[发明专利]有机/无机复合混凝土耐腐蚀保护膜涂层的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及防腐材料领域，尤其涉及一种利用溶胶凝胶技术制备的中性有机/无机复合混凝土耐腐蚀薄膜涂层的制备方法，及利用该涂层对钢筋混凝土结构进行防腐的方法。

背景技术

随着混凝土使用环境日益多样化，工业环境污染的日益加剧，混凝土结构受环境的侵蚀也日益突出。

众所周知腐蚀性介质对混凝土材料或钢筋的腐蚀作用均离不开水这一媒介，如碳化作用、盐类侵蚀、氯离子腐蚀。混凝土的内部因水的进入造成的破坏大体分为四个阶段。第一阶段：水分渗透；第二阶段：由于水的渗透，混凝土中含有的反应性二氧化硅同碱发生反应，生成硅酸钠，体积膨胀；氢氧化钙与水、二氧化碳反应生成碳酸钙，使混凝土pH值降低，钢筋锈蚀；第三阶段：伴随碱性材料反应的进行，混凝土膨胀体积增大，产生裂缝；第四阶段：开裂后可引起腐蚀物质更容易侵入，促进钢筋的腐蚀和体积进一步膨胀，强度降低。

美国著名混凝土梅塔教授(P.K.Mehta)曾经有如下论述：“从长远角度来看，混凝土的可穿透性或渗水性是唯一与耐久性直接相关的特征。”(《渗透型涂料表面处理与混凝土耐久性》/赵铁军编著)。大量事实证明，防止了水的进入，混凝土结构的病害包括钢筋锈蚀、碱骨料反应和冻融循环破坏根本就不会发生。因此，除了结构的防排水构造与材料密实性的设计和施工要求以外，具有防水功能的各种附加防腐蚀措施往往成为整个结构防腐蚀体系中必不可少的屏障。

将混凝土同周围的腐蚀介质隔离开来，在混凝土结构的表面涂履涂料是一种经济、易行的方法，其主要目的是提高混凝土表面的憎水性及增强混凝土耐腐蚀能力。

目前，传统性的防腐涂层有环氧树脂，乙烯基涂料、沥青涂料、氯化橡胶等涂料。

以上几种涂料虽然防水、防腐效果能够达到防止钢筋混凝土腐蚀，但都存在在的缺陷，如附着力差、易老化、寿命短、耐碱性差。同时这些密封膜封闭了混凝土的毛细管道，混凝土内部水汽的散出会使得这种封闭膜破裂，使用寿命大大缩短。

在有机无机复合薄膜领域的研究虽已展开，但是研究的数量、深入程度及最终结果都与国外相比差距较大，尤其在混凝土防腐的应用上，大部分还是采用了引入高分子物质(添加剂、络合物等)或直接加入纳米颗粒进行改性，制备过程也较复杂，不易控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种渗透型附着力强、韧性好、无色透明混凝土有机/无机复合耐腐蚀薄膜涂层。

一种有机/无机复合耐腐蚀薄膜涂层的制备方法，包括以下步骤：

在室温下，将正硅酸乙酯(TEOS)与去离子水、乙醇按照1∶(3～4)∶(3～5)的摩尔比配好，搅拌均匀，加入0.5-2％wt的催化剂二月桂酸二丁基锡，搅拌，搅拌转速优选控制在300r/min，搅拌时间1.5-2.5h，然后加入相对于TEOS质量10-20％的有机改性剂端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS-OH)搅拌2-4h至透明稳定溶胶，即制得本发明的有机/无机复合耐腐蚀薄膜涂层。所述的透明稳定溶胶粘度为4-6mPa·s。

所述的端羟基聚二甲基硅氧烷(PDMS-OH)中羟基的含量在8％wt。

正硅酸乙酯(TEOS)与去离子水、乙醇的配比选择，水和乙醇量增加会影响后期凝胶开裂，主要是由于溶剂的挥发引起的开裂，量太少又影响复合溶胶的制备，故本发明制备方法中正硅酸乙酯(TEOS)与去离子水、乙醇的摩尔比确定为1∶(3～4)∶(3～5)。

本发明针对SiO₂基有机无机复合薄膜研究及应用中存在的问题，在室温下结合溶胶凝胶制备技术，开展中性SiO₂基有机无机复合耐腐蚀薄膜的研制工作。正硅酸乙酯，做为一种有机硅小分子，其渗透性、耐老化性都比较好，而且其水解产物具有羟基可与混凝土表面羟基反应，起到粘接、加固的作用。同时两个、三个或四个正硅酸乙酯的分子可聚合成二聚体、三聚体或四聚体。也就是说，聚合体中包含有硅氧骨架的无机结构，能够产生增强、加固效果。然而，研究发现单纯的正硅酸乙脂材料脆性较大，加固后容易碎裂、发生剥落，达不到理想的增强效果，故本发明通过加入有机改性剂来改善其脆性。