華南理工大學研究人員在混凝土防護材料方面取得突破:滲入固結型高分子材料

華南理工大學“海洋工程材料”團隊研制出了滲入固結型混凝土防護材料:與傳統的防護涂料相比,該材料具有優異的滲入-固結性能,能夠滲入混凝土小到納米級的孔隙中并原位固化交聯,從而消除混凝土多孔介質所形成的毛細管、孔隙與微裂縫,使混凝土的防護層厚度從幾十微米提高至幾毫米,進而使混凝土具有優異的抗滲防腐增強功能。

混凝土已廣泛應用于水電大壩、跨海橋梁、沿海工程、島礁建設中。然而混凝土具有多孔結構,水和離子可通過其孔隙,滲入其內部,對其造成腐蝕。混凝土也是一種脆性材料,在應力的作用下,混凝土容易開裂失效,造成巨大的經濟損失及嚴重的安全隱患。因此,混凝土防護是一個關系到國計民生和工業建設的重要問題,發展高性能混凝土防護材料是延長混凝土使用壽命的重要方向。

涂層防護是混凝土防護中最有效的防護方法之一。然而,傳統混凝土防護材料不具有滲入性,僅在混凝土表面形成涂層,由于涂層與混凝土是相互獨立的兩相,在各種因素的影響之下,兩相界面失效,涂層容易在混凝土表面起皮剝落。同時,幾十至幾百微米厚的表面防護層防護能力有限,一旦被腐蝕因子破壞,混凝土結構迅速腐蝕,無法滿足嚴酷服役環境下的防護要求。

華南理工大學“海洋工程材料”團隊長期從事混凝土防護材料的研究,在混凝土防腐、防水、加固、修復方面開展了大量工作。最近,他們研制了系列滲入固結型混凝土防護材料。該材料具有優異的滲入-固結性能,能夠滲入混凝土小到納米級的孔隙中并原位固化交聯。

與傳統材料相比,該團隊研發的滲入固結型混凝土防護材料不僅在混凝土表面形成涂層,更深入結構層內形成“植根式”固結增強層, 從而消除混凝土多孔介質所形成的毛細管、孔隙與微裂縫,使混凝土的防護層厚度從幾十微米提高至幾毫米,從而使混凝土具有優異的抗滲防腐增強功能。相關結果引起國際同行的關注,歐洲涂料雜志(European coatings)為此專門做亮點報道。

華南理工大學研究人員在混凝土防護材料方面取得突破:滲入固結型高分子材料的圖1

▲圖1. 材料的滲入固結機理與性能

此外,該團隊根據滲入固結型防護材料與無機材料具有優異親和力的特點,發展了一種有機/無機雜化雙網絡結構的混凝土修復材料,以解決現有材料固化速度慢、前期力學性能差、水下難以固化的難題。該材料早期強度高達30 MPa,而后期強度可達100 MPa以上。該材料可用于高速公路的快速修復。

上述滲入固結型混凝土防護材料成功突破現有混凝土防護及修復領域的多個技術難題,已獲授權中國發明專利10余項并產業化。目前已用于地鐵、隧道、橋梁、海港碼頭、水電大壩以及民用建筑等工程的加固、防水防滲、防腐等,包括在剛通車的港珠澳大橋中也獲得應用。

華南理工大學研究人員在混凝土防護材料方面取得突破:滲入固結型高分子材料的圖2

  ▲圖2. 滲入固結型防護材料的應用

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