一种高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层及其制备方法

本发明涉及海工混凝土防护材料，具体涉及一种高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层及其制备方法。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、目前混凝土工程建设逐渐向海洋扩展，但是海水中的氯离子和硫酸根离子会侵蚀混凝土，影响混凝土的耐久性。氯离子可破坏混凝土钢筋的钝化膜，加速钢筋的腐蚀。低浓度的氯离子与水泥水化产物多硫型水化硫铝酸钙(afm)反应，生成库泽尔盐；高浓度的氯离子与afm反应生成弗里德尔盐，减少了钙矾石等水化产物的产量。硫酸根离子与水化产物afm反应生成二次钙矾石，体积增加一倍，造成膨胀破坏。硫酸根离子还可以与水化产物氢氧化钙反应，生成二次石膏，发生体积膨胀破坏。海水中同时含有氯离子和硫酸根共同作用，对混凝土的腐蚀比单独条件的腐蚀更加严重。大量的工程实例表明，在恶劣的环境条件下，海工混凝土结构在五年内会被破坏，在十年内便无法使用，更无法达到百年的预期使用寿命。因此，如何保护海工混凝土已成为建筑业亟需解决的问题。

3、在海工混凝土的表面涂覆防护涂料可以保护海工混凝土，传统的防护涂料主要分为两类：无机涂料和有机涂料。无机涂料主要由纯水泥基材料组成，具有强大的抗老化和耐久性。然而，它们存在韧性低、附着力差和抗渗性低等问题。有机涂料主要由碳、氢化合物组成，如环氧树脂、丙烯酸和苯乙烯-丁二烯橡胶。这些有机涂料具有优异的成膜性能，有效防止水和有害离子侵入混凝土基体。尽管如此，有机涂料和无机基体之间附着力差，抗冲击性弱。此外，由于芳香烃基的存在，许多有机材料在暴露于阳光下时容易出现发黄。因此，亟需一种新型的高附着力、高韧性且高耐久的防护涂层。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明提供了一种高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层及其制备方法。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面，提供一种高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其原料按重量份包括：快硬早强水泥95～105份，阴离子水性聚氨酯0～50份，消泡剂0～1份，减水剂0.2～1份，早强剂0.1～1份，拌合水5～40份。

4、所述阴离子水性聚氨酯的制备方法包括：

5、(1)将异佛尔酮二异氰酸酯与聚乙二醇混合均匀，进行第一次加热搅拌反应；

6、(2)向步骤(1)反应体系中加入二羟甲基丙酸，进行第二次加热搅拌反应；

7、(3)向步骤(2)反应体系中加入三乙胺，进行第三次搅拌反应；

8、(4)向步骤(3)反应体系中加入n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷，进行第四次搅拌反应；

9、(5)最后向步骤(4)反应体系中加入蒸馏水，进行第五次搅拌反应，最终获得阴离子水性聚氨酯。

10、本发明的第二个方面，提供上述高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层的制备方法，包括：

11、按照配比将阴离子水性聚氨酯与拌合水混合均匀，后加入快硬早强水泥，混合均匀，且在搅拌的过程中加入消泡剂、减水剂和早强剂。

12、本发明的有益效果在于：

13、(1)通过静电吸附和络合反应，阴离子水性聚氨酯中存在的羟基和羧基在水泥基体中形成以金属阳离子ca2+和al3+为中心的大分子网络结构。该网络是连接聚合物膜与水泥水化产物的桥梁。此外，硫铝酸盐水泥水化过程中，水的快速消耗和高热量的释放增强了阴离子水性聚氨酯的成膜效果，导致阴离子水性聚氨酯和水泥水化产物之间相互渗透，生成了连续相复合的互穿网络结构，从而提高了涂层的抗裂性和延展性。此外，由于阴离子水性聚氨酯表面的硅氧烷与水接触发生的水解反应，产生了硅烷醇和挥发性甲醇。一部分硅烷醇进一步与混凝土基质中氢氧化钙表面的羟基发生缩合反应，形成坚固的si-o-si键，增强了结合强度。同时，阴离子水性聚氨酯存在大成核区，促进了c-s-h凝胶之类的物质在聚合物膜和水泥浆之间的界面处的沉淀，进一步提高了粘结强度。

14、(2)与现有技术相比，本发明使用的硫铝酸盐水泥具有早强、低碳、低收缩，耐酸碱特性，自制的阴离子水性聚氨酯乳液具有高柔性、高粘结、可溶于水、无挥发等特性，两者混合后具有较好的相容性，提高了涂层的工作性能。体系内部形成了多相复合的连续互穿网络结构，提高了涂层的延展性和粘结强度，同时降低了外界有害离子和水溶液的侵蚀，有效提高了修补防护涂层的耐久性、抗渗性。此外，体系内部孔隙的减少，降低了涂层的开裂性，保证了涂层的体积稳定性。本发明的修补防护涂层适用范围广泛，施工时受环境影响小，施工工艺简单，施工完成后无需进行额外养护措施，大大降低了施工成本。

技术特征：

1.一种高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，其原料按重量份包括：快硬早强水泥95～105份，阴离子水性聚氨酯0～50份，消泡剂0～1份，减水剂0.2～1份，早强剂0.1～1份，拌合水5～40份。

2.如权利要求1所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，所述阴离子水性聚氨酯的制备方法包括：

3.如权利要求2所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，所述异佛尔酮二异氰酸酯、聚乙二醇、二羟甲基丙酸、三乙胺、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三甲(乙)氧基硅烷和蒸馏水的质量比为80～85:95～105:8～12:3～5:2～3:40～50，优选为84:100:10:4:2.5:45。

4.如权利要求2所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，步骤(1)中第一次加热搅拌反应的温度为55～65℃，优选为60℃；反应的时间为2～4h，优选为3h；

5.如权利要求2所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，步骤(3)中先将反应体系的温度降至40～50℃，优选为45℃，后加入三乙胺，反应的时间为0.5～1h，优选为0.8h；

6.如权利要求1所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，所述快硬早强水泥为铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和磷酸镁水泥中一种或几种，优选为硫铝酸盐水泥。

7.如权利要求1所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，所述消泡剂为有机硅消泡剂和/或聚醚类消泡剂，优选为聚醚类消泡剂。

8.如权利要求1所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺减水剂和密胺减水剂中一种或几种，优选为萘系减水剂。

9.如权利要求1所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层，其特征在于，所述早强剂为甲酸钙、硅酸钙、碳酸锂、硫酸锂和氯化锂中一种或几种，优选为硫酸锂。

10.一种权利要求1～9任一项所述的高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结本发明涉及海工混凝土防护材料技术领域，具体涉及一种高韧性、高耐久海工混凝土防护涂层及其制备方法。防护涂层的原料按重量份包括：快硬早强水泥95～105份，阴离子水性聚氨酯0～50份，消泡剂0～1份，减水剂0.2～1份，早强剂0.1～1份，拌合水5～40份。本发明使用的硫铝酸盐水泥具有早强、低碳、低收缩，耐酸碱特性，自制的阴离子水性聚氨酯乳液具有高柔性、高粘结、可溶于水、无挥发等特性，两者混合后具有较好的相容性，提高了涂层的工作性能。体系内部形成了多相复合的连续互穿网络结构，提高了涂层的延展性和粘结强度，同时降低了外界有害离子和水溶液的侵蚀，有效提高了修补防护涂层的耐久性、抗渗性。技术研发人员：王鹏刚,付华,逄博,金祖权,孙晓光,田砾,高嵩,杜振兴,张红波,李亚慧受保护的技术使用者：青岛理工大学技术研发日：技术公布日：2024/7/4