【摘要】：隨著“一帶一路”、“海洋強(qiáng)國”和“新型城鎮(zhèn)化”等國家戰(zhàn)略的不斷實(shí)施,公路、橋梁、高鐵、隧道等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)�？涨�,其中大量水泥基材料服役于嚴(yán)酷環(huán)境,耐久性面臨嚴(yán)酷的考驗(yàn)。氯離子、硫酸根離子、鎂鹽、二氧化碳等有害物質(zhì)以水分為傳輸介質(zhì),通過毛細(xì)孔隙傳輸?shù)剿嗷牧蟽?nèi)部,發(fā)生化學(xué)或者物理反應(yīng),導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞,是影響水泥基材料耐久性的主要因素。因此提高水泥基材料耐久性最有效的途徑是阻止水分傳輸。本文基于生物仿生超疏水理論,通過納米修飾和溶膠凝膠法,設(shè)計(jì)了混凝土表面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和化學(xué)潤濕性,成功制備了兩種超疏水涂料體系;研究了超疏水涂料對(duì)水泥基材料耐久性的影響;結(jié)合現(xiàn)代分析測試技術(shù),探究了超疏水涂料與水泥基材料的化學(xué)作用,并在二維和三維尺度下定量表征了超疏水涂料在水泥基材料表面形成的多尺度分級(jí)結(jié)構(gòu)。取得的研究成果如下:(1)兩種超疏水涂料GKS和SHC的設(shè)計(jì)制備在低溫、堿性條件下,利用丙基硅氧烷類A水解縮聚制備出丙基硅醇鉀,當(dāng)丙基硅醇鉀濃度為5wt%時(shí),涂抹到水泥基材料表面后接觸角達(dá)136°。在丙基硅醇鉀中分別引入四種納米二氧化硅復(fù)合,可將水泥基材料表面接觸角提高到150°以上,其中利用水熱法分散的硅溶膠濃度為5wt%時(shí),復(fù)合丙基硅醇鉀制備的涂料GKS5作用效果最好,接觸角提高到153°。在常溫、酸性條件下,利用丙基硅氧烷類A、含氫硅氧烷類D與硅溶膠復(fù)合制備超疏水涂料SHC,在最佳濃度為10%,最佳浸漬時(shí)間為40s,最佳配比為丙基硅氧烷類A:含氫硅氧烷類D:硅溶膠=7:3:1時(shí),水泥基材料表面接觸角達(dá)167°,滾動(dòng)角達(dá)6.3°。(2)超疏水涂料與水泥基材料的化學(xué)作用通過紅外光譜分析,發(fā)現(xiàn)兩種超疏水涂料中的疏水基團(tuán)接枝到水泥基材料上,從而降低了材料表面能;利用X射線衍射圖譜可知,兩種涂料中不同狀態(tài)的二氧化硅可與水泥基材料中的氫氧化鈣反應(yīng),從而可以增加了疏水涂層與混凝土界面的粘結(jié)力。(3)超疏水涂料在水泥基材料表面形成的微-納結(jié)構(gòu)采用透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡和原子力顯微鏡和數(shù)字全息顯微鏡,分別從二維和三維尺度分析超疏水涂料對(duì)水泥基材料表面粗糙度的影響。結(jié)果表明,兩種超疏水涂料都能增加水泥基材料表面粗糙度。(4)超疏水涂料對(duì)水泥基材料耐久性的影響通過碳化試驗(yàn)、吸水試驗(yàn)和抗氯離子滲透試驗(yàn),研究兩種超疏水涂料涂覆后對(duì)水泥基材料耐久性能和呼吸性能的影響。結(jié)果表明,超疏水涂料處理能夠保持水泥基材料的呼吸性能;超疏水涂料GKS5和SHC4能大幅度降低吸水率,程度可達(dá)25%以上;涂料SHC4處理后C30和C50混凝土抗氯離子滲透性分別提高了16.8%和29.5%。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ637
【圖文】：

=實(shí)際表面積表觀表面積（1-2）由方程式 1-2 可知，粗糙度因子 f 始終大于 1。引入粗糙度后，推導(dǎo)出 Wenzel 理論模型（如公式 1-3）[17]，用于評(píng)價(jià)具有一定粗糙度的固體表面的潤濕性質(zhì)。cos = ( ) = （1-3）在公式 1-3 中，θw為 Wenzel 理論模型中粗糙固體表面的接觸角，從公式 1-3中可以推導(dǎo)出：當(dāng)接觸角 θy>90°時(shí)，θw>θy，粗糙度 f 越大，θw越大，即在粗糙的疏水性固體表面，其疏水性將隨著粗糙度增加而增強(qiáng)；當(dāng)接觸角 θy< 90°時(shí)，θw<θy，粗糙度 f 越大，θw越小，表面粗糙度的增加能夠增強(qiáng)固體表面的親水性。但是 Wenzel 模型僅僅適用于處于熱力學(xué)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)的粗糙表面，即固體粗糙表面的化學(xué)組成成分均一。而對(duì)于化學(xué)成分不均一的固體表面，粗糙表面的起伏不平將會(huì)形成的勢壘，如果液滴要在固體表面鋪展，必須要克服這個(gè)勢壘。當(dāng)液滴的振動(dòng)能大于這個(gè)勢壘時(shí)，即為 Wenzel 模型；當(dāng)液滴的振動(dòng)能不能克服這個(gè)勢壘時(shí)，液滴將在粗糙固體表面處于 Cassie 亞穩(wěn)狀態(tài)。

東南大學(xué)碩士學(xué)位論文定向排列于水黽身體的腹面，在每一根剛毛上都有呈現(xiàn)出螺旋狀的納米結(jié)構(gòu)[25]，這就使得水黽腿部微結(jié)構(gòu)處于 Cassie 理論模型，能夠在在水面與腿部之間形成空氣氣墊，使水黽具有非凡浮力。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 趙立強(qiáng);南泉;全貞蘭;吳杰;金花子;;溶膠-凝膠法制備超疏水表面的研究進(jìn)展[J];低溫與特氣;2015年05期

2 周萌萌;李孟倩;杜晶;馬玲玲;曹飛;肖繼君;耿耀宗;;超疏水表面制備技術(shù)的研究與進(jìn)展[J];現(xiàn)代涂料與涂裝;2015年06期

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本文編號(hào)：2718925