氧化石墨烯改性环氧树脂涂层提升混凝土抗碳化性能的研究

作     者：范春华 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李果

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：氧化石墨烯 环氧树脂涂层 混凝土 碳化抗力 老化抗力 

摘      要：在大气环境条件下,由混凝土碳化引起的钢筋锈蚀是影响混凝土结构耐久性的主要因素,在混凝土表面涂刷有机涂层能够有效地阻碍CO的侵入从而提高混凝土的抗碳化性能。但是,有机涂层容易老化,从而导致对混凝土的保护能力逐渐降低。已有研究表明,普通颗粒状无机纳米材料的掺入能够在一定程度上提升涂层的防护性能和减缓有机涂层的老化。本文选择了一种新型的片状纳米材料——氧化石墨烯(GO)运用到有机涂层中,以期获得对复合涂层抗碳化和抗老化能力的更有效提升。本文有代表性地选择了环氧富锌底漆和环氧树脂面漆作为涂层体系,采用将GO和去离子水混合以及利用Ti O接枝GO两种分散方法,将0.1%、0.3%和0.5%(重量比)的GO加入到环氧树脂中,制备成复合涂层。以复合涂层混凝土为研究对象,通过人工气候紫外老化实验和加速碳化实验研究GO改性环氧树脂涂层混凝土的抗碳化和抗老化性能,结合扫描电镜和红外光谱实验从微观角度分析GO对环氧树脂涂层提升混凝土抗碳化和抗老化性能的机理,根据实验结果最后建立了GO改性环氧树脂涂层混凝土的碳化深度预测模型。本文取得的主要研究结果如下:(1)纳米GO能有效地改善环氧树脂涂层的抗碳化性能。两种分散方法对环氧树脂涂层混凝土抗碳化能力的改善效果表现为:Ti O+GO+环氧树脂涂层GO+环氧树脂涂层空白环氧树脂涂层。当GO掺量为0.3%时,两种涂层都具有最优的抗碳化性能,经过7d的加速碳化后,相比较于空白环氧树脂涂层,GO+环氧树脂涂层和Ti O+GO+环氧树脂涂层分别提升了37.3%和50.2%,GO对环氧树脂的改性效果取决于GO在环氧树脂中的分散效果,纳米GO不仅可以填充环氧树脂中的微孔隙和裂缝,还能提供屏障效应使得CO的扩散途径更加曲折。(2)纳米GO能有效地改善环氧树脂涂层的抗紫外老化性能。0.3%掺量的GO改性环氧树脂涂层混凝土在经过不同紫外加速老化时间后,通过对抗碳化性能的比较,改善效果表现为:Ti O+GO+环氧树脂涂层GO+环氧树脂涂层空白环氧树脂涂层。在加速碳化7d时,相对于无涂层混凝土,经过14d紫外老化的空白环氧树脂、GO+环氧树脂和Ti O+GO+环氧树脂涂层混凝土的抗碳化能力分别提高了30.5%、56.4%和65.4%,GO和环氧树脂的良好的界面结合力、GO的屏障效应和Ti O的紫外光屏蔽效应极大地提高了复合涂层的抗紫外老化性能。(3)通过对已有混凝土碳化深度预测模型的分析,基于Fick第一定律,建立起了GO改性有机涂层混凝土老化前后的碳化深度预测模型,并对不考虑老化和紫外加速老化条件下的涂层混凝土进行了寿命预测,发现GO能极大地改善有机成膜涂层混凝土的抗碳化和紫外老化性能。(4)在紫外加速老化后,以混凝土与碳化深度到达15mm为标准,空白环氧树脂、GO+环氧树脂和Ti O+GO+环氧树脂三种涂层的平均天花费为0.51元/m、1.19元/m和1.04元/m。在经济性方面,由于GO昂贵的性质,所以在性价比方面稍有不足,但随着GO产业化的发展,在未来将GO运用到有机涂层中还是大有前途的。论文有图35幅,表20个,参考文献104篇。