摘要
公路桥梁混凝土在服役过程中受环境腐蚀因素影响，易受到水分子、氯离子、硫酸根离子、氧气、二氧化碳以及紫外线等侵蚀，造成内部体积膨胀、表皮开裂脱落等。尤其在冬季因预防道路结冰撒布除冰盐带来大量氯离子，与冻融循环耦合形成双重腐蚀作用，加剧混凝土结构失效，降低服役寿命。因此，开展混凝土表面腐蚀防护具有重要的工程应用价值。 针对除冰盐环境下混凝土表面防护材料环保型和耐久性不足的问题，本文在设计水性共聚聚合物乳液的基础上，将石墨烯二维结构原位引入乳液聚合过程中，制备了四种水性石墨烯改性聚合物纳米复合涂层，并研究了石墨烯掺量对复合涂层性能的影响规律及机理。具体研究内容如下： （1）研究了偶联剂表面修饰对氧化石墨（GO）在聚合物乳液中的分散性的影响，分别采用KH560和A151对GO进行表面修饰得到KGO和AGO。利用红外光谱分析、XRD、热重和SEM等表征方法对比了改性前后GO的结构、粒子大小、热稳定性及表面形貌等。结果表明，氧化石墨烯在无水乙醇与去离子水（3:1）混合液中超声处理并与适量偶联剂水热反应 5小时后干燥研磨，红外光谱中出现了 Si-O-C 吸收峰，说明硅烷偶联剂改性成功，Si-O键的引入也改善了GO的热稳定性；XRD和SEM可以看出改性后的AGO纳米片层间距增加，出现较为明显褶皱，改性后纳米片的堆叠现象有所改善。 （2）为了提高涂层与混凝土表面的粘结性，利用环氧结构中的极性官能团结构对丙烯酸共聚改性，以环氧树脂（E-44）、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为主要原料，采用原位聚合法引入不同掺量偶联剂修饰的GO（FGO：0.025wt%，0.05wt%， 0.075wt%，0.10wt%）制备GO/WEP乳液，将其与适量颜填料及助剂制得GO/WEP防腐涂料并制成涂层。结果表明，加入FGO提高了复合涂层的热性能；0.05wt%KGO-WEP的综合性能较优，复合涂层的铅笔硬度5 H，冲击强度≥50 cm，粘结强度1.79 MPa，吸水率1.06 %，接触角78.05°，耐紫外线老化1000h后的色差ΔE为0.75，光泽度GU保持较好为9.7，耐化学介质腐蚀240 h后涂层形貌保持良好，涂层氯离子渗透量为0.34×10-3 mg/(cm2·d)。 （3）考虑涂层表面化学特性对腐蚀介质的抵御和隔绝，利用含氟单体对丙烯酸酯共聚改性，以甲基丙烯酸十二氟庚酯（DFMA）、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为主要原料，采用原位聚合法引入不同掺量偶联剂修饰的GO（FGO：0.025wt%， 0.05wt%，0.075wt%，0.10wt%）制备GO/FC乳液，将其与适量颜填料及助剂制得GO/FC防腐涂料并制成涂层。结果表明，加入FGO提高了复合涂层的热性能；0.075wt%AGO-FC复合涂层的综合性能最好，铅笔硬度6 H，冲击强度≥50 cm，粘结强度4.74 MPa，吸水率0.25%，接触角128.16°，耐紫外线老化1000 h后的色差ΔE为0.35，光泽度GU保持较高为13.2，耐化学介质腐蚀240 h后形貌保持完整，涂层氯离子渗透量为0.3×10-3 mg/(cm2·d)。 （4）将上述研究中性能最佳的两种涂层涂覆在混凝土砂浆块，进行盐冻循环腐蚀试验，并设置空白对照组。室内模拟的除冰盐冻融腐蚀条件为：5%市售除冰盐配置的溶液，冷冻3 h，取出擦干静置1 h为一循环。盐冻循环后，对试块吸收除冰盐溶液后的质量增长率、涂层的粘结强度、砂浆块的抗压强度、抗氯离子渗透性等进行评价。结果表明，经40次盐冻循环后，0.075wt%AGO-FC涂层的综合性能最好，AGO纳米片在聚合物基体中分散均匀，涂层与混凝土基材的粘结性保持较好，且AGO-FC涂层表面憎水性提高，耐腐蚀性能较好。
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