混凝土表面高性能聚合物防护层结构构筑及作用机理

Polymer-based coatings are employed to protect concrete facilities against corrosive environments and increase the service life of structures. However, limitations such as the unsatisfactory comprehensive properties and low adhesion strength between the organic-inorganic interfaces prohibit its extensive use. Therefore, improvement technologies for the optimized coatings from the aspects of molecular architecture have attained much attention. In this project, adhesive strength can be greatly enhanced by means of the introduction of covalent bond between polymer coating and concrete surface. This particular interaction can be achieved by the self-assemble behavior of organic silicon with designed active group. In addition, a optimized coating based on the synergetic principle of silicon- polyurethane-polyurea will be designed and prepared. At the same time, the structure-activity relationship of the coating will be studied. The microstructure change and macro-variation of physical and chemical properties of the protective coating in extreme environment are measured and analyzed, and the failure mechanism of the protective coating in extreme environment will be systematically studied in this project.

混凝土表面涂覆高分子防护层是提高混凝土耐久性的有效手段，然而，防护层综合性能不高、有机/无机界面粘结强度低等不足极大地限制了其应用。如何通过防护层结构构筑来提高防护层的性能和界面粘结强度是研究的焦点和难点。本课题拟通过控制带有活性基团的有机硅分子在混凝土表面进行自组装，使分子链两端能够分别与无机混凝土基面和有机高分子防护层发生化学反应，达到提高界面粘结强度的目的。同时利用有机硅、聚氨酯、聚脲的协同作用来构筑混凝土复合防护层，探讨其"构效关系"，揭示其作用机理，实现防护层服役性能的整体提升。在服役性能提升的基础上系统研究极端环境中复合防护层微观结构和宏观性能的变化规律，揭示其失效机理，丰富混凝土表层防护理论，为高性能表面防护材料的研究与开发开辟新的途径。

快速的基础设施建设中，混凝土是用量最大、用途最广的建筑材料，混凝土的防护和服役性能提升对建材行业的节能降耗和绿色发展提供支持和保障。本项目构筑的复合防护层隔断腐蚀介质的渗透腐蚀破坏，保护混凝土基面，提高混凝土服役寿命，是延长混凝土服役期限的有效方法。.本研究制备了喷涂聚脲材料、有机硅改性基层处理材料和高弹性聚氨酯材料，通过构效关系探讨得到综合性能优异的防护材料。通过有机硅修饰的高渗透环氧改性聚氨酯材料，形成可湿固化、高附着力的基层处理材料，解决有机涂层与混凝土刚性材料的界面粘结问题、实现C30、C40混凝土基层渗透深度分别达到6 mm、4mm，粘结强度达到4.5MPa，表层回弹强度增加5-10MPa，有效强化基层，实现防护层与混凝土基面的有机结合，最大程度的增加基层与防护层的粘结力；本研究合成高柔性聚氨酯塑性过度层，强度2-6MPa，断裂伸长率400-800%，能够最大程度的吸收和释放基层开裂产生的应力，避免由于混凝土基层开裂导致的复合防护层遭到破坏，失去防护作用；合成喷涂聚脲材料，拉伸强度＞20MPa，断裂伸长率＞450%，保证优异的拉伸强度的同时，具有优异的柔韧性、抗冲击，耐磨和基层适应性；针对外露环境形成高耐候的面漆产品，实现施工时间40min，拉伸强度6-10MPa，断裂伸长率200%以上，紫外老化时间超过3000h。.针对混凝土防护中不同材料的局限性，利用喷涂聚脲/高弹性聚氨酯/有机硅改性基层处理体系的协同作用构筑复合防护层，实现附着力、弹性、强度、耐开裂性能的综合提升；针对户外环境，构筑抗紫外线涂层，实现在室外暴露环境中长期使用的目的，达到全天候多环境下的应用。并在猴子岩水电站、污水池、上海电力电缆隧道、香港屋面防水等工程中得到应用，取得优异的应用效果。