海工混凝土是建造港口、防波堤和跨海大桥等海洋工程结构的基础材料。其耐久性不仅对这些海洋建筑的使用性能至关重要,还关乎其长期可靠性和安全性。然而,海洋腐蚀对海工混凝土结构的耐久性和安全性有着重大影响,会导致海洋建筑的严重损坏,甚至引发重大事故。包括海水、化学污染物和生物活性在内的腐蚀性海洋环境不断降低海工混凝土的耐久性。混凝土固有的亲水性和多孔性使得海水能够轻易渗透其中,从而导致其腐蚀和劣化。除了海水的化学侵蚀外,海工混凝土还容易受到微生物诱导混凝土腐蚀(MICC)的影响。微生物可以形成生物膜,作为腐蚀剂进入混凝土的额外途径,同时还会产生加剧材料降解的腐蚀副产物。因此,迫切需要开发新型的混凝土防腐技术,以有效抵御海洋环境的侵害,并充分理解混凝土、海水和海洋微生物之间复杂的相互作用。这些需求对新型混凝土防腐技术提出了更高的要求,使得开发有效的海工混凝土防腐策略成为一项具有挑战性的任务。
减少腐蚀影响的一种有效方法是防止腐蚀性物质(如水、氯和细菌)与混凝土材料直接接触。因此,海洋防护涂层技术作为一种有效的解决方案应运而生,它通过在混凝土结构表面形成一道物理屏障,保护混凝土免受恶劣环境条件的破坏,从而显著提升混凝土结构的耐久性。目前,人们已经开发出多种用于制备海洋防护涂料的策略,包括聚氨酯、环氧树脂、丙烯酸和氟聚合物涂料,所有这些涂料都具有优异的粘附性、抗渗透性和抗腐蚀性。然而,随着时间的推移,涂层材料的老化和降解以及某些涂层中使用的有毒杀生剂对海洋生态系统的潜在污染等问题引发了担忧,并限制了其应用。因此,寻找耐久且环保的海洋防护涂层材料仍是海工混凝土耐久性研究的重点。
仿生猪笼草设计的光滑注液多孔表面(SLIPSs)具有优异的拒液性,能有效防止基底与腐蚀性介质和污损生物接触。在过去十年中,SLIPS涂层已被证明是防止金属腐蚀的高效工具。这种保护通过两种机制实现:一是SLIPS的非极性液体层能有效阻挡腐蚀性介质;二是海洋微生物无法与光滑表面建立稳定且强大的相互作用,从而有效防止了与微生物相关的腐蚀。因此,SLIPS涂层是用于海工混凝土材料的理想防腐技术。然而,光滑涂层的长期稳定性需要优化,其对混凝土表面的附着力耐久性还需要进一步探索。因此,研究光滑涂层对混凝土的耐久性和防护性能对于其在海洋工程中的广泛应用具有重要意义。
近期,青岛理工大学鲍玖文/王文焕团队成功开发了一种PDMS有机凝胶基光滑涂层。
通过将聚二甲基硅氧烷(PDMS)有机凝胶、乙烯基三甲氧基硅烷、玻璃纤维(GF)和硅油相结合,制得PDMS有机凝胶基光滑涂层(i-PDMS)。 该i-PDMS涂层具有优异的拒水性、优化的附着力和抗紫外线老化性能。即使经过90天的加速紫外线老化测试后,该涂层的附着力仍保持在95%以上。该i-PDMS涂层具有优异的抗海水和氯离子渗透性能,能有效抑制海洋微生物的附着,从而提高了海工混凝土的耐久性。此外,通过简单的刷涂操作,该i-PDMS涂层可以轻松地涂覆在混凝土表面,在静态和动态环境条件下展现出显著的防止微生物诱导混凝土腐蚀(MICC)的潜力。因此,本研究为海工混凝土保护提供了一种有效的抗MICC策略,并为优化具有更高耐久性的光滑表面提供了思路。 涂层制备示意图 i-PDMS涂层的制备过程示意图。
防污和抗渗透性能机理 i-PDMS涂层的防污和抗渗透性能机理。
数据来源与出处 相关研究成果以“Silicone lubricant infused polydimethylsiloxane-based coating with enhanced stability for improving the durability of marine concrete”为标题发表在《Construction and Building Materials》上。
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