有机无机复合防护涂层的制备及其对混凝土防护效果的研究

发布时间：2020-05-27 11:15

【摘要】：混凝土在服役中容易受到各种腐蚀性介质的侵蚀破坏,严重影响了混凝土的服役寿命。目前表面涂层成为混凝土防护的重要手段,其中主要有两类涂层即有机涂层和无机涂层。有机涂层耐水性好、防护优异但耐老化差、附着力不足、污染环境,无机涂层存在防水性能差等问题但其耐老化性能优异、附着力强,结合两者优势,开展有机无机复合涂层的研究。本文主要通过无机前驱体正硅酸乙酯TEOS和有机前驱体聚硅氧烷PDMS,在偶联剂KH560作用下制备SiO_2-PDMS复合涂层,首先探讨材料PDMS和KH560掺量对复合溶胶和凝胶组成、结构、性能的影响,制备性能优异的复合涂层;其次通过SiO_2改性复合涂层制备耐老化性、耐腐蚀性优异的复合涂层;最后将其应用于混凝土防护,探讨其实际防护效果,为其实际应用提供理论依据。本文的主要研究内容包括以下方面:(1)研究了PDMS和KH560掺量对SiO_2-PDMS复合溶胶体系、SiO_2-PDMS复合凝胶体系以及SiO_2-PDMS复合涂层在水泥净浆表面作用效果的影响,结果表明:对于溶胶体系,PDMS和KH560的掺量相比TEOS含量不大于100%时,所制备的复合溶胶具有合适的粘度、优异的稳定性和合适的凝胶时间;对于凝胶体系,PDMS和KH560的掺量相比TEOS含量不小于100%时,PDMS和KH560参与反应后形成致密的Si-O-Si网络结构,复合凝胶结构致密,具有较低的体积收缩和溶胀度;PDMS和KH560掺量对SiO_2-PDMS复合涂层在水泥净浆表面作用效果的具有较大影响,两者掺量相比TEOS含量为100%时,复合涂层在水泥净浆表面具有较好的疏水性和成膜效果,涂层硬度和附着力分别达到较高的值3H和5A,水泥净浆的吸水率最低;采用PDMS和KH560掺量相比TEOS含量为100%时制备复合涂层的耐热性、耐腐蚀性、耐老化性均较差,有待进一步提高。(2)针对本研究制备的SiO_2-PDMS有机无机复合涂层耐热、耐腐蚀、耐老化等性能较差,采用纯SiO_2颗粒、KH550改性SiO_2颗粒、硅溶胶三种类型SiO_2对其进行改性,研究了改性SiO_2-PDMS有机无机复合涂层的组成、结构与性能,及其涂覆在水泥净浆表面后涂层的性能。结果表明:硅溶胶在反应体系中分散性最好,粒径在100nm左右,其制备的复合溶胶的凝胶时间最短;采用不同类型SiO_2改性,复合凝胶放热峰温度值均在420℃处,提高了复合涂层的耐热性;采用不同类型SiO_2改性,复合涂层在水泥净浆表面的硬度增大,附着力等级和疏水性能基本保持不变,耐紫外老化性能明显改善,其中采用硅溶胶改性具有最优耐紫外老化性能。对比常用的丙烯酸涂层、无机涂层、有机硅涂层,硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层在水泥净浆表面的疏水性能最好,疏水角达到109°;铅笔硬度值和附着力均达到了最高的等级;粘结强度最高,达到1551 kPa;在48h酸碱浸泡均无明显脱落腐蚀情况,紫外老化前后接触角、组成结构和光泽度变化较小,具有优异的耐久性;水泥净浆7d的吸水率最低,14d仅碳化0.8mm,对水泥净浆具有最好的防护效果。(3)研究了不同的腐蚀环境下(CO_2侵蚀、盐雾腐蚀、海水腐蚀)硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层、丙烯酸涂层、无机涂层、有机硅涂层对混凝土的防护效果。结果表明:CO_2侵蚀环境下,硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层14d和28d碳化深度仅1.4cm和2cm,碳化后碳酸钙的质量百分含量为4.77%,1420cm~(-1)处波峰较窄,与具有最优异抗CO_2侵蚀的丙烯酸涂层比较接近,硅溶胶改性SiO2-PDMS复合涂层抗CO_2侵蚀性能较好;在1000h盐雾腐蚀条件下,硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层的试件质量增加率最少,仅为0.24%,氯离子含量仅为0.02%,硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层抗盐雾腐蚀性能优异;在240d海水浸泡腐蚀条件下,硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层的试件质量变化率为0.4%,氯离子渗透深度为0.13mm,试件表面0-0.5cm和0.5-1cm氯离子的含量为1.17mg/L和0.49mg/L,比其它三种涂层都要低,硅溶胶改性SiO_2-PDMS复合涂层抗海水腐蚀性能最好。
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混凝土涂层

蚀以及混凝土体积膨胀，加速混凝土腐蚀而失效[14,1小、含量高，易渗透进混凝土中破坏钢筋的稳定状态，20]。其次混凝土在硫酸盐下易侵蚀破坏，其原因是在水与内部的水泥水化产物发生反应，混凝土产生破坏。硫，生成了钙矾石、石膏、碳硫硅钙石等这些产物[21-25]。的重要因素，其表面不断损耗导致混凝土破坏[26-29]。结构的破坏主要是由于其在恶劣的外部环境中产生破”是水，H2O 使混凝土更易发生腐蚀[30]，如图 1-1 所示混凝土中发生碳化，以及 H2O 的存在是钢筋内部发生海水中由水带入的各种氯离子、硫酸根离子等侵蚀介质。所以 H2O 的存在导致混凝土发生一系列的腐蚀如碳化因此水是导致混凝土腐蚀的主要因素及必要条件，防

混凝土涂层

第一章绪论土的涂层是指在其混凝土上涂刷涂层，在表面形成物理阻挡或者渗入混凝膜，具有良好的各方面性能，如图 1-2 所示，从而隔绝水、二氧化碳、氯凝土中，钢筋的服役寿命得到延长，混凝土的耐久性提高。并且混凝土可，即便混凝土腐蚀已较严重，采用防护涂层仍具有较好的防护作用，延长[42]。较多研究指出，防护涂层对混凝土的耐久性具有非常好的改善效果。Uomo26 个公司易损伤的钢筋混凝土在表面刷涂防护涂层，进行 18 个月的海洋环结果表明刷涂的表面涂层的试件没有裂纹和腐蚀情况，混凝土的寿命得到延尤其以表面防护涂层应用范围最广、效果卓著，，不管是对新建还是老旧混有良好的防护效果，防护涂层已经成为了混凝土防护必不可少的一项附加
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB306;TU528

【参考文献】