【摘 要】
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混凝土在海洋环境下服役容易受到海水冲刷、氯离子渗透、硫酸盐侵蚀、碳化、微生物侵蚀等因素的作用而受到破坏,缩短了混凝土的服役寿命,造成了巨大经济损失。表面涂层是海工混凝土防护的重要措施,有效地增加海工混凝土的服役寿命,许多学者对海洋环境下混凝土涂层的防护性能做过大量研究,但海水环境中最典型的冲刷和海水耦合作用对混凝土涂层防护性能的影响研究甚少,因此本文自作设计了一种模拟冲刷和海水共同作用的试验装置和
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混凝土在海洋环境下服役容易受到海水冲刷、氯离子渗透、硫酸盐侵蚀、碳化、微生物侵蚀等因素的作用而受到破坏,缩短了混凝土的服役寿命,造成了巨大经济损失。表面涂层是海工混凝土防护的重要措施,有效地增加海工混凝土的服役寿命,许多学者对海洋环境下混凝土涂层的防护性能做过大量研究,但海水环境中最典型的冲刷和海水耦合作用对混凝土涂层防护性能的影响研究甚少,因此本文自作设计了一种模拟冲刷和海水共同作用的试验装置和方法,系统性研究了几种常用的涂层对海工混凝土的防护性能和作用机理。本文选取普通环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅、渗入固结型环氧树脂四种涂层作为研究对象,以水泥基材料作为基底,研究了各类涂层对冲刷磨损、氯离子渗透、硫酸盐侵蚀、CO2侵蚀等腐蚀环境的防护效果,结合涂层侵蚀前后的微观变化,阐明了不同种类涂层的防护机理。研究内容包括以下几个方面:(1)对不同涂层的基本性能进行了测试。结果表明渗入固结型环氧树脂涂层的表面硬度最高(2H),普通环氧、丙烯酸、渗入固结型环氧三种树脂涂层都有较好的5A级附着力;渗入固结型环氧树脂经300min浸泡后的吸水高度为0.13 mm,防水性能最好;渗入固结型环氧树脂涂层在酸碱浸泡28 d后无明显脱落腐蚀现象,具有优异的耐腐蚀性能,而丙烯酸树脂在酸碱浸泡28 d后都出现了明显的腐蚀,不宜于酸性和碱性环境中使用;渗入固结型环氧树脂涂层的表面平整,且能够渗入到水泥基材料内部孔隙与其有较好的粘结力,有机硅涂层可在基体表面形成连续非均匀的疏水膜,而丙烯酸树脂表面存在褶皱,内部存在微裂缝。(2)对比研究四种涂层的耐久性能。结果表明渗入固结型环氧树脂涂层经1200次冲刷后的试样吸水高度为0.61 mm、吸水率为0.67%、吸水系数为0.44 mm/s1/2;丙烯酸树脂涂层经盐溶液长期浸泡后会发生水解;经5%氯化钠溶液浸泡270 d后,涂覆渗入固结型环氧树脂的混凝土试件的氯离子渗透深度为12.83 mm,距表面5 mm处氯离子含量为1.41%和浸泡270 d后的氯离子扩散系数为1.86×10-12 m~2/s,RCM试验的氯离子扩散系数为1.15×10-12 m~2/s,低于其他三种涂层;经10%硫酸钠溶液浸泡270 d后,渗入固结型环氧树脂的混凝土的质量变化率为0.68%、抗蚀系数变化率为0.78%;经90 d干湿循环后涂覆渗入固结型环氧树脂的砂浆距表面2 mm处的硫酸根含量为2.18%;碳化28d后涂覆渗入固结型环氧树脂涂层的混凝土的碳化深度为1.53 mm,为五种试样中最低。(3)对比研究了模拟盐溶液浸泡耦合干湿循环作用下不同涂层的老化性能。发现渗入固结型环氧树脂和有机硅涂层红外吸收峰有明显的强度变化,而无峰位变化,两种涂层在盐溶液浸泡及干湿循环条件下的性质稳定,不易变性。普通环氧树脂涂层在盐溶液浸泡下无峰位变化,干湿循环下多个峰位偏移,不适用于温差大的环境;丙烯酸树脂涂层在盐溶液浸泡和干湿循环条件下酯基吸收峰偏移,稳定性差,易水解。通过硫酸盐干湿循环条件下各种涂层的宏观和微观形貌分析,环氧树脂、丙烯酸树脂和有机硅涂层经干湿循环后表面开裂、脱落、有腐蚀产物生成,涂层与基体结合处出现缝隙;渗入固结型环氧树脂经干湿循环后表面较为平整、致密,无明显空洞和腐蚀产物生成,与基体粘接力强,具有优异的抗硫酸盐侵蚀以及抗干湿循环的性能。结合不同涂层在水泥基材料表面的作用形式和作用过程,分析了各类涂层的防护与失效机理,确定了不同涂层在海洋环境的适用范围及领域。
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