摘要
合理的防护措施对提升海洋工程用混凝土的耐久性具有重要意义，针对这一需要所开发的混凝土基本防护和附加防护技术在延长海洋工程混凝土使用寿命方面取得了长足的进展。然而由于有机/无机材料表界面不相容，导致了混凝土力学性能降低、防水性不足等问题。此外，海洋工程混凝土防护过程中的有机污染物和微生物附着问题也不容忽视。因此，本论文提出基于贻贝仿生化学的表界面改性技术对海洋工程用防护材料进行改性，并在此基础上探索海洋工程用混凝土实现自清洁功能的可能性，具体内容如下： （1）选取海洋工程混凝土基本防护中潜力巨大的橡胶改性的水泥砂浆（橡胶水泥砂浆）作为研究对象，从橡胶颗粒与水泥基体的界面不相容导致橡胶水泥砂浆力学性能降低的问题出发，采用多巴胺等多酚改良橡胶颗粒与水泥基体之间的界面结合。通过静/动态接触角、微观形貌分析、抗压测试及摩擦测试等表征，系统研究了多酚改性对橡胶颗粒与水泥基体界面相容性的影响。研究结果表明：多酚改性显著提高了橡胶颗粒表面的亲水性，明显改善了橡胶颗粒与水泥基体间的界面结合。改性后，橡胶水泥砂浆28天抗压强度提升了37%。模拟海水浸泡实验表明，改性橡胶水泥砂浆7天的吸水率仅为3.2%。此外，多酚改性橡胶水泥砂浆在-40℃至20℃范围内表现出下优异的耐磨性能，使其能更好的应对海浪冲刷等物理磨损。 （2）选取海洋工程混凝土附加防护常用的聚丙烯酸酯涂层作为研究对象，以更强的粘附性和防水性为准则，基于贻贝仿生化学原理设计了强疏水多酚丙基焦三酚改性的聚丙烯酸酯涂层，研究丙基焦三酚改性对涂层各项性能的影响规律。研究结果表明：丙基焦三酚改性能改善聚丙烯酸酯涂层的涂刷性、粘附力、力学性能等，掺有2mg/ml丙基焦三酚的聚丙烯酸酯涂层铅笔硬度和附着力测试值分别由3H和2A提升至了5H和5A。由于丙基焦三酚的疏水作用，掺有丙基焦三酚的聚丙烯酸酯涂层防水性明显提升，涂刷改性涂层的水泥净浆在模拟海水中浸泡28天后吸水率由16.5%下降至6.8%。 （3）针对有机污物和微生物附着加剧海洋工程用混凝土侵蚀的问题，本论文在改性聚丙烯酸酯涂层的基础上引入了二维材料（Ti3C2MXene），制备了具有自清洁性能的复合涂层，探究了Ti3C2MXene对复合涂层性能的影响规律，结果表明：Ti3C2MXene的掺入有效提升了聚丙烯酸酯涂层交联密度，从而改善了复合涂层的力学性能、附着力及防水性等。由于Ti3C2MXene氧化形成具有光催化和光热活性的TiO2/Ti3C2，负载Ti3C2MXene的改性聚丙烯酸酯涂层在光照条件下既能有效分解油酸，又能抑制革兰氏阴性/阳性细菌生长，具备自清洁性能。
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