聚合物-硫铝酸盐水泥基防腐涂层的制备及性能研究

论文摘要

水泥混凝土是海洋工程建设不可替代的关键材料,但严酷的海洋环境极易造成其性能劣化和结构失效,对海洋工程的安全性和服役寿命造成严重影响。涂层防护是提高混凝土耐久性的简单且有效的方法之一。研制高性能混凝土表面防护涂层具有重要意义。聚合物水泥基涂层作为有潜力的防腐材料,兼顾了水泥材料耐久性好以及聚合物高弹高韧的特点,并具有与混凝土基体相容性好等优点。然而,面对严酷的海洋环境,传统聚合物水泥基涂层的服役性能仍不能令人满意,亟需从组成及结构方面进行创新设计,阐明其构效关系。本论文以有机硅改性聚丙烯酸酯乳液（硅丙乳液,SPA）和硫铝酸盐水泥（SAC）作为主要有机无机组分,制备具有良好耐腐蚀性和耐候性的高性能聚合物水泥基涂层。首先,探究了硅丙乳液的制备及其与硫铝酸盐水泥相容性的调控;其次,研究了聚合物-硫铝酸盐水泥基涂层的组成设计,并在此基础上通过聚丙烯纤维和氧化石墨烯进一步强化其防腐性能;最后分析了聚合物-硫铝酸盐水泥基涂层与常规防腐涂层在混凝土表面的应用性能。主要研究结论如下:（1）合适的软硬单体配比可以有效降低硅丙乳液的成膜温度,适当的阴离子与非离子乳化剂配比及丙烯酸单体掺量能够有效改善硅丙乳液与硫铝酸盐水泥的相容性。当软硬单体比例为60:40、引发剂掺量为0.4%、乳化剂掺量为4%、阴离子与非离子乳化剂配比为2:3、丙烯酸单体掺量为2%、有机硅单体掺量为2%时,硅丙乳液性能最优且乳液与硫铝酸盐水泥的相容性最好。（2）基于响应曲面法获得了涂层的最佳组成:SAC/SPA的最佳比例范围是0.8-1.0、可再分散乳胶粉（REP）/SPA的最佳比例范围是0.10-0.11、SiO2/SPA的最佳比例范围是1.1-1.3。当聚合物（REP/SPA=0.1）与硫铝酸盐水泥的比值为1.0、消泡剂和成膜助剂掺量分别0.28%和3%时,涂层综合性能最优。（3）聚丙烯纤维可以增加涂层料浆的堆积密度,降低涂层孔隙率,有效提高涂层的物理性能、耐紫外老化性能和抗氯离子渗透性能。当聚丙烯纤维的掺量为0.3%时,涂层的致密性最好,堆积密度较空白样提高了3.08%,孔隙率降低了12.50%;粘结强度和拉伸强度达到最大值,分别为3.79MPa和3.82MPa,较空白样分别提高10.68%和62.59%;经紫外加速老化1000h后,涂层拉伸强度和断裂伸长率的损失率达到最小值,分别为3.39%和48.51%,较空白样分别降低了14.94%和8.04%。由SEM和FTIR分析可知,含聚丙烯纤维涂层经紫外加速老化后仍具有较好的聚合物膜结构。将该涂层涂覆到砂浆试样上,6h通电量较空白样降低了48.92%。（4）氧化石墨烯可以有效提高涂层的物理性能、耐紫外老化性能和抗氯离子渗透性能。当氧化石墨烯的掺量为0.05%时,涂层的工作性能最优,触变性较空白样提高了210.39%;粘结强度和拉伸强度达到最大值,分别为4.21MPa和3.01MPa,与空白样相比分别提高了22.93%和27.92%;经紫外加速老化1000h后,涂层拉伸强度和断裂伸长率的损失率达到最小值6.78%和33.55%,较空白样分别降低了11.55%和22.96%。由SEM分析表明,含氧化石墨烯涂层经紫外加速老化后具有较好的聚合物膜结构。由FTIR分析表明,氧化石墨烯能够减弱紫外加速老化导致的聚合物降解;将该涂层涂覆到砂浆试样上,6h通电量较空白样降低了51.91%。（5）将0.3%掺量的聚丙烯纤维和0.05%掺量的氧化石墨烯复合制备高性能的聚合物-硫铝酸盐水泥基涂层（PG涂层）。对比市售的聚合物水泥基涂层和常用有机涂层,通过耐碱性、抗氯离子渗透性、耐温性和不透水性等实验得出,PG涂层对混凝土的防护性最好。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘红花

导师: 芦令超

关键词: 聚合物,硫铝酸盐水泥,防腐涂层,混凝土

来源: 济南大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 济南大学

分类号: P75

DOI: 10.27166/d.cnki.gsdcc.2019.000175

总页数: 94

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