随着水资源的持续开发,近年来纳入规划的172项重大水利工程主要集中于中西部地区,并逐渐往水资源丰富的西部高海拔、寒冷地区转移。该地区水工建筑物通常面临更为复杂和苛刻的服役环境(如海拔高、温差大、紫外线辐照强、冻融循环频繁等),其中冻融和紫外辐照是造成水工混凝土结构损伤劣化的最具代表性的影响因素。因此,开发出防水、耐候性佳且高效持久的水工混凝土表面防护涂层,使混凝土结构免受或减缓环境因子侵蚀作用,将有助于提高西部高海拔地区水工建筑物耐久性和安全性,提升我国水利工程建设质量和运行维护水平。氟碳涂层由于具有优异的低表面能特性、耐介质腐蚀性能和耐候性等优点,已成为表面防护的有效手段之一。然而,此类涂层用于水工混凝土表面防护时,尚面临粘结性能不足、表界面耐久性有限等技术难题,限制了其大规模使用。本文通过在低表面能氟碳涂层中引入纳米材料,制备兼具优异表面疏水性能和粘接性能的氟碳纳米复合涂层。通过分析涂层组成和涂覆工艺对表界面性能的影响,研制了由“氟碳/纳米SiO2底涂+氟硅烷面涂”组成的氟碳纳米复合涂层双涂层体系,即首先将自制的室温固化型氟碳/纳米二氧化硅复合涂层涂覆于水泥砂浆表面,待其表干后涂覆全氟辛基三乙氧基硅烷。通过紫外老化试验、冻融循环试验、冻融-紫外交替循环试验以及耐水性试验,并采用傅里叶变换红外光谱、扫描电镜、接触角测试、拉拔试验等测试手段研究了涂层材料本身和涂层/砂浆体系的耐久性。结果显示,纳米SiO2的引入能够改善涂层/砂浆试件的耐紫外老化性能、抗冻融循环性能和抗冻融-紫外交替循环性能;当纳米SiO2粒子含量为10%时,涂层/砂浆表面耐久性最佳,界面粘接耐久性能保持良好。结合傅里叶变换红外光谱、扫描电镜等微观表征结果以及耐久性研究结果,初步分析了涂层本体和涂层/砂浆体系的老化规律和机理。涂层本体老化的主因是光老化过程中,氟碳中的酯键易发生断裂,导致耐紫外老化性能下降;涂层/砂浆界面老化过程中,长时间的紫外辐照使得涂层容易发生交联反应,致使涂层分子与砂浆基体之间的结合更加紧密,但紫外老化达到一定时间后,持续的紫外高温照射使得涂层与砂浆界面的相容性变差,导致涂层与砂浆之间的结合强度有所下降。