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海工混凝土表面渗透型有机硅防护涂料耐久性研究

许星鑫  
【摘要】:混凝土材料在海工工程中有着广泛的应用,然而由于海洋环境的复杂多样性,海工混凝土的腐蚀问题日益突出,严重危害了海工工程的安全性和耐久性。涂层防护技术是提高混凝土耐久性行之有效的方法。有机硅防护涂料因具有耐热、耐候、耐臭氧等优良性能被广泛应用于海工混凝土防护中,然而目前关于有机硅防护涂料自身耐久性的研究尚不多见。 本文选取了不同厂家生产的异丁基三乙氧基硅烷涂料,通过将涂料涂刷在砂浆试件上,测试试件在单一腐蚀因子(光热老化、化学腐蚀、冻融循环)和多重腐蚀因子循环作用下相关性能的变化,研究有机硅涂料的耐久性。主要研究结论如下: (1)涂刷不同有机硅涂料的试件在光热老化后的吸水率均明显大于老化前吸水率,这说明有机硅涂料经光热老化后对试件的防护能力减弱;热老化时,随着老化温度的升高,试件因自身受热干燥收缩和有机硅防护膜受损,水分逐渐透过有机硅进入试件内部,使涂刷不同涂料的试件吸水率差异逐渐减小;60℃紫外老化时,由于紫外光和热的双重作用,试件的吸水率是单一的60℃热老化吸水率的4倍左右。 (2)光热老化后涂刷有机硅涂料的试件用乙酸丁酯抽提后进行傅里叶红外光谱(FTIR)测试,通过计算硅氧硅键的峰面积比值发现,光热老化后峰面积比均减小,这是由于光热老化作用使有机硅与砂浆基体的附着性降低造成的。紫外老化后硅氧硅键峰面积比的减小值大于热老化后峰面积比的减小值,这证明有机硅涂料的耐热老化性能优于耐紫外老化性能。 (3)采用加速热老化法并借助阿累尼乌斯方程对三种有机硅涂料的使用寿命预测发现,在较低的使用温度下,三种有机硅涂料的使用寿命有明显区别,随着温度的升高,这种差异会逐渐减小;在15℃-40℃范围内,温度每升高5℃,同种有机硅涂料的使用寿命将会相应降低一倍左右。 (4)涂刷有机硅涂料的试件经化学腐蚀(酸、碱、盐腐蚀)后,试件的力学性能均随腐蚀时间的延长而下降。其中,在碱腐蚀条件下力学性能下降最小,表明有机硅涂料的耐碱腐蚀性最好。 (5)对于涂刷不同有机硅涂料的试件冻融循环100次时抗压强度保留率均在80%左右,抗折强度保留率均大于60%,而未涂刷涂料的试件抗压强度保留率为70%,抗折强度保留率仅为40%,这说明有机硅涂料可以改善试件的抗冻融破坏能力;冻融循环50次和100次时,涂刷同种涂料试件的抗压、抗折强度保留率的差别较小,表明冻融循环作用对涂料的影响较小。 (6)有机硅涂料可以改善试件的耐化学侵蚀和抗冻融循环的机理在于有机硅涂料与水反应生成的防护膜在一定程度上可以减小孔隙对试件的影响,从而可以有效阻止水分和化学物质向混凝土内部扩散。同时,也减小了结冰膨胀对试件产生的冻融破坏。 (7)多重腐蚀因子循环作用下,随着循环次数的增加,试件的吸水率迅速上升,力学性能则迅速减小。干湿循环、光老化、冻融循环的交替作用对有机硅涂膜的破坏程度远大于单一腐蚀因子对有机硅涂膜的破坏。第一次循环作用后,试件虽然只经过光老化1d,但由于腐蚀因子的交替循环作用,试件的吸水率远大于单一光老化12d后的吸水率;在五次循环过程中,试件共经历了50次冻融循环作用,但五次循环腐蚀后试件的力学性能比单一的冻融循环100次时要差。


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