纳米改性水性涂层混凝土的抗氯盐性能研究

作     者：陈显峰 

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：2023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：水性涂层 纳米改性 混凝土 抗老化性能 抗氯盐性能 

摘      要：混凝土结构耐久性不足所造成的破坏中最常见原因是氯盐侵蚀,使混凝土结构受到了严重的威胁,有效改善混凝土工程抗氯盐侵蚀性能的手段之一是在混凝土表面涂敷涂层。涂料可分为传统涂料和水性涂料,水性涂料拥有挥发性有机化合物(VOC)含量少、无毒且易清洗等优势,但在耐腐蚀、耐老化等方面较传统涂料仍存在着一定差距,随着人们环保意识的不断提升,以及国家环保法规的日益完善,水性涂料会逐步取代传统涂料。水性涂层易受到老化的影响而降低使用寿命,减弱了对混凝土抗氯盐性能的提升能力。本文利用纳米SiO、纳米TiO对水性聚氨酯和水性环氧树脂涂料进行改性来提升水性涂层混凝土的抗氯盐与抗老化性能。对制备出的纳米改性水性涂层混凝土试件进行了长期氯盐浸泡和紫外老化前后的电通量实验,并对水性涂层进行了扫描电镜和傅里叶红外光谱实验,研究表明通过纳米材料对水性涂料进行改性后,水性涂层混凝土的抗老化和抗氯盐性能均有一定幅度提升。主要研究结果和结论如下:(1)不同种类的水性涂层对混凝土抗氯盐性能的提升存在显著差异,水性环氧树脂涂层对混凝土抗氯盐性能的改善效果远强于水性聚氨酯涂层。相较于无涂层混凝土,水性聚氨酯和水性环氧树脂涂层混凝土的抗氯盐性能最高分别提升了42.4%和83.3%,这种差异主要因为成膜方式不同,水性聚氨酯和水性环氧树脂涂层分别为单组份和双组份成膜型涂层。单组份涂层在成膜时溶剂挥发会导致涂层表面和内部形成孔隙,而双组份涂层有两个组份,按一定比例混合后,会在成膜过程中发生一系列的化学反应导致涂层表面和内部孔隙较少,使其致密性优于单组分涂层。(2)纳米改性水性涂层可进一步提升混凝土的氯盐抗力,但不同纳米材料对水性涂层混凝土氯盐抗力的改善幅度略有不同,其中2%纳米SiO改性水性环氧树脂涂层混凝土的氯盐抗力最优,较水性环氧树脂涂层混凝土和无涂层混凝土分别提升了34.5%和89.1%。分散于涂层中的纳米材料能够填补孔隙和微裂缝,增加致密性,使涂层的阻隔性能得以改善,提升了对涂层混凝土氯盐抗力的提升幅度,但掺量过多会导致纳米材料发生团聚现象使其分散不均匀,从而降低了对涂层混凝土氯盐抗力的提升幅度。(3)水性涂层易受到紫外线辐射老化的影响而发生破坏,其水性环氧树脂涂层的紫外线辐射老化速率快于水性聚氨酯涂层;纳米改性后水性涂层的抗紫外线辐射老化性能加强,纳米TiO比纳米SiO改性水性涂层的抗紫外线辐射老化性能更强。纳米TiO对水性环氧树脂涂层抗紫外线辐射老化性能的提升最高,提升幅度为37.7%。纳米材料不仅起到了填充作用,还起到了屏蔽紫外光和吸收紫外光的作用,从而降低了紫外光对水性涂层的破坏,其中纳米TiO屏蔽和吸收紫外光的能力强于纳米SiO。(4)基于涂层混凝土氯离子扩散系数与紫外老化时间的函数关系,建立了氯盐侵蚀环境下考虑紫外和水解老化影响的水性涂层混凝土构件抗氯盐侵蚀寿命预测模型。由此得出,水性涂层可以提高混凝土构件的抗氯盐侵蚀寿命,其中效果最好的水性环氧树脂涂层增加了26.74年,即提高了3.15倍;通过纳米改性后其寿命进一步增加,其中纳米TiO改性水性环氧树脂涂层混凝土构件的抗氯盐侵蚀寿命最高,达到了49.51年,较水性环氧树脂涂层混凝土构件增加了14.29年,增幅为40.6%。该论文有图52幅,表29个,参考文献120篇。