本技術(shù):
涉及一種高硬度耐磨超疏水混凝土的制備方法,建筑材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
混凝土由于其強(qiáng)度高、硬度高、耐久性好、可制成任何形狀及價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn),被廣泛用于建筑、橋梁及道路施工中。但普通混凝土表面的親水和多孔結(jié)構(gòu)容易使混凝土在某些環(huán)境下的耐久性降低并造成災(zāi)難。例如,極寒氣候下高速公路的混凝土路面常因吸收水的凍融體積膨脹造成破碎和剝落;凍雨地帶的混凝土路面易結(jié)冰引發(fā)交通事故;沿海地帶橋梁混凝土常會(huì)因cl-腐蝕內(nèi)部加強(qiáng)筋而降低承載力,增加塌橋風(fēng)險(xiǎn);建筑物的混凝土表面常因灰塵或微生物附著使建筑物表面變臟。接觸角大于150°的超疏水混凝土由于具有優(yōu)異的防水和自清潔性能,可有效緩解或解決上述現(xiàn)象,也引起了人們的關(guān)注。目前常通過(guò)構(gòu)建低表面能的粗糙結(jié)構(gòu)來(lái)加工超疏水混凝土。專利cn102515656a公開了一種超疏水自清潔再生水泥基涂料的制備方法,通過(guò)將舊水泥粉末、甲基三乙氧基硅烷、乙醇及氨水混合獲得了超疏水有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化水泥涂料,但乙醇的揮發(fā)會(huì)使得水泥涂層疏松多孔,極易被破壞。專利cn105986538a公開了一種超疏水防覆冰復(fù)合水泥路面結(jié)構(gòu)及其制備方法,通過(guò)在纖維混凝土表面噴涂納米二氧化硅低表面能涂層,依靠納米顆粒和微米纖維的雙重粗糙結(jié)構(gòu)來(lái)獲得超疏水性。專利cn106087638a公開了一種超疏水抗凝冰復(fù)合瀝青面層的制備方法,通過(guò)在瀝青混凝土路面先澆筑一層環(huán)氧固化劑,再澆筑疏水納米氧化鋅顆粒的方法來(lái)獲得超疏性。論文acsappliedmaterials&interfaces,2013,5:13284-13294通過(guò)噴涂疏水的聚乙烯醇和偏高嶺土在混凝土表面獲得超疏水性。論文cement&concretecomposites,2014,52:81-90先將混凝土澆筑在粗糙pdms模具中來(lái)獲得粗糙結(jié)構(gòu),然后再在粗糙混凝土表面噴涂疏水涂層來(lái)獲得超疏水性。上述這些方法中的疏水涂層的耐磨性遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于混凝土本身,一旦疏水涂層遭到破壞,混凝土即失去超疏水性。事實(shí)上普通的商業(yè)超疏水涂料均可直接使混凝土表面獲得超疏水性,但都存在耐磨性差、易破壞等問(wèn)題。如何獲得與混凝土本身類似硬度和耐磨性的超疏水表面,是超疏水混凝土能實(shí)際使用的關(guān)鍵。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
為克服普通混凝土遇凍雨易結(jié)冰、抗凍融性能差、內(nèi)部鋼筋易被腐蝕、微生物易附著及普通超疏水涂料耐磨性差難以實(shí)際應(yīng)用于混凝土表面等缺點(diǎn),本發(fā)明提供了一種高硬度、高耐磨性超疏水混凝土的制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案:
一種高硬度耐磨超疏水混凝土的制備方法,步驟如下:
(1)將水泥、細(xì)沙、水、水溶性低表面能材料按照質(zhì)量比1:0.001~4:0.4~1:0.004~1混合,攪拌形成水泥漿;
或?qū)⑺唷⑺?、水溶性低表面能材料按照質(zhì)量比1:0.4~1:0.004~1混合,攪拌形成水泥漿;
(2)將水泥漿澆入模具內(nèi),將金屬網(wǎng)平整粘貼于壓力板下表面,將壓力板下表面蓋于模具上;金屬網(wǎng)為35目-140目銅網(wǎng)、不銹鋼網(wǎng);壓力板為木板、金屬板、塑料板,形成壓強(qiáng)應(yīng)不小于10pa且不大于1000pa。
(3)自然風(fēng)干或養(yǎng)護(hù)風(fēng)干后即可獲得高硬度、高耐磨性的超疏水混凝土。所述的金屬網(wǎng)為35目-140目銅網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)。
所述的水溶性低表面能材料為硅烷、氟硅烷或含氟丙烯酸酯共聚物。
所述的水泥為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥或復(fù)合硅酸鹽水泥。
所述的細(xì)沙為經(jīng)過(guò)60目篩選的海沙或河沙。
所述的壓力板為木板、金屬板或塑料板。
本發(fā)明的有益效果:
1.和普通混凝土相比,本發(fā)明獲得的超疏水混凝土表面具有優(yōu)良的抗結(jié)冰、抗凍融、抗腐蝕破壞能力,可顯著提高極寒氣候下高速公路混凝土、凍雨地帶路面混凝土、沿海地帶橋梁混凝土的持久性。
2.與超疏水涂料相比,本發(fā)明利用金屬網(wǎng)壓痕、沙子顆粒及混凝土本身水泥硬化存在納米結(jié)構(gòu)等作用直接在混凝土基體上構(gòu)造出微納米結(jié)構(gòu),且微納米結(jié)構(gòu)由低表面能材料覆蓋,依靠混凝土本身高硬度和高耐磨性來(lái)提高超疏水混凝土的硬度和耐磨性。
3.本發(fā)明工藝步驟簡(jiǎn)單,其生產(chǎn)速度幾乎與普通混凝土接近,有利于實(shí)際應(yīng)用。
附圖說(shuō)明
圖1是水滴在超疏水混凝土塊上的靜態(tài)數(shù)碼照片。
圖2是水滴在水平放置的超疏水混凝土塊上的高速攝像機(jī)彈跳照片。
圖3是水滴在傾斜放置的超疏水混凝土塊上的高速攝像機(jī)彈跳照片。
圖4是普通混凝土塊在環(huán)境溫度-5℃、雨滴溫度2.5℃、降雨量3000μl/min的條件下降雨20min時(shí)的形貌照片。
圖5是超疏水混凝土塊在環(huán)境溫度-5℃、雨滴溫度2.5℃、降雨量3000μl/min的條件下降雨20min時(shí)的形貌照片。
具體實(shí)施形式
以下結(jié)合附圖和技術(shù)方案,進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。
實(shí)施例1
(1)取50gpo42.5普通硅酸鹽水泥、50g細(xì)沙、25ml水、0.3g氟硅烷,置于攪拌器內(nèi)在250r/min的攪拌速度下攪拌60min形成水泥漿。
(2)將攪拌完成后的水泥漿澆入塑料培養(yǎng)皿內(nèi),將80目紫銅網(wǎng)以強(qiáng)力雙面膠平整粘貼于壓強(qiáng)為10pa的木板下表面,將覆有銅網(wǎng)的木板下表面蓋于模具上。待自然風(fēng)干后,揭去木板即獲得水接觸角158±0.8°、滾動(dòng)角6.1±1.2°的超疏水混凝土塊(如圖1、圖2、圖3所示)。
(3)為驗(yàn)證超疏水混凝土塊的防凍雨抗結(jié)冰性能,將超疏水混凝土塊和普通混凝土塊以傾斜30°方式放置于環(huán)境箱中,并在環(huán)境箱中人工降雨,環(huán)境箱內(nèi)部溫度-5℃,雨滴溫度2.5℃,降雨量3000μl/min,降雨時(shí)間20min;降雨完成后普通混凝土表面結(jié)冰重13g(如圖4所示),超疏水混凝土表面幾乎無(wú)結(jié)冰(如圖5所示)。
(4)為驗(yàn)證超疏水混凝土塊的抗凍融性能,將超疏水混凝土塊和普通混凝土塊置于kds-28型砼快速凍融實(shí)驗(yàn)機(jī)中,并按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)gb/t50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的快凍法進(jìn)行凍融實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)前試件需浸泡在水中4天,凍融實(shí)驗(yàn)溫度應(yīng)保持在-18~10℃,一次凍融循環(huán)的時(shí)間為4小時(shí);110次凍融循環(huán)后普通混凝土塊剝落嚴(yán)重,質(zhì)量損失達(dá)6.7%,而超疏水混凝土塊無(wú)剝落,無(wú)質(zhì)量損失。
(5)為驗(yàn)證超疏水混凝土塊的耐腐蝕性能,將內(nèi)部分別插有碳鋼棒的超疏水混凝土塊和普通混凝土塊浸泡在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.5%氯化鈉溶液中,并施加20v電壓腐蝕20s,腐蝕完成后敲碎混凝土塊,被普通混凝塊包裹的碳鋼棒表面已完全腐蝕,而被超疏水混凝土塊包裹的碳鋼棒表面未發(fā)生腐蝕。