有机硅改性红层泥岩表面疏水机理

作     者：周雨晴 陈晓斌 程玉峰 吴梦黎 张家生 喻昭晟 ZHOU Yuqing;CHEN Xiaobin;CHENG Yufeng;WU Mengli;ZHANG Jiasheng;YU Zhaosheng

作者机构：中南大学土木工程学院湖南长沙410083 中南大学重载铁路工程结构教育部重点实验室湖南长沙410083 广东省惠阳建筑设计院广东惠州516200 

出 版 物：《中南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Central South University:Science and Technology)

年 卷 期：2023年第54卷第12期

页      面：4828-4838页

核心收录：

学科分类：08[工学] 081401[工学-岩土工程] 0814[工学-土木工程] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51978674) 中南大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2023ZZTS0630)。 

主　　题：红层泥岩 有机硅改性 接触角 毛细水上升高度 疏水机理 

摘      要：采用有机硅对红层泥岩进行表面疏水改性以抑制毛细作用。首先,通过接触角试验初步探寻有机硅改性前后红层泥岩疏水性质变化规律;其次,通过扫描电子显微镜(SEM)从微细观角度揭示有机硅改良红层泥岩疏水性的机理;最后,通过毛细吸水试验,明确抑制红层泥岩毛细水作用的最佳有机硅改性质量分数。基于仿生学理念,在红层泥岩表面构建了有机物疏水涂层。研究结果表明:掺入有机硅能大幅提升红层泥岩表面疏水性能,当有机硅质量分数wo达到0.4%以上时,可将亲水表面变为疏水表面;接触角随有机硅质量分数增加而呈现先增大后缓慢减小至稳定的特征;在有机硅质量分数为1.0%时,红层泥岩表面接触角取得最大值136.5°,此时,表面自由能达到最小值4.44 mN/m,呈现最佳疏水效果;毛细水上升速度与毛细吸水质量增长速度均随有机硅质量分数增加而显著降低。当有机硅质量分数≥2.0%且吸水7 d时,毛细水上升高度不超过5 mm,能抑制土体对水分的吸收,兼具经济性与毛细水阻隔效果的最佳质量分数为2.0%。有机硅通过与水和CO_(2)反应在其表面生成聚甲基硅烷长链,包裹土颗粒形成仿生疏水薄膜。成膜作用、孔隙中K+吸附作用及—Si—O—Si—键团聚作用共同提高了红层泥岩表面的密实度及疏水性能。