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随着海洋经济的发展,混凝土被广泛地应用于海洋基础设施中,由于海洋环境复杂性和多变性,混凝土腐蚀问题日益突出,严重影响了海工构筑物的耐久性和安全性。涂层防护技术是提高混凝土耐久性的有效手段,目前常用的海工混凝土防护涂料主要有渗透型和表面成膜型两种涂料,然而,渗透型防护涂层不能阻止腐蚀气体的进入,表面成膜型防护涂层在出现局部破坏或施工缺陷时腐蚀介质很容易进入混凝土内部,防护效果都不够理想。因此,开发一种具有良好渗透性且可在混凝土表面形成致密保护膜的混凝土防护涂料对提高混凝土耐久性具有更为重要的意义。
本文采用耐老化性能优良的聚硅氧烷和环氧树脂为主要原料,通过催化剂、固化剂的选用,制备渗透性好且可在混凝土表面成膜的混凝土防护材料,并对所合成的渗透成膜涂料进行表征,系统研究渗透成膜涂料在光热老化、碳化、化学腐蚀、冻融破坏、干湿破坏等单一腐蚀条件和多重影响因子协同作用下对海工混凝土耐久性的影响。主要研究结论如下:
(1)采用双酚A型环氧树脂(E-44)和聚硅氧烷(DC-3074)为原料,以占聚硅氧烷质量2%的二月桂酸二丁基锡为催化剂,在140℃下反应3.5h,可以获得聚硅氧烷-双酚A环氧树脂。
(2)渗透成膜防护涂料具有良好的渗透性能、抗氯离子渗透性能和抗碳化性能,对于C40海工混凝土渗透深度达3.7mm;未涂刷涂料的空白样对C40海工混凝土氯离子渗透系数为128.5×10-14m2/s,而施涂渗透成膜防护涂料的试件氯离子扩散系数仅为6.4×10-14m2/s;未涂刷涂料的空白样在标准条件下碳化56d后碳化深度为12.2mm,而施涂渗透成膜防护涂料的试件对应的碳化深度仅为0.9mm。
(3)渗透成膜防护涂料具有很好的抗光热老化性能,且随着聚硅氧烷含量增加,涂料抗光热老化性能逐渐增强;与60℃热氧老化相比,40℃紫外老化对涂层的影响更大。
(4)涂刷渗透成膜防护涂料可以有效提高海工混凝土的抗冻融破坏能力和抗干湿破坏性能。经过100次冻融循环后,涂刷硅烷涂料的试件抗压强度保留率和抗折强度保留率分别为75.9%和54.4%,而涂刷渗透成膜防护涂料的试样抗压强度保留率和抗折强度保留率分别为88.3%和70.9%;经过20次干湿循环破坏后,涂刷硅烷涂料的试件抗压强度保留率和抗折强度保留率分别为83.5%和67.6%,而涂刷渗透成膜防护涂料试样的抗压强度保留率和抗折强度保留率分别为88.6%和80.9%。
(5)渗透成膜涂料在酸、碱、盐等化学腐蚀作用下均表现出良好的防护性能,经过酸腐蚀140天后,未涂刷涂料的空白样试件的抗压强度保留率和抗折强度保留率分别为54.4%和46.6%,而涂刷渗透成膜涂料试件的抗压强度保留率和抗折强度保留率分别为80%和68.9%。
(6)涂刷渗透成膜涂料的试件在多重影响因子协同作用下,随着循环次数增加,吸水率先急剧增长,后缓慢增加,最后又急剧增长,而氯离子扩散系数不断增加,力学性能则逐渐减小。