一种硅橡胶模板及其制备方法和利用该模板制备超疏水混凝土的方法与流程

本发明属于混凝土表面憎水改性技术领域，涉及一种硅橡胶模板及其制备方法和利用该模板制备超疏水混凝土的方法。

背景技术：

水泥及其混凝土制品在基材建设(建筑、道路、桥梁)和重要设施(机场、桥墩、跨海大桥、核电站、油井)建设领域用量极大。水泥混凝土材料普遍存在吸水性大，容易受到腐蚀性海水、湖泊水、酸雨、冰冻等与水相关的破坏和侵蚀，因此，对混凝土制品表面进行疏水改性，提高混凝土制品的耐水性有利于提高混凝土制品的耐久性。目前，对水泥混凝土进行憎水改性的方法主要是通过在混凝土拌合物中添加硅烷或氟硅烷进行疏水处理，这些硅烷类化学处理剂在水泥混合、固化过程中能够形成超疏水的防水保护层，防止水进入水泥混凝土的空隙中。专利文献201611030438x公布了利用硅烷、氟硅烷或含氟丙烯酸酯共聚物改性硅酸盐水泥的方法，该方法使用了硅烷或含氟物，且仅对硅酸盐水泥有效。专利文献2018100461311将模具硅胶与硅胶固化剂涂抹于砂纸表面，干燥后得到具有砂纸阴膜结构的硅胶模板；然后将氯氧镁水泥浆体浇筑经设置的硅胶模板模具中，成型、养护后得到具有超疏水表面的氯氧镁水泥，但是对于普通硅酸盐水泥，相同方法得到的表面接触角仅为20°，为亲水表面。专利文献申请号2018101395035首先制备超疏水水泥细沙混合物，然后将其投入含有表面活性剂、分散剂和氟硅烷的水溶液中，经机械搅拌，形成超疏水水泥，同样，该方法在水泥配合物中添加了疏水改性剂硅烷，将会降低混凝土的强度。总之，这些方法所使用的硅烷和氟硅烷价格昂贵，毒性大；更为重要的是，在拌和料中加入硅烷后会降低所形成的混凝土的抗压强度，不利于混凝土的使用。由于水泥混凝土种类繁多、用量极大，在实际应用中急需开发通用的、简单且成本低廉的水泥混凝土超疏水表面制备方法。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的原料价格昂贵、制备方法适用性较差和耐久性较差的不足，本发明的目的在于提供一种硅橡胶模板及其制备方法和利用该模板制备超疏水混凝土的方法，其技术方案是按照如下步骤实现的：

一种硅橡胶模板的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硅酸盐水泥、标准砂与水混合，搅拌均匀形成浆体；随后将浆体倒入硅胶模具中，隔夜后脱模，养护，得到普通硅酸盐水泥混凝土样品，其下表面为与硅胶模具接触表面；

(2)将硅橡胶的各组分混合均匀，得到硅橡胶前驱体溶液；将上述普通硅酸盐水泥混凝土下表面水平放置并朝上作为基板；将硅橡胶前驱体溶液倒在上述基板上，真空除泡后进行固化，冷却，揭开硅橡胶材料，其与基板接触表面即为硅橡胶模板。

优选地，步骤(1)中硅酸盐水泥、标准砂和水的配料比按重量份为100：100：45。

优选地，步骤(1)中所述橡胶模具为市场购买的普通硅胶制成的正方体模具，内部空腔尺寸为20cm×20cm×5cm；所述养护的条件为在标准养护箱中养护28天；所述普通硅酸盐水泥混凝土样品形状为20cm×20cm×1cm大小的正方体板状。

优选地，步骤(2)中所述的硅橡胶为道康宁公司的184型双组分硅橡胶，其中双组份为a组分聚合体和b组分交联剂，使用时将a组分聚合体和b组分交联剂按重量比10:1混合均匀。

优选地，步骤(2)中所述固化具体为先室温下固化24h，然后80℃下固化2h。

一种利用硅橡胶模板制备超疏水混凝土的方法为：

将水泥、标准砂与水混合均匀，浇筑并充满在硅胶模具内，振实后将硅胶模具倒扣在上述硅橡胶模板上，脱模；脱模后的混凝土样品经过养护后即得到超疏水混凝土样品。

优选地，所述的水泥为硅酸盐水泥、铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥；其中水泥、标准砂和水的重量比为100:100:30～45。

优选地，所述养护为标准养护箱中养护28天，脱模前需保持倒扣的硅胶模具与硅橡胶模板接触24h。

有益效果：

(1)制备硅橡胶模板的方法中，普通硅酸盐水泥与硅橡胶模板一起固化，使得硅橡胶表面会变得粗糙，在后面硅橡胶表面和混凝土扣在一起时，这个粗糙结构会有利于水泥更粗糙，增加混凝土表面的超疏水性。

(2)制备超疏水混凝土方法中，硅橡胶模板与混凝土扣在一起经过一段时间后，使硅橡胶中的一些低分子量疏水组分渗透到混凝土表面，对混凝土表面进行疏水修饰，使得混凝土表面具有疏水性；另外混凝土本身表面具有粗糙的微观结构，粗糙结构进一步强化混凝土表面的疏水性，因此，混凝土在硅橡胶模板上固化后表面具有超疏水性。

(3)本方法制备的硅橡胶模板适用性广，可应用与普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥，并且该硅橡胶模板重复性较强，可重复使用10次以上。

(4)本发明制备方法与水泥混凝土制备过程完全同步，混凝土凝结固化后，超疏水表面即同时形成，因此实用性强。

(5)本发明硅橡胶模板原料便宜，安全无毒，制备方法简单，有较好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1中得到的硅酸盐水泥混凝土样品接触角测试照片；

图2为本发明实施例1中得到的硅酸盐水泥混凝土样品滚动角测试照片。

具体实施方式

下面实施例以及附图对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

首先制备硅橡胶模板：采用强度等级为42.5mpa的海螺牌普通硅酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。按照水泥100重量份，标准砂100重量份，水45重量份的比例，将上述普通硅酸盐水泥、标准砂与水混合，搅拌均匀形成浆体；随后将浆体倒入内部空腔尺寸为20cm×20cm×5cm的由普通硅胶制成的正方体形模具中，隔夜后脱模。将脱模后的水泥混凝土试样在标准养护箱中养护28天后得到20cm×20cm×1cm大小的正方形薄板状普通硅酸盐水泥混凝土样品，其下表面为与硅胶模具接触表面。将道康宁公司的184型硅橡胶a组分和b组分按照重量比10:1混合均匀，得到前驱体溶液；将混凝土下表面水平放置并朝上作为基板；将该前驱体溶液倒在上述基板上，真空除泡后室温下固化24小时，然后在80℃下固化2小时。冷却到室温后揭开硅橡胶材料，其与混凝土接触表面即为硅橡胶模板。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水硅酸盐水泥混凝土：采用强度等级为42.5mpa的海螺牌普通硅酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份普通硅酸盐水泥混凝土组成为水泥，100重量份标准砂和45重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述制备的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品。如图1，所得超疏水硅酸盐混凝土样品与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为153.2°；如图2，其滚动角为7.8°，说明本方法制备的超疏水混凝土有较好的超疏水性。

实施例2

首先制备硅橡胶模板：与实施例1相同。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水铝酸盐水泥混凝土：采用嘉耐a700铝酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份铝酸盐水泥，100重量份标准砂和30重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述制备的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为152.3°，滚动角为6.7°。

实施例3

首先制备硅橡胶模板：与实施例1相同。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水硫铝酸盐水泥混凝土：采用舜安doublefast硫铝酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份铝酸盐水泥，100重量份标准砂和30重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述制备的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为153.7°，滚动角为8.6°。

实施例4

采用实施例1中用过一次的硅橡胶模板。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水硅酸盐水泥混凝土：采用强度等级为42.5mpa的海螺牌普通硅酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份普通硅酸盐水泥，100重量份标准砂和45重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述用过一次的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为153.1°，滚动角为8.3°。

实施例5

采用实施例4中用过二次的硅橡胶模板。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水硅酸盐水泥混凝土：采用强度等级为42.5mpa的海螺牌普通硅酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份普通硅酸盐水泥，100重量份标准砂和45重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述用过二次的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为154.2°，滚动角为7.5°。

实施例6

采用实施例5中用过三次的硅橡胶模板。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水硅酸盐水泥混凝土：采用强度等级为42.5mpa的海螺牌普通硅酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份普通硅酸盐水泥，100重量份标准砂和45重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述用过三次的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为152.9°，滚动角为6.4°。

实施例7

采用实施例6中用过四次的硅橡胶模板。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水铝酸盐水泥混凝土：采用嘉耐a700铝酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。将100重量份铝酸盐水泥，100重量份标准砂和30重量份水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述用过四次的硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为154.3°，滚动角为6.2°。

实施例8

采用实施例7中用过五次的硅橡胶模板。

然后利用硅橡胶模板制备超疏水硫铝酸盐水泥混凝土：采用舜安doublefast硫铝酸盐水泥，厦门艾思欧标准砂有限公司提供的水泥试验用标准砂和当地自来水作为原料。铝酸盐水泥混凝土组成为水泥100重量份，标准砂100重量份，水30重量份。将一定配比的混凝土各组分与水混合均匀，然后浇筑在硅胶模具内，充满模具并振实后将模具倒扣在上述用过五次硅橡胶模板上，24小时后揭除模板并脱模；在标准养护箱中养护28d后即得到超疏水混凝土样品，其与硅橡胶模板所接触表面对水滴的接触角为153.7°，滚动角为8.6°。

由实施例1～3结果可知，本发明适用性广泛，可应用普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥等多种水泥品种。

由实施例4～8结果可知，本发明的硅橡胶模板可以多次重复使用，经实验验证，重复使用10次以上，可以同时保持其疏水性。