低成本超疏水混凝土涂层制备及其性能研究

摘要

混凝土凭借其优异的力学性能与高耐久性被大量使用于国家道路建设及基础建设工程中，且应用范围越来越广。但混凝土的应用区域广泛、所处环境复杂多变，由于气候因素及环境因素导致的混凝土破损现象近年来愈加频繁，混凝土结构由于耐久性缺失而导致的结构性破损和维修费用也日益增加。混凝土结构强度缺失造成安全隐患及混凝土结构维护维修消耗的资源等严重制约了混凝土的使用寿命和应用范围。 水侵入是影响混凝土寿命的重要因素，限制水的侵入对增强混凝土的耐久性与使用寿命有明显效果，论文通过对混凝土亲水特性的机理进行研究，并结合超疏水理论与制备方法，将亲水性的混凝土表面转变为超疏水表面，并将其作为一种涂层加以应用，即超疏水混凝土涂层。 为制备超疏水混凝土涂层，论文基于混凝土的内部微观结构和固体润湿性经典理论模型，依据江雷院士提出的二元协同纳米界面材料新概念，使用模板覆盖法在混凝土表面构造出具备微-纳米级复合结构的表面，并通过内掺法引入降低混凝土表面能的试剂，在多次尝试改变配比和模板尺寸后成功得到了超疏水性的混凝土涂层，该涂层表面的水滴接触角可达161°，滚动角达7°。 为研究分析超疏水混凝土的制备机理，论文研究了所得超疏水混凝土涂层的表面形貌，并与普通混凝土进行对比；分析了超疏水混凝土涂层的表面成分。观测到超疏水混凝土表面具备的微纳米尺寸微观形貌和化学成分发生的变化，可验证制备方法中选择的模板法和试剂掺入法分别起到了构造微观结构和降低表面能的作用。为研究超疏水混凝土涂层的实际应用性能，分别对超疏水混凝土涂层的吸水率、机械强度、自清洁性、耐腐蚀性与防冻雨抗结冰性进行试验研究，试验结果表明超疏水混凝土涂层具有良好的应用性能：（1）能够有效降低混凝土吸水率，表面受到一定强度的破坏应力后仍保持超疏水性；（2）表面可有效自清洁，提高耐脏污能力；（3）增强钢筋混凝土的耐腐蚀性能保护钢筋不受锈蚀；（4）有效防止冻雨等在表面发生凝结并明显降低表面冰块的粘附力。

目录

声明

1 绪 论

1.1 研究背景和研究意义

1.2 防水混凝土的研究现状

1.3 论文研究目标和研究内容

2 超疏水表面相关理论

2.1 表面张力与表面能

2.2 固体润湿性经典理论模型

（1）Young 方程

（2）Wenzel 模型

（3）Cassie-Baxter 模型

2.3 混凝土微观结构研究

2.4 低表面能试剂的选择

2.5 小结

3 低成本超疏水混凝土涂层的制备和表面形貌及成分表征

3.1 低成本超疏水混凝土涂层的制备

3.1.1 低成本超疏水混凝土涂层的制备材料和设备

3.1.2 低成本超疏水混凝土涂层的制备方法

3.1.3 低成本超疏水混凝土涂层成分的最佳配比

3.1.4 低成本超疏水混凝土涂层使用网孔种类与孔径的选择

3.2 低成本超疏水混凝土涂层的表面形貌及成分表征

3.2.1 低成本超疏水混凝土涂层的表面微观形貌

3.2.2 低成本超疏水混凝土涂层的表面化学成分

3.3 小结

4 低成本超疏水混凝土涂层的性能研究

4.1 低成本超疏水混凝土涂层的吸水率

4.2 低成本超疏水混凝土涂层的机械强度

4.2.1 超疏水混凝土涂层表面耐摩擦强度试验

4.2.2 超疏水混凝土涂层表面耐刀刮破坏试验

4.3 低成本超疏水混凝土涂层的自清洁性

4.4 低成本超疏水混凝土涂层的耐腐蚀性

4.4.1 超疏水混凝土涂层耐腐蚀性能试验

4.4.2 超疏水混凝土涂层电解加速腐蚀

4.5 低成本超疏水混凝土涂层的防冻雨抗结冰性

4.5.1 超疏水混凝土涂层冻雨环境下抗结冰性能试验

4.5.2 超疏水混凝土涂层易除冰性能试验

4.6 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

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