一种环保型混凝土表面防冻涂层的制备方法及其应用与流程

本发明涉及一种使用低表面能物质室温硫化硅橡胶（rtv）与ldh材料为主而制备环保型混凝土表面防冻涂层的制备及其应用的方法及其应用。在低表面能的物质表面构造纳米微米级粗糙结构制备一种超疏水材料，ca-al-no3ldhs的加入不仅可以提供纳米微米级粗糙结构来增加涂层的疏水性，还可以一定程度的降低表面水溶液的冰点。该涂层能延缓结冰时间，具有良好的防腐性能以及耐久性，延长混凝土的使用寿命，可以缓解道路、水坝、桥梁等混凝土设施的结冰和腐蚀引起的安全问题并延长混凝土的使用寿命。
背景技术：
：混凝土具有优异的的机械性能和低成本的优点，因此目前广泛的应用于土木工程中。但由于混凝土本身是多孔的且表面亲水，就导致低温环境中混凝土表面结冰的现象。表面结冰会使混凝土路面光滑，带来了路面车辆安全行驶的隐患，也对人们的出行安全构成了严重的威胁。目前采用的除冰方式主要有人工除冰，如利用铁锹或者除冰铲等工具；化学除冰，如向地面投放氯盐类融雪剂；加热式除冰，如微波加热，太阳能采集技术以及导电路面等，另外，在混凝土表面上使用防冻涂层也是一种有良好前景的防冰和防腐蚀的措施。本发明制备的是一种环保型混凝土表面防冻涂层，能延缓结冰时间，一定程度降低表面水溶液冰点，具有一定防腐能力和机械强度，意义是可以缓解道路、水坝、桥梁等混凝土设施的结冰和腐蚀引起的安全问题。技术实现要素：本发明提供一种环保型混凝土表面防冻涂层的制备及其应用。将该环保型防冻涂层刷涂在混凝土路面上，能延缓结冰时间，一定程度的降低表面水溶液的冰点，具有一定防腐能力和机械强度，还可以延长混凝土设施的使用寿命。1.本发明所用的ca-al-no3ldhs制备方法如下：发明中所用的钙铝钙矿（ca-al-no3ldhs）是通过共沉淀法合成的。a、将四水合硝酸钙（ca（no3）2·4h2o），九水合硝酸铝（al（no3）3·9h2o）溶于200ml去离子水中，以摩尔比2:1得到2mol/l溶液。b、将上步所得溶液加入到浓度为2mol/l的200ml的硝酸钠溶液中，用磁力搅拌器在25℃下剧烈搅拌2h。通过加入1mol/l氢氧化钠溶液将ph调至12。c、将溶液用真空抽滤机过滤，得到的滤饼用去离子水洗涤三遍，直到滤液中不含可溶性硝酸盐为止。然后在100℃的烘箱中干燥12h。2.本发明中疏水的ca-al-no3ldhs制备方法如下：a、将10gldhs粉末和5ml无水乙醇在三颈烧瓶中混合。然后在65℃将0.6gkh570、9ml乙醇和1ml去离子水加入上述烧瓶中，并剧烈搅拌30h。b、在搅拌过程中，逐滴加入乙酸使混合物的ph保持在3~4之间。c、将上步所得白色浆液过滤后用去离子水洗涤三遍，在100℃下干燥6h。d、最后将干燥的固体研磨并通过200目筛网，即可获得疏水改性的ldhs颗粒。3.本发明所述的环保型混凝土表面防冻涂层制备方法如下：室温硫化硅橡胶（rtv）、表面疏水改性的ca-al-no3ldhs、正硅酸乙酯、异辛酸铋、正己烷按照质量比100：5：1：10：20混合并搅拌十分钟，然后使用刷子将所得的混合物刷涂在混凝土基材上，待固化后将120号溶剂油以110g/m2的量喷涂在涂层表面即可获得超疏水防冻涂层。与目前现有的混凝土表面防冻涂层相比，本发明环保型混凝土表面防冻涂层不仅能延缓结冰时间，一定程度的降低表面水溶液的冰点，还具有一定防腐能力和机械强度，可以缓解道路、水坝、桥梁等混凝土设施的结冰和腐蚀问题。附图说明图1为一种环保型混凝土表面防冻涂层的制备工艺流程图及需要测试的性能。图2为不同温度下冰在三种不同涂层表面的附着力大小。图3为不同浓度的防冻涂层材料的凝固点值。具体实施方式一种环保型混凝土表面防冻涂层的制备及其应用，所述方法如下步骤：权利要求1—5中任一项所述的防冻涂层制备方法及其应用，所述步骤如下：a、将四水合硝酸钙与九水合硝酸铝配成2mol/l溶液加入到2mol/l的硝酸钠溶液中，加入1mol/l氢氧化钠溶液将ph调到12，过滤，洗涤后在100℃的烘箱中干燥12h。b、将10gldhs粉末和5ml无水乙醇在三颈烧瓶中混合。然后在65℃下将0.5gkh570、9ml乙醇和1ml去离子水加入烧瓶中并剧烈搅拌30h，搅拌过程逐滴加入乙酸使ph保持在3~4之间。将白色浆液过滤，用去离子水洗涤三次后在100℃下干燥4h，最后研磨并通过200目筛网得到疏水改性的ldhs颗粒。c、室温硫化硅橡胶（rtv）、改性疏水的的ca-al-no3ldhs、正硅酸乙酯、异辛酸铋、正己烷按照质量比100：5：1：10：20混合并搅拌10min，然后刷涂在混凝土基材上，待固化后将120号溶剂油以110g/m2的量刷在涂层表面即可。实施效果1.防冻涂层的防冰性能试验（1）原始混凝土表面与刷涂后的防冻涂层表面结冰时间测定试验在原始混凝土表面与刷涂后的防冻涂层表面滴入一定量水，放入温度为-10℃的冰箱中，分别记录两个混凝土试块的冻结时间。以下是试验结果：序号实验类别结冰时间（min）1原始混凝土表面142刷涂后的防冻涂层表面43从表中数据可以看出，原始混凝土试块表面冻结水滴时间是14min，刷涂后的防冻涂层表面冻结水滴的时间为43min，是原始混凝土试块表面冻结水滴时间的3倍多，因此说明该防冻涂层明显延迟了水滴结冰的时间，具有优异的延缓结冰时间的性能。（2）冰在混凝土上的附着力在混凝土试块的表面上滴加2g水，将聚酯薄膜切成10cm×10cm的正方形，将薄膜粘贴在混凝土试块上2.5h，当薄膜由于冻结而牢固地粘附在混凝土试块上时，用夹子将聚酯薄膜的一侧固定，并用拉力计拉动聚酯薄膜的另一侧直到薄膜从表面脱离为止。将不带涂层的混凝土试块、带rtv涂层的混凝土试块和带rtv/ldhs涂层的混凝土试块的最大拉力视为冰附着力。试验结果表明，冰在混凝土试块上的所有附着力都随着温度的降低而增加,rtv/ldhs样品的粘附力远低于对照和rtv样品。当温度为-10℃时，对照样品的粘附力为21n，是rtv样品（12n）的1.75倍，是rtv/ldhs样品（5n）的4.2倍。当温度降至-25℃时，对照试样，rtv试样和rtv/ldhs试样的粘附力分别为34n，18n和12n。这表明粘附力之差在较低的温度下进一步增大。rtv/ldhs样品的防冰性能较好。2.防冻涂层材料凝固点测定试验将涂层材料与蒸馏水配置成不同浓度的样品，将其置于-20℃的冰箱中，直至完全转化为冰相后置于室温，融化成涂料与冰水的混合物时，用温度计测量融化温度，三个平行测试测试得到平均凝固点。实验数据表明，在涂层材料浓度为90%时，涂层材料的凝固点最低达到-9.7℃，说明该涂层材料能一定程度的降低表面水溶液的冰点。3.混凝土抗盐冻质量损失(kg/m2)自制尺寸为4.5×4.5×2cm3混凝土试块，将原始混凝土与刷涂防冻涂层的混凝土试块的受试面置于5%的cacl2溶液中，cacl2溶液的水位高于混凝土试块5~8mm，冷冻箱温度降至-20±1℃时开始计算冷冻时间，冷冻3h；然后置于室温为20±1℃空气中融化1h，循环28次。28次冻融循环结束后，将混凝土试块剥落的渣粒倒在容器盘中，加清水后用毛刷洗刷试块受试面剥落的残渣，放到同一容器盘中于（100±5）℃的干燥箱中烘干至恒量。以下是试验结果：实验类别平行试验试块初始质量（g）试块耗损质量（g)mn(g/m2)原始混凝土试块195.60750.8309409.88刷涂防冻涂层的混凝土试块198.728800试验结果得出刷涂该防冻涂层后混凝土几乎没有质量损失，阻碍了氯离子对混凝土的腐蚀，具有良好的混凝土防腐性能。4、碳钢试片腐蚀率（mm/a）将5.0×2.5×0.2cm3的碳钢试片用丙酮和酒精预处理，然后将原始碳钢片与刷涂防冻涂层的碳钢片分别悬挂于5%的cacl2溶液中，溶液温度为30℃，调节转速并搅拌72h，停止悬挂试验后用毛刷将试片刷干净，在酸洗液中清洗30s，迅速用自来水冲洗，立即浸入naoh溶液中30s，迅速取出，用水冲洗，并用滤纸擦干，在乙醇中浸泡3min，用滤纸擦干后置于60℃干燥箱中4h以上至恒量，同时做试片的酸洗空白试验，以校正酸洗失重。以下是试验结果见：序号实验项目碳钢试片腐蚀率(mm/a)1原始碳钢试块0.322刷涂防冻涂层的碳钢试块0.10试验结果表明，原始碳钢的腐蚀率为0.32mm/a，刷涂防冻涂层的碳钢腐蚀率为0.10mm/a，具有良好的碳钢防腐性能。5、防冻涂层的耐久性测试将尺寸为15cm×20cm的方形rtv/ldhs涂料涂在混凝土路面上，每天在该涂层上以20km/h的速度行驶15次。30天后测试该涂层切下的试样上水滴的接触角和凝固时间，每个样品测试五次以获得平均值。以下是试验结果：样品水滴接触角（°）水滴结冰时间（min）耐久性测试之前的rtv/ldhs标本151°43耐久性测试之前的rtv/ldhs标本150.2°40实验结果表明，耐久试验前后，rtv/ldhs试件上水滴的接触角和凝固时间变化不大。rtv/ldhs样品上水滴的接触角从151°减小到150.2°，依然达到了超疏水的效果，rtv/ldhs样品上水滴的结冰时间从43min减小到40min，依然具有良好延缓结冰时间的作用，因此，rtv/ldhs涂料在超疏水性和防冰性方面的耐久性较好。当前第1页12