用于混凝土保护涂层的有机硅—丙烯酸乳液的制备及其性能研究.pdf
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1、上海大学 硕士学位论文 用于混凝土保护涂层的有机硅丙烯酸乳液的制备及其性能研 究 姓名:梁晶晶 申请学位级别:硕士 专业:物理化学 指导教师:陆文雄 20060501 L 海大学硕士学位论文用于混凝土保护凉屠的有机硅一丙烯陵乳液的制备及1 t 怿能研究 摘要 混凝土是目前应用最广泛的建筑材料,但是用混凝土建造的建筑物在使用期 间常受到侵蚀性介质的侵蚀。要提高混凝土构筑物的耐久性,必须采取适当的防 护措施。纯丙烯酸酯乳液尽管具有较优异性能,但其耐水性、耐候性及耐高低温 性能差。为此,利用键能较高、表面能较低的有机硅组分改性丙烯酸酯乳液,提 高丙烯酸酯聚合物的耐高、低温性及耐水性能。本研究利用化学
2、改性法,将带乙 烯基的有机硅活性单体和丙烯酸酯类单体共聚,使有机硅以化学键的形式结合到 丙烯酸树脂分子上,从结构、组成上完成对丙烯酸树脂的改性达到分子级改性 的效果。本论文主要分为三部分组成。 第一部分主要根据乳液聚合理论和分子的形态结构的需要,对乳液聚合的原 料和工艺参数进行选择和优化,确定了乳液聚合的最佳工艺,即:采取预乳化半 连续乳液聚合方法、反应温度为8 0 C 、搅拌速率为2 0 0 r p m 。同时设计合理的玻 璃化转变温度。使乳液在较低的温度下成膜,制得了反应和贮存稳定的有机硅一 丙烯酸乳液。 第二部分研究了乳化剂用量、有机硅单体用量等因素对乳液聚合的影响。并 对乳液的各种性能
3、进行测试。测定了乳胶粒粒径及分布,利用红外光谱分析了聚 合产物的组分及结构。同时测定了涂膜的耐水性,耐碱性,乳液在净浆试块t 的 渗透深度等。 第三部分通过将有机硅一丙烯酸酯乳液涂覆混凝土表面,对混凝土抗硫酸赫 侵蚀、抗氯离子侵蚀和渗透、抗碳化等耐久性的研究发现涂覆有机硅一丙烯酸 乳液的混凝土的耐久性能够明显优于未涂的基准混凝土的耐久性能,说明该乳液 具有能够改善混凝土耐久性能的能力,不会对混凝土的耐久性能产生不良影响。 有机硅建筑材料表面改性和保护技术是建筑领域的节能节耗的重要措施,具 有良好的经济效益和社会效益在建筑、桥梁等的保护领域具有广阔的发展前景。 关键词:有机硅氧烷,有机硅一丙烯酸
4、酯乳液,保护涂层,混凝土耐久性能 上海大学硕士学位论文用于混凝土保护涂层的有机硅一丙烯酸乳液的制备及其性能研究 A B S T R A C T T o d a yc o n c r e t ei st h em o s tw i d e l yu s e db u i l d i n gm a t e r i a l ,b u tb u i l d i n g sm a d eo f c o n c r e t ea r eo f t e nc o r r a d e db yc o r r a s i v em e d i u m T oi n c r e a s ed u r a b i
5、l i t yo fc o n c r e t e s t r u c t u r e s ,p r o t e c t i v em e a s u r e ss h o u l db et a k e n A l t h o u g ha c r y l a t el a t e xh a se x c e l l e n t p e r f o r m a n c e s ,i tp o s s e s s e sp o o rh i g h e ra n dl o w e rt e m p e r a t u r er e s i s t a n c ea n dp o o r w a
6、 t e r p r o o f n e s s d u et o t h e i rm a c r o m o l e c u l a rs t r u c t u r e s T h eu t i l i z a t i o no f o r g a n o s i l i c o nw h i c hh a sh i g h e rb o n de n e r g ya n dl o w e rs u r f a c ee n e r g yt om o d i f yt h e a c r y l a t el a t e xc a nm a r k e d l yi m p r o
7、v ea n de n h a n c et h o s ep r o p e r t i e sm e n t i o n e da b o v e f o ra c r y l a t ep o l y m e r s I nt h i st h e s i s ,o r g a n o s i l i c o n ew i t he t h e n em o d i f i e da c r y l a t e l a t e x e si sp r e p a r e db yc h e m i c a lm e t h o d O r g a n o s i l i c o n ei
8、 sc o m b i n e dt oa c r y l a t e sb y c h e m i c a lb o n d ,a n da c c o m p l i s ht h em o d i f yo fa c r y l a t ef r o ms u c 眦,r e a c hm o l e c u l e m o d i f ye f f e c t T h i sp a p e ri sc o m p o s e db yt h r e ep a r t s F i r s t l y , m a t e r i a la n dt e c h n i c sp a r a
9、 m e t e r i sc h o s e na n do p t i m i z e da c c o r d i n gt ot h e r e q u e s to fe m u l s i o np o l y m e r i z a t i o nt h e o r ya n dm o l e c u l em o d a l i t ys t r u c t 山e A n dt h e f i n ep o l y r n e r i z i n gt e c h n o l o g i e si sc o n f i r m e d ,t h a ti sc o m o n
10、o m e r sp r e e m u l s i f i e d , s e m i c o n t i n u o u sb a t c hp r o c e s s ,r e a c t i o nt e m p e r a t u r eo f8 0 C ,m i l lv e l o c i t yo f 2 0 0 r p m R e a s o n a b l eg l a s st r a n s i t i o nt e m p e r a t u r ei sd e s i g n e dt oe n s u r et h el a t e xc a l l f o r
11、mm e m b r a n e S e c o n d l y , T h i sp a p e rs t u d i e s t h ei n f l u e n c e st oe m u l s i o np o l y m e r i z a t i o ns u c ha s A m o u n to fe m u l s i f i e ra n do r g a n o s i l i c o n ea n dt e s t e ds o r t so fp e r f o r m a n c e so f e m u l s i o n 1 a t e xp a r t i
12、c l es i z ea n dd i s t r i b u t i n gi st e s t e d ,a n dt h em a k e u pa n ds t r u c t u r e o fe m u l s i o ni sa n a l y z e db yI R M e a n w h i l ew a t e rr e s i s t a n c ea n db a s er e s i s t a n c eo f l a t e xm e m b r a n ea n di st e s t e d ,a sw e l la sp e n e t r a t ed
13、e p t ho fl a t e xo np a s t e s T h i r d l y , c o n c r e t ed u r a b i l i t yi sd i s c u s s e di n c l u d i n gt h ep r o p e r t i e so fc o n c r e t e0 1 2 r e s i s t a n c et oc o r r o s i o no fs u p h a t ea n dc h l o r i d ei o n s ,t h ep e n e t r a t i o no fc h l o r i d ei o
14、 n s o ft h ec o n c r e t ea n dc a r b o n i z a t i o nr e s i s t a n c e T h er e s u l ti n d i c a t e st h a t c o n c r e t e d u r a b i l i t yt h a ts m e a r e ds i l i c o n e a c r y l a t ee m u l s i o ni sb e t t e rt h a nb e n c h m a r k c o n c r e t e I ts h o w st h a tt h el
15、 a t e xh a sc a p a b i l i t yt oa m e l i o r a t ec o n c r e t ed u r a b i l i t ya n dd o e sn o t m a k eb a de f f e c t so ni t I I 上海大学硕士学位论文用于混凝土保护沫层的有机硅一丙烯酸乳液的制备及扎性能研究 O r g a n o s i l i c o n eb u i l d i n gm a t e r i a l ss u r f a c em o d a l i t ya n dp r o t e c t i o nt e c h
16、n i q u ei s i m p o r t a n ts a v i n g e n e r g ym e a s u r eo fb u i l d i n gf i e l d I th a sg o o de c o n o m yb e n e f i ta n d s o c i a lb e n e f i t ,a n dh a sw i d ed e v e l o p m e n tf u t u r ei np r o t e c t i o nf i e l do fb u i l d i n ga n d b r i d g e K e y w or d s :o
17、 r g a n o s i l i c o n e ,s i l i c o n e a c r y l a t ee m u l s i o n ,p r o t e c t i o nc o a t i n g , c o n c r e t ed u r a b i l i t y I 原创性声明 本人声明:所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名:墨盛叠日期:至翌! :尘:D 本论文使用授权说明 本人完全
18、了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学 校有权保留论文及送交论文复印件,允许论文被查阅和借阅;学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名:誉昂昂导师签名: 日期: 训肿6 S 弓o 海人学顶I :学位论文用于混凝十保护滁层的有机砗一丙烯艘乳液的制需_ ;6 之1 C 性能研究 第一章绪论 E1 1 课题的研究背景 1 1 1 推广混凝士保护材料应用的必要性 混凝土和钢筋混凝土是建设工程中最主要的建筑材料,广泛地应用于工业、 民用、交通和各种建筑物中。但是用混凝土和钢筋混凝土建造的建筑物在使用期 间常常受到腐蚀性介质的侵蚀。国内外大量资料表明,相当
19、多的混凝土结构在使 用过程中在物理、力学与化学等因素的作用下,过早地遭到破坏,造成了严重 的经济损失。由于混凝土耐久性不足而导致结构破坏的现象日益增多,并且耐久 性问题越来越严重。为什么会发生上述原因呢? 主要是因为混凝土在一种或多种 外界作用下,其材料的耐久性能会发生衰退,从而逐渐失去对其内部的钢筋的保 护作用。当钢筋外面的混凝土中性化或出现开裂等情况时,钢筋失去碱性混凝土 的保护,钝化膜破坏并开始锈蚀。锈蚀的钢筋不但截面积有所损失,材料的各项 性能也会发生衰退,从而影响混凝土构件的承载能力和使用性能。因此如果在 建造时不对结构材料采取防腐措施,则腐蚀性介质就可能损坏建筑结构,甚至使 其丧失
20、使用价值。国外资料表明,由于混凝土和钢筋混凝土的腐蚀造成的经济损 失约占国民收入的l 2 ,其中不仅包括修复和重建的造价,而且还包括对生 产的影响造成的损失。1 。 在混凝土的保护作用下,钢筋是不易锈蚀的。但在使用过程中随着混凝土的 碳化,钢筋腐蚀会逐步产生。混凝土的碳化是指大气中的C O :不断向混凝土内部 扩散并与水泥中的碱性水化物( 主要是C a ( 0 H ) :) 发生反应的物理化学过程。在这 一过程中,混凝土中的C a ( O H ) :与C O 。发生反应,使混凝土的碱性大大降低,其p H 值由原来的1 2 5 降低到9 左右。据有关资料显示,当p H 值降低到8 以下时, 埋在
21、混凝土内的钢筋表面钝化膜就被破坏了,钢筋表面处于活化状念。在这种情 况下,当空气中的O ! 和C 吼通过混凝土孔隙扩散到钢筋表面时就会发生锈蚀,因为 在混凝土中总会有一定数量的水可以满足腐蚀过程的进行。钢筋锈蚀后,锈蚀产 生的体积比原来膨胀2 倍4 倍,从而对周围混凝土产生膨胀应力,锈蚀越严重, 铁锈越多,膨胀力越大,最后导致混凝土开裂形成顺筋裂缝。裂缝的产生使更多的 水和c 0 :得以顺利进入混凝土内,从而又加速了碳化和钢筋的锈蚀。这一恶性循 上海大学硕士学位论文用于混凝土保护_ i :5 层的有机硅一丙烯酸乳液的制需及其性能研究 环的结果,将使结构外部混凝土大量剥落和钢筋截面积缩小,从而降
22、低结构承载 力和稳定性,影响结构物的安全。1 。 实践表明,多孔和高渗透性的混凝土是影响混凝土构筑物耐久性的主要原 因。但仅仅增加混凝土的密实性是无法完全解决提高混凝土抗蚀性和保证构筑物 的使用寿命的。要提高混凝土构筑物的耐久性,必须满足两个条件:第一提高混 凝土的密实性,第二采取适当的防护措施。 涂覆混凝土主要有三个目的“1 : ( 1 ) 增加混凝土耐C 如渗透能力,即增加抗碳化能力: ( 2 ) 增加混凝土耐氯化物渗透能力: ( 3 ) 提高混凝土表面憎水性。 针对不同的目的有不同类型的涂料,如抗碳化涂料防水涂料等。混凝土 底涂( 液) 要满足的要求。1 :l 、低粘度、高渗透性;2 、
23、符合耐碱性要求:3 、高附 着力、同封闭面漆具有良好的配套性能:4 、一定的潮湿表面可施工功能。对表 面封闭涂料则要满足:1 、较高的耐老化性、能抵抗日光照射;2 、较好的防腐蚀 性能、降低水和盐的渗透:3 、相对便宜的价格;4 、便于施工。而涂料若能紧密 地粘结于混凝土表面形成一个防水层就能减少侵蚀性介质,如:赫、水等渗入混 凝土。一般情况下,盐不容易进入混凝土内部造成侵蚀,只有在溶于水的情况下 刁。有可能。因此,耐盐渗透的关键是防止水的渗透。混凝土的表面涂料不同于一 般钢材的防护涂装,特别是对底涂( 液) 的要求更是不一样。近来,国内外将有机 硅涂料应用于混凝土表面涂覆取得良好效果。 1
24、1 2 混凝土渗水的主要原因及其防水处理的目的 对混凝土的损害很多涉及到水。水分可导致纯粹的物理破坏,例如霜冻及解 冻而产生的张力。同时水还是传递腐蚀性物质( 例如来自海水及道路除冰赫中的 氯离子) 导致钢筋腐蚀的有害化学反应的重要媒介。 混凝土产生渗水主要有两大方面:一是混凝土内部的孔隙;二是混凝土内部 的裂缝。 混凝土是一种非均质性材料,从微观结构上看属于多孔结构,混凝土中的孔 上海人学颂士学位论文用于混凝:f 二保护涂层的有机硅一丙烯艘乳液的制需发J e 性能研) E 按其成因可分为施工孔隙和构造孔隙两大类。施工孔隙是由于浇注时振捣不良引 起的。构造孔隙主要取决于水灰比,是混凝土凝结硬化
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