一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层及制备方法和应用

本发明属于隧道排水系统的隧道排水管结晶防治领域，具体涉及到一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层及制备方法和应用。

背景技术：

1、随着隧道运营年限增长，隧道排水系统结晶病害愈发严重。地下水渗入喷射混凝土中，会引起喷射混凝土中含钙水化产物的不断溶解、流失，同时空气中二氧化碳在碱性环境下自然生成碳酸根，钙离子与之结合发生化学反应，进而在隧道排水管上形成碳酸钙白色结晶物，形成结晶病害，导致排水系统出现排水不畅甚至堵塞的情况。

2、目前，预防隧道排水系统结晶病害的方法有磁场预防法、静电预防法、植绒法、混凝土内掺外加剂等方法来预防结晶体的生成。

3、磁场预防法及静电预防法往往需要附属设施，会占用隧道非常有限的空间，干扰隧道正常运营与通车，同时耗费大量资源。植绒法工艺复杂且仅限于双壁波纹管，而隧道排水系统中混凝土管道的结晶量远多于双壁波纹管。隧道建设中，所需混凝土方量极大，通过混凝土内掺外加剂的方法造价较高。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层及制备方法和应用，具有与混凝土表面粘结性能强、涂层表面接触角大、低表面能和表面光滑的特点，可显著降低隧道中央排水沟结晶生成量。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层，包括结构层和功能层，结构层为有机硅树脂基体，通过涂刷相应的有机硅树脂基体液得到，有机硅树脂基体液的原料包括有机硅树脂、有机溶剂和固化剂，功能层为硅油改性的二硫化钼/碳微球涂层，碳微球的粒径为20-50微米，原料包括甲基硅油、糖类化合物、二硫化钼纳米片和固化剂，通过涂敷相应的硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液得到。

4、优选的，以重量份数计，有机硅树脂300-600份、有机溶剂50-200份、固化剂40-600份；

5、所述有机硅树脂为三甲氧基硅烷、三苯氧基硅烷或三甲基苯氧基硅烷；

6、所述有机溶剂为乙酸丁酯、乙二醇乙醚乙酸酯、甲苯、二甲苯、环己烷中的一种或多种；

7、所述固化剂为乙二胺、二亚乙基三胺、二亚乙基四胺、四乙烯五胺、三亚乙基四胺中的一种或多种。

8、优选的，以重量份数计，甲基硅油10-25份、糖类化合物10-25份、二硫化钼纳米片10-20份、固化剂20-50份；

9、所述的固化剂为乙二胺、二亚乙基三胺、四乙烯五胺、三亚乙基四胺中的一种或多种。

10、进一步，所述的糖类化合物为葡萄糖、果糖、蔗糖中一种或多种。

11、进一步，所述的二硫化钼纳米片的粒径为80-100纳米。

12、一种制备上述任意一项所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层中有机硅树脂基体液的方法，包括如下步骤：

13、将有机硅树脂和有机溶剂搅拌至均匀，之后超声处理25-45min，再加入固化剂，搅拌均匀得到有机硅树脂基体液。

14、一种制备所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层中硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液的方法，包括如下步骤：

15、将糖类化合物和去离子水混匀，在150-170℃下水热反应5-7h，再将所得反应液冷却至室温，分离产物得到碳微球；将二硫化钼纳米片与碳微球混合，然后加入去离子水，之后在170-190℃下水热反应3-5h，将所得反应液冷却至室温，分离其中的沉淀后洗涤、干燥，得到二硫化钼/碳微球；

16、将甲基硅油与二硫化钼/碳微球在120-160℃下混合均匀，之后冷却，然后在搅拌的同时加入去离子水，去离子水和甲基硅油的重量比为(10-25)：(10-25)，搅拌25-45min，再依次抽滤、干燥，得到硅油改性的二硫化钼/碳微球；

17、将固化剂和硅油改性的二硫化钼/碳微球在常温、常压下混合均匀，得到硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液。

18、一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层在预制中央排水沟和现浇中央排水沟中的应用。

19、一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层在预制中央排水沟中的应用，包括如下步骤：

20、s1，在混凝土基面上进行磨凿处理，冲洗干净后干燥；

21、s2，将有机硅树脂基体液涂刷于磨凿处理后的混凝土基面上，自然放置1-2h，形成干燥的有机硅树脂基体；

22、s3，在有机硅树脂基体表面涂敷硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液，自然环境下干燥，形成功能层，再用400目的砂纸打磨功能层，形成防结晶超滑涂层，最后施工放样，确定预制中央排水沟的平面位置和高程。

23、一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层在现浇中央排水沟中的应用，包括如下步骤：

24、s1，确定中央排水沟的平面位置和高程，在横向排水管的出水口处安装可拆卸式套帽，在纵向排水管上引一条出水管道，将地下水排出隧道外；

25、s2，清除现浇中央排水沟内遗留杂物或建筑垃圾，将现浇中央排水沟的底部抹平，之后修补现浇中央排水沟内壁存在的裂缝和缺陷，再进行清洁，清理垃圾；

26、s3，在现浇中央排水沟的两侧设置格挡物，使之后的s4处于一个干燥和无灰尘影响的环境中；

27、s4，将有机硅树脂基体液涂刷于s2处理后的混凝土基面上，自然放置1-2h，形成干燥的有机硅树脂基体，在有机硅树脂基体表面涂敷硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液，自然环境下干燥，形成功能层，再用400目的砂纸打磨功能层，形成防结晶超滑涂层，最后去除s3中的格挡物。

28、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

29、本发明一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层，包括结构层和功能层涂层，结构层为有机硅树脂基体，有机硅树脂基体液由有机硅树脂、有机溶剂、固化剂组成；功能层为硅油改性的二硫化钼/碳微球涂层。结构层引入了含硅的有机硅树脂，使结构层具有极低的表面能，提高疏水性的同时，还增强了与混凝土之间的粘结性能；功能层中，二硫化钼/碳微球本身润滑性高，经过甲基硅油的改性，使得功能层具有极低表面能的同时，增强了表面润滑性。制得的涂层具有与混凝土表面粘结性能强、涂层表面接触角大、低表面能和表面光滑的特点，可显著降低隧道中央排水沟结晶生成量。结构层与混凝土的粘结性能好，不会因水流的冲刷作用下而剥落，功能层通过甲基硅油改性，具有低表面能的特征，限制结晶体在涂层表面成核，硅油改性的二硫化钼/碳微球结构表面润滑性好，结晶体生成后难以在混凝土表面沉积。

30、本发明隧道排水系统的防结晶超滑涂层在预制中央排水沟和现浇中央排水沟中应用时，在有机硅树脂基体液和硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液涂敷到基底表面干燥后，通过使用400目的沙纸对功能层表面进行打磨，可在一定程度上消除涂层表面的凹凸不平的特征，涂层润滑性显著增强，防结晶效果更优。

技术特征：

1.一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层，其特征在于：包括结构层和功能层，结构层为有机硅树脂基体，通过涂刷相应的有机硅树脂基体液得到，有机硅树脂基体液的原料包括有机硅树脂、有机溶剂和固化剂，功能层为硅油改性的二硫化钼/碳微球涂层，碳微球的粒径为20-50微米，原料包括甲基硅油、糖类化合物、二硫化钼纳米片和固化剂，通过涂敷相应的硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液得到。

2.根据权利要求1所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层，其特征在于，以重量份数计，有机硅树脂300-600份、有机溶剂50-200份、固化剂40-600份；

3.根据权利要求1所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层，其特征在于，以重量份数计，甲基硅油10-25份、糖类化合物10-25份、二硫化钼纳米片10-20份、固化剂20-50份；

4.根据权利要求3所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层，其特征在于，所述的糖类化合物为葡萄糖、果糖、蔗糖中一种或多种。

5.根据权利要求3所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层，其特征在于，所述的二硫化钼纳米片的粒径为80-100纳米。

6.一种制备权利要求1-2中任意一项所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层中有机硅树脂基体液的方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.一种制备权利要求1、3、4或5中所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层中硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液的方法，其特征在于，包括如下步骤：

8.如权利要求1-5中任意一项所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层在预制中央排水沟和现浇中央排水沟中的应用。

9.根据权利要求8所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层在预制中央排水沟中的应用，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求8所述的隧道排水系统的防结晶超滑涂层在现浇中央排水沟中的应用，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明一种隧道排水系统的防结晶超滑涂层及制备方法和应用，结构层为有机硅树脂基体，有机硅树脂基体液由有机硅树脂、有机溶剂、固化剂组成，功能层为硅油改性的二硫化钼/碳微球涂层。含硅的有机硅树脂使结构层具有极低的表面能，提高疏水性，还增强与混凝土之间的粘结性能；二硫化钼/碳微球经过甲基硅油的改性，使功能层具有极低表面能，增强了表面润滑性。涂层与混凝土表面粘结性能强、涂层接触角大、低表面能和表面光滑，可显著降低隧道中央排水沟结晶生成量。本发明的防结晶超滑涂层在预制中央排水沟和现浇中央排水沟中应用时，在有机硅树脂基体液和硅油改性的二硫化钼/碳微球复合溶液涂敷到基底表面干燥后，通过使用400目的沙纸对功能层表面进行打磨，可在一定程度上消除涂层表面的凹凸不平的特征，涂层润滑性显著增强，防结晶效果更优。技术研发人员：叶飞,张俊元,张海宝,田崇明,姜寅,同月苹,伍博文,王涵,崔浩,张才飞,韩兴博,张亚明受保护的技术使用者：长安大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5