海工混凝土是建造港口、防波堤和跨海大橋等海洋工程結構的基礎材料。其耐久性不僅對這些海洋建筑的使用性能至關重要,還關乎其長期可靠性和安全性。然而,海洋腐蝕對海工混凝土結構的耐久性和安全性有著重大影響,會導致海洋建筑的嚴重損壞,甚至引發重大事故。包括海水、化學污染物和生物活性在內的腐蝕性海洋環境不斷降低海工混凝土的耐久性。混凝土固有的親水性和多孔性使得海水能夠輕易滲透其中,從而導致其腐蝕和劣化。除了海水的化學侵蝕外,海工混凝土還容易受到微生物誘導混凝土腐蝕(MICC)的影響。微生物可以形成生物膜,作為腐蝕劑進入混凝土的額外途徑,同時還會產生加劇材料降解的腐蝕副產物。因此,迫切需要開發新型的混凝土防腐技術,以有效抵御海洋環境的侵害,并充分理解混凝土、海水和海洋微生物之間復雜的相互作用。這些需求對新型混凝土防腐技術提出了更高的要求,使得開發有效的海工混凝土防腐策略成為一項具有挑戰性的任務。
減少腐蝕影響的一種有效方法是防止腐蝕性物質(如水、氯和細菌)與混凝土材料直接接觸。因此,海洋防護涂層技術作為一種有效的解決方案應運而生,它通過在混凝土結構表面形成一道物理屏障,保護混凝土免受惡劣環境條件的破壞,從而顯著提升混凝土結構的耐久性。目前,人們已經開發出多種用于制備海洋防護涂料的策略,包括聚氨酯、環氧樹脂、丙烯酸和氟聚合物涂料,所有這些涂料都具有優異的粘附性、抗滲透性和抗腐蝕性。然而,隨著時間的推移,涂層材料的老化和降解以及某些涂層中使用的有毒殺生劑對海洋生態系統的潛在污染等問題引發了擔憂,并限制了其應用。因此,尋找耐久且環保的海洋防護涂層材料仍是海工混凝土耐久性研究的重點。
仿生豬籠草設計的光滑注液多孔表面(SLIPSs)具有優異的拒液性,能有效防止基底與腐蝕性介質和污損生物接觸。在過去十年中,SLIPS涂層已被證明是防止金屬腐蝕的高效工具。這種保護通過兩種機制實現:一是SLIPS的非極性液體層能有效阻擋腐蝕性介質;二是海洋微生物無法與光滑表面建立穩定且強大的相互作用,從而有效防止了與微生物相關的腐蝕。因此,SLIPS涂層是用于海工混凝土材料的理想防腐技術。然而,光滑涂層的長期穩定性需要優化,其對混凝土表面的附著力耐久性還需要進一步探索。因此,研究光滑涂層對混凝土的耐久性和防護性能對于其在海洋工程中的廣泛應用具有重要意義。
近期,青島理工大學鮑玖文/王文煥團隊成功開發了一種PDMS有機凝膠基光滑涂層。
通過將聚二甲基硅氧烷(PDMS)有機凝膠、乙烯基三甲氧基硅烷、玻璃纖維(GF)和硅油相結合,制得PDMS有機凝膠基光滑涂層(i-PDMS)。 該i-PDMS涂層具有優異的拒水性、優化的附著力和抗紫外線老化性能。即使經過90天的加速紫外線老化測試后,該涂層的附著力仍保持在95%以上。該i-PDMS涂層具有優異的抗海水和氯離子滲透性能,能有效抑制海洋微生物的附著,從而提高了海工混凝土的耐久性。此外,通過簡單的刷涂操作,該i-PDMS涂層可以輕松地涂覆在混凝土表面,在靜態和動態環境條件下展現出顯著的防止微生物誘導混凝土腐蝕(MICC)的潛力。因此,本研究為海工混凝土保護提供了一種有效的抗MICC策略,并為優化具有更高耐久性的光滑表面提供了思路。 涂層制備示意圖 i-PDMS涂層的制備過程示意圖。
防污和抗滲透性能機理 i-PDMS涂層的防污和抗滲透性能機理。
數據來源與出處 相關研究成果以“Silicone lubricant infused polydimethylsiloxane-based coating with enhanced stability for improving the durability of marine concrete”為標題發表在《Construction and Building Materials》上。
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