超疏水涂层对土楼保护作用的试验研究

发布时间：2020-11-21 04:56

　　 夯土古建筑作为人类历史文明中重要的一部分,具有非常高的科学、历史和文化价值。夯土建筑属于生土建筑的一种,由于夯土没有经过焙烧,耐候性差是夯土建筑最大的弱点。目前的中国,福建土楼是仅有的仍然可以发挥使用功能的夯土民居建筑。然而,由于福建省地处中国东南部地区,气候类型是亚热带季风气候,雨水较多,长期的风驱雨侵蚀已经严重降低了土楼结构的适用性和安全性。所以,研究与制备性能优异的表层防水材料对土楼保护具有重要意义。自然环境中,荷叶是一个典型的拥有自清洁能力的超疏水表面。本文结合仿生学、材料学以及土木工程学的实验方法,采用溶胶-凝胶法制备适合土楼夯土墙体的表层防水材料。有机-无机杂化材料是在纳米尺度下将两种特点材料有效结合的新型材料。通过将不同特点有机无机材料结合利用,从而制备出工程所需特点的复合材料,是当今研究的热点。本文结合当前的研究成果,将性能优异的杂化材料用到土楼的保护工作当中。本文首先对福建土楼进行实地调研考察,对土楼的结构特点、建造工艺和风雨侵蚀现象做出简要的分析概括,从福建土楼当地已废弃的非世遗土楼中取土块进行基本物理性能测试,完成夯土试样的制备和养护。之后,进行杂化材料的选取,得出合适的杂化材料。研究溶胶-凝胶法制备有机-无机杂化材料的影响因素,确定反应条件。然后通过前期实验确定所选材料的配比范围,最终得到本次实验所需溶胶。最后,将制备好的溶胶刷涂于试样表面,采用ATR-FTIR、扫描电镜分析探究涂层的疏水机理,采用表面色差分析测试施加涂层前后试块表面的颜色变化,通过接触角试验、卡斯滕管渗透吸水试验以及吉隆法滴水侵蚀试验分别测试涂层耐水性的三个方面:湿润性、吸水性以及耐侵蚀性,通过水蒸气穿透试验测试施加涂层前后试块表面的透气性能,涂层的耐久性则根据人工老化试验进行判定。本文主要得到以下结论:(1)采用PTES、二氧化硅纳米颗粒制备的杂化材料有效提高了土楼夯土表面的耐水性。(2)涂层的耐水效果主要由PTES、二氧化硅纳米颗粒含量决定,当PTES含量超过0.008g/ml、二氧化硅纳米颗粒含量超过0.01g/ml时,涂层具有超疏水性,此时涂层不仅大幅度提高了夯土墙体的耐水性,同时赋予了夯土墙体一定的自清洁能力。(3)涂层的颜色变化主要受二氧化硅纳米颗粒含量决定,当二氧化硅纳米颗粒含量超过0.012g/ml时,颜色变化将超过人眼对颜色变化感知的阈值。(4)涂层对夯土本身的透气性能没有任何影响。
【学位单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU-87;TU241.5
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 生土结构研究
        1.2.2 土遗址保护研究
        1.2.3 福建土楼保护研究
        1.2.4 表面涂层研究
    1.3 研究存在的问题
    1.4 拟采取的解决方法
    1.5 本文主要研究内容和技术路线图
第2章 土楼实地调研及土样制备
    2.1 引言
    2.2 土楼的实地调查和分析
        2.2.1 福建土楼的特点及建造工艺
        2.2.2 夯土墙的风雨侵蚀现象及规律
    2.3土的基本物理性能实验
        2.3.1 土的含水率实验
        2.3.2 土的颗粒分析实验
        2.3.3 土的界限含水率实验
        2.3.4 土的击实实验
    2.4 重塑土样的制备
    2.5 本章小结
第3章 疏水涂层和有机?无机杂化材料的研究
    3.1 引言
    3.2 土体防护的研究现状
        3.2.1 生土建筑水稳定性探究
    3.3 有机无机?杂化材料
        3.3.1 有机?无机杂化材料的分类
        3.3.2 有机?无机杂化材料的选取
    3.4 杂化材料的配比与测试
    3.5 本章小结
第4章 有机?无机杂化涂层的制备
    4.1 引言
    4.2 实验室的建设
    4.3 超声空化作用
        4.3.1 超声空化的概述
        4.3.2 超声作用机制
        4.3.3 超声空化基本理论
        4.3.4 超声空化影响因素
        4.3.5 超声空化对本次实验的影响
    4.4 纳米颗粒、PTES、环氧树脂杂化涂层的制备
        4.4.1 实验材料
        4.4.2 超疏水涂层的制备
    4.5 本章小结
第5章 土样表面覆膜效果的试验研究
    5.1 引言
    5.2 试验方案
    5.3 土样表面覆膜
    5.4 表面色差分析
    5.5 凝胶状态分析
    5.6 傅里叶红外光谱分析（ATR?FTIR）
    5.7 扫描电镜分析（SEM）
    5.8 耐水性实验
        5.8.1 接触角实验
        5.8.2 卡斯滕管渗透吸水实验（Karsten）
        5.8.3 吉隆法滴水侵蚀实验
    5.9 水蒸气穿透实验
    5.10 耐久性实验
    5.11 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 李梁峰;;竹条网加固夯土墙抗震性能试验研究[J];水利与建筑工程学报;2015年06期

2 王毅红;仲继清;石以霞;权登州;岳星朝;;国外生土结构研究综述[J];土木工程学报;2015年06期

3 许永贤;彭兴黔;梁兰娣;;土楼夯土结构受力变形特性的数值模拟[J];华侨大学学报(自然科学版);2015年03期

4 王毅红;梁楗;张项英;张又超;高耀飞;;我国生土结构研究综述[J];土木工程学报;2015年05期

5 吕晶;刘晓萌;杜强;;土遗址修补材料研究进展及其工程应用[J];文博;2015年01期

6 彭兴黔;施维娟;花长城;;土楼夯土风雨侵蚀机理及侵蚀损耗量研究[J];四川大学学报(工程科学版);2015年01期

7 孟庆明;彭兴黔;梁兰娣;;福建土楼夯土试块在干湿循环的抗压强度试验研究[J];青岛理工大学学报;2015年01期

8 王安宁;彭兴黔;陈艳红;;土楼夯土在模拟风雨环境下的风洞侵蚀试验研究[J];青岛理工大学学报;2014年03期

9 郭力群;李安露;彭兴黔;;福建土楼墙身夯土材料抗压强度无损检测方法研究[J];工业建筑;2013年12期

10 许利军;蔡乐刚;朱开宇;陈小杰;;卡斯滕量瓶法在优秀历史建筑专项检测中应用[J];住宅科技;2013年10期

本文编号：2892558