碱激发涂层材料的设计及其固液界面性能的表征与评估

发布时间：2020-09-17 17:43

　　碱激发材料(简称AAMs)主要是矿物掺合料与碱性激发剂通过适当处理工艺、化学反应而得到的具有空间三维网络结构的胶凝材料。本文主要提出采用新型的气泡法表征AAMs固液界面的接触角(简称CA),并基于Young方程推导计算出AAMs的表面能及粘附功。同时本文通过对AAMs的设计、改性,制备出具有疏水特性的碱激发涂层材料(简称AACMs),并对制备的AACMs的各项技术指标、性能进行评定。最后本文利用临界表面能曲线来进一步评价AACMs的湿润性能。首先,本研究考查了水固比、矿物掺合料、激发剂种类以及龄期对AAMs与去离子水间的固液界面性能的影响。试验结果表明:AAMs固液两相接触角在29°左右,属于亲水材料;不同矿物掺合料的AAMs的固液界面性能相似。不过其中赤泥基AAMs粘结力不足,强度不够,粉煤灰基AAMs试验中掉粉,数据难以收集,矿粉基AAMs强度较高,不过容易泛碱,偏高岭土基AAMs强度适中,不易开裂。所以矿粉(S)、偏高岭土(MK)两种配合比的AAMs较好;S与MK混合基的AAMs强度较高,不易开裂;水固比对材料表面能的影响较小;NaOH激发的AAMs脆性大,泛碱严重,硅酸钠激发效果较好。所以本研究中水灰比为0.4的矿粉(S)、矿粉与偏高岭土混合基(S与MK)两种配合比的AAMs效果最为理想。然后,本研究通过使用改性的方式制备具有疏水防水性能的碱激发涂层材料。其中改性方式包括添加渗透型结晶材料PTB、SY和涂刷表面改性剂OSW、MSO等。试验结果表明:改性前后AAMs固液两相接触角由29°提升到100°左右,AAMs的表面由亲水变成了疏水表面。其中,使用表面改性剂OSW涂刷效果最好,主要是因为有机硅自身的憎水性使材料疏水效果明显;添加渗透型结晶材料进行改性次之,但是其添加改性的方式满足疏水效果的同时与原材料结合更加致密,增强基材的密实度,提高耐久性。本研究对新研制的AACMs通过一系列的技术指标对其进行评定和优化。具体评定过程包括AACMs的安定性及外观的判定,凝结时间以及抗折抗压强度的测定;硬度测试以及粘结强度试验;AAMs在氯离子浓度为1%-4%的溶液下其固液界面疏水特性以及对氯离子侵蚀深度等耐久性指标测试。试验结果表明:各项指标均满足要求。最后,本研究采用临界表面能曲线(CS曲线)来评价改性前后AACMs的湿润性能,并通过CS曲线描述解释特定材料在不同液体下的湿润性能。研究表明:通过给出材料与特定液体的CS差值,即?值,可以反推其CA的大小。对比后得出OSW型改性后的AACMs的接触角最大,前后印证测试结果准确。测试数据和理论推导具有很好的对比性。综上所述,本研究设计并制备了一种适用于滨海环境的碱激发涂层材料,采用了新型的气泡法对其固液界面性能进行了表征与评估。本文探究了AAMs的各项影响因素对其疏水性能的影响,并采用多种渗透型结晶材料、有机硅等材料对其进行改性,以期达到疏水性能。此外,本研究探讨了AACMs在不同环境下的固液界面性能,为其在滨海环境下的性能表现提供一定的理论基础。
【学位单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU767
【部分图文】：

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图 1-1 液体在固体表面的接触角示意图触角是三相界面表面能平衡的结果，因而液滴在固表面处于稳态。液滴在“ CA 可用 Young 方程表示[71]: = cos cos = 中，为固液表面张力、 v为固气表面张力、为液气表面张力；为平本征）接触角。触角的大小可以用来判定润湿性能：＝0 完全润湿，完全铺展0< <90° 润湿，且越小润湿性能越好0°< <180° 不润湿＝180° 完全不润湿，凝聚成小球

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碱激发涂层材料的设计及其固液界面性能的表征与评估料凹凸不平的真实的表面引起的真实表面积。显而易见，表观表面积比真实表故需要引入粗糙度系数 r 来调整 Young 方程中的本征接触角。而 r 为实际固观固液CA的比( ≥ 1)，且r越大表示材料越粗糙。Wenzel模型如图1-2所示，W为：cos = cos 其中，为表观 CA，为本征 CA。

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【参考文献】