樣在176h前，無(wú)任何變化。經(jīng)過(guò)352h后，試樣②、試樣③和試樣④出現(xiàn)很輕微失光變色現(xiàn)象，試樣②和試樣③稍有開(kāi)裂與剝落現(xiàn)象，幾乎可忽略；試樣②、試樣③和試樣④失光程度等級(jí)為1，說(shuō)明很輕微失光；試樣②、試樣③和試樣④變色程度等級(jí)為1，說(shuō)明很輕微變色；試樣②和試樣③開(kāi)裂數(shù)量等級(jí)為1，開(kāi)裂大小等級(jí)為S1，說(shuō)明開(kāi)裂很少幾條，小的幾乎可以忽略，在10倍放大鏡下才可見(jiàn)裂紋；試樣①、試樣③和試樣⑤剝落面積等級(jí)為1，剝落大小等級(jí)為S1，說(shuō)明剝落面積低于0.1%，大小低于1mm。經(jīng)過(guò)1058h后，失光等級(jí)無(wú)變化；試樣②和試樣③變色現(xiàn)象稍明顯，變色程度等級(jí)由1級(jí)變?yōu)?級(jí)，有輕微變色；試樣②開(kāi)裂數(shù)量等級(jí)由1級(jí)變?yōu)?級(jí)，開(kāi)裂大小由S1變?yōu)镾2，有少量可以察覺(jué)開(kāi)裂，目視剛可見(jiàn)開(kāi)裂；試樣③開(kāi)裂數(shù)量等級(jí)由1級(jí)變?yōu)?級(jí)，開(kāi)裂大小由S1變?yōu)镾3，有中等數(shù)量開(kāi)裂，目視清晰可見(jiàn)開(kāi)裂；試樣③剝落面積等級(jí)由1級(jí)變?yōu)?級(jí)，剝落大小等級(jí)由S1變?yōu)镾2，說(shuō)明剝落面積低于0.3%，大小低于3mm。

2.2 不同氙燈老化時(shí)間下的綜合等級(jí)對(duì)比

將涂層試樣在不同氙燈老化時(shí)間的下綜合等級(jí)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，見(jiàn)表4。

表 4 不同老化時(shí)間下的綜合等級(jí)結(jié)果

由表4可知，經(jīng)過(guò)1058h的人工老化試驗(yàn)研究，各組配合比試樣的抗老化性能為：試樣④>試樣②>試樣①=試樣⑤>試樣③，說(shuō)明基于UV光固化打印技術(shù)的裝配式外墻智能制造工藝流程，采用市場(chǎng)常見(jiàn)面層防護(hù)劑制作的試件均具備優(yōu)異的抗老化性能，尤其自主研發(fā)的混凝土面層保護(hù)劑其抗老化性能最優(yōu)，其中不涂面層保護(hù)劑的試樣優(yōu)于涂刷UV光油的試樣，可見(jiàn)水性面層保護(hù)劑的抗老化性能優(yōu)于UV光油。

本文通過(guò)對(duì)預(yù)制混凝土復(fù)合涂層試件進(jìn)行不同老化時(shí)間的老化試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：

（1）混凝土涂層時(shí)間經(jīng)過(guò)352h的老化后，試樣②、試樣③和試樣④出現(xiàn)很輕微失光變色現(xiàn)象，試樣②和試樣③稍有開(kāi)裂與剝落現(xiàn)象，幾乎可忽略；經(jīng)過(guò)1058h的老化后，試樣的失光等級(jí)無(wú)變化，試樣②和試樣③有輕微變色，試樣②有少量可以察覺(jué)開(kāi)裂，試樣③有中等數(shù)量目視清晰可見(jiàn)的開(kāi)裂，并伴有低于0.3%的剝落。

（2）經(jīng)過(guò)1058h的人工老化試驗(yàn)研究，基于UV光固化打印技術(shù)的裝配式外墻智能制造工藝流程，采用市場(chǎng)常見(jiàn)面層防護(hù)劑制作的試件均具備優(yōu)異的抗老化性能，尤其自主研發(fā)的混凝土面層保護(hù)劑其抗老化性能最優(yōu)，其中不涂面層保護(hù)劑的試樣優(yōu)于涂刷UV光油的試樣，可見(jiàn)水性面層保護(hù)劑的抗老化性能優(yōu)于UV光油。

（3）采用基于UV光固化打印技術(shù)的預(yù)制外墻工藝制作的老化試件，其抗老化性能優(yōu)異，且操作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，施工受外界環(huán)境影響小，能夠在工廠中完成混凝土構(gòu)件外立面的裝飾及防護(hù)，避免了高空作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。