超疏水聚合物混凝土涂层的制备及性能研究

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混凝土是建筑工程中的重要材料,但混凝土在腐蚀性环境和冻融环境中易因水的渗入而被腐蚀或破坏,严重影响了混凝土建筑的安全性、耐久性和美观性。使混凝土表面获得超疏水性可防止水的渗透,能有效保护混凝土建筑。但现有超疏水涂料的机械强度较低以及现有超疏水混凝土与保温层的黏合强度较差,导致超疏水表面在建筑领域的应用受到限制。针对以上问题,论文通过在混凝土砂浆中加入聚丙烯酸酯乳液(PAE),研制了一种新型的超疏水聚合物混凝土涂层,探究了较佳的配比,测试了涂层的疏水性能、抗腐蚀性能、机械强度及涂层与保温层的黏结强度。论文的主要工作如下:通过在混凝土砂浆中添加PAE和低表面能试剂DC-30,覆盖尼龙网并风干后,制备出了超疏水聚合物混凝土涂层。结合测试涂层表面微观形貌、晶体结构和化学成分,研究了涂层超疏水性的形成机理。结果表明,聚合物涂膜与水泥水化产物、未水化的水泥颗粒、填料等无机组分形成了微纳米粗糙结构,DC-30试剂中的疏水辛基降低了涂层的表面能;在两种因素的共同作用下,涂层呈良好超疏水性。探究了PAE和DC-30试剂添加比例对涂层抗压强度、润湿性及保温层间黏结强度的影响规律及机理,确定了较佳的涂料配比。研究发现,当混凝土砂浆中聚灰比为0.5、DC-30试剂含量为4%时,所制备的涂层兼具良好的超疏水性、较高抗压强度和黏结强度。涂层表面的水接触角为154±3°、滚动角为10±1°;与未添加PAE的涂层相比,超疏水聚合物混凝土涂层与保温层的黏结强度可提升约96%。分析了PAE、DC-30试剂对涂层特性的影响机理:PAE能使混凝土更致密,从而提高涂层的抗压强度和黏结强度;DC-30试剂可降低涂层的表面能,提升涂层的疏水性能。研究了超疏水聚合物混凝土涂层的表面强度、抗腐蚀性能、耐久耐候性和自清洁性能。落沙冲击试验、砂纸摩擦试验和水流冲击试验结果表明,超疏水聚合物混凝土涂层具备良好的表面强度,在受到冲击、磨损等破坏后仍能保持超疏水性。耐强酸强碱腐蚀和耐电化学腐蚀试验发现,超疏水聚合物混凝土涂层的抗腐蚀性能良好,能有效保护钢筋免受腐蚀性离子的侵蚀。超疏水聚合物混凝土涂层具有良好的抗水渗透能力,在30 mm水深中浸没24小时后,吸水率相比普通聚合物混凝土涂层可降低约40%。另外,论文所制备的超疏水聚合物混凝土涂层还具有良好的防冻雨抗结冰、自清洁性能,有望对腐蚀性环境、寒冷环境下使用的混凝土及保温层起到更好的防护作用,具有良好的应用前景。
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