论文题目：氧化石墨烯改性聚氨酯涂层提升混凝土氯盐抗力的研究
摘要：在海洋环境中,氯离子侵蚀是引起混凝土中钢筋锈蚀,进而影响混凝土结构耐久性的主要原因,而在混凝土表面涂刷有机涂层是改善混凝土工程氯盐抗力的重要方法之一。有机涂层虽然可以有效提升混凝土的抗氯盐侵蚀能力,但由于有机涂层易老化的通病,老化后的涂层对混凝土的防护能力大打折扣。已有研究证明,在有机涂层中掺入普通颗粒状纳米材料可以有效提升混凝土的防腐蚀性能和抗老化性能;鉴于前人研究的基础上本文选择使用片状纳米材料—氧化石墨烯（GO）材料,并将其进行改性后加入到聚氨酯涂层中,进而制备出GO改性聚氨酯涂层混凝土试件。本文选取TiO2接枝GO的改性方式和将GO直接超声分散两种分散方法,将0.1%、0.3%、0.5%质量分数的GO掺入到聚氨酯涂层中制备出复合涂层。以涂层混凝土为研究对象,通过紫外老化实验、电通量实验和长期氯盐浸泡实验研究GO改性聚氨酯涂层混凝土的抗氯离子渗透能力和抗老化能力。同时结合扫描电镜、傅里叶红外光谱分析探究GO对聚氨酯涂层提升混凝土抗氯盐和抗老化性能的机理。在此基础上,建立氯盐浸泡环境和紫外老化环境下的GO改性聚氨酯涂层混凝土构件服役预测模型。本文取得的主要研究成果如下:（1）在混凝土表面涂刷聚氨酯涂层可以有效改善混凝土的抗氯离子侵蚀性能。掺入GO后的聚氨酯涂层对混凝土的抗氯盐侵蚀效果提升更明显,使用TiO2对GO进行改性后加入到聚氨酯涂层中对混凝土抗氯盐侵蚀能力的提升大于将GO仅超声分散后加入到聚氨酯涂层中的提升效果。相较于无涂层混凝土,掺入0.5%GO聚氨酯涂层混凝土抗氯盐侵蚀能力最高提升72.4%,掺入0.3%TiO2改性GO聚氨酯涂层混凝土抗氯盐侵蚀性能最高提升了80.2%。GO对聚氨酯涂层的改性效果主要取决于GO材料在聚氨酯涂层中的分散性,GO不仅可以对聚氨酯涂层中的孔洞和缝隙起到填充作用,自身的片状、堆叠的结构还可以有效延长氯离子的腐蚀路径,延缓腐蚀所需时间。（2）聚氨酯涂层抗紫外光照老化能力较弱,加入GO后其抗老化能力得以显著提升。由于纳米材料易团聚的特性,GO改性聚氨酯涂层抗老化能力随GO掺量总体呈现先增大后减小的趋势。0.3%掺量的TiO2改性GO聚氨酯涂层混凝土抗老化性能最优异,同时其抗氯盐侵蚀能力提升幅度也最大,提升幅度最高为77.4%。在紫外加速老化后,GO改性聚氨酯涂层混凝土的氯离子扩散系数呈现增大趋势。（3）GO加入可以减少聚氨酯涂层中的微孔洞,增加涂层表面密实度,优化其表层的孔隙结构,随着GO材料分散性的增强这一效果更加显著。老化后的聚氨酯涂层防腐蚀能力大大削弱,掺入改性GO后可以大幅度减少聚氨酯涂层老化后的孔洞和裂缝,增强涂层密实度,使其仍有较好的抗氯离子侵蚀能力,从而延缓其服役寿命。（4）建立了涂层混凝土的氯离子扩散系数和老化时间的函数关系:Dn=a1+（b1-a1）/1-x/c1d1。根据Fick第二定律结合以前学者的研究基础上,结合长期氯盐浸泡以及电通量实验数据推导出氯盐环境下和紫外老化环境下GO改性聚氨酯涂层混凝土的服役寿命预测模型。在氯盐环境中无涂层混凝土构件服役寿命预计为19.6年,聚氨酯涂层混凝土构件服役寿命预计为35.7年,GO聚氨酯涂层混凝土和TiO2改性GO聚氨酯涂层混凝土构件其抗氯离子侵蚀寿命延长至67.3年和78.4年,相比无涂层混凝土构件分别增加了47.7和58.8年,相比聚氨酯涂层混凝土构件分别增加了31.6年和45.3年;在日常紫外照射环境中无涂层混凝土构件服役寿命预计为17.6年,聚氨酯涂层混凝土构件服役寿命预计为45.3年,GO聚氨酯涂层混凝土和TiO2改性GO聚氨酯涂层混凝土其抗氯离子侵蚀寿命延长至73.2年和89.8年,相比无涂层混凝土构件预计服役寿命分别增加了55.6年和72.2年,相比聚氨酯涂层混凝土构件预计服役寿命分别增加了27.9年和44.5年。论文有图29幅,表21个,参考文献135篇。
关键词：氧化石墨烯;聚氨酯涂层;混凝土;氯盐抗力;老化抗力
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
致谢
摘要
abstract
变量注释表
1 绪论
1.1 研究的背景及意义
1.2 涂层混凝土防腐蚀研究现状
1.3 氧化石墨烯及石墨烯在聚合物基复合涂层材料的研究现状
1.4 存在的问题
1.5 研究目标和内容
1.6 研究技术路线
1.7 研究的重点、难点和创新点
2 混凝土及涂层材料和实验方法
2.1 实验原材料
2.2 氧化石墨烯改性聚氨酯涂层的制备
2.3 氧化石墨烯改性聚氨酯涂层混凝土试件的制备
2.4 氧化石墨烯改性聚氨酯涂层混凝土长期氯盐浸泡实验方法
2.5 氧化石墨烯改性聚氨酯涂层混凝土紫外老化实验方法
2.6 微观分析实验方法
3 聚氨酯涂层的老化与涂层混凝土电通量实验研究
3.1 概述
3.2 老化前GO改性聚氨酯涂层混凝土的电通量
3.3 紫外老化对GO改性有机涂层混凝土抗氯盐侵蚀性能的影响
3.4 紫外老化对GO改性聚氨酯涂层混凝土表观形貌影响分析
3.5 本章小结
4 聚氨酯涂层混凝土盐水浸泡实验研究
4.1 概述
4.2 GO改性聚氨酯涂层中氯离子含量分布
4.3 GO改性聚氨酯涂层对混凝土抗氯盐侵蚀能力影响
4.4 GO提升聚氨酯涂层抗氯盐能力机理探究
4.5 本章小结
5 聚氨酯涂层混凝土构件抗氯盐侵蚀寿命预测
5.1 概述
5.2 氯盐环境下涂层混凝土构件寿命预测模型
5.3 氯盐环境下GO改性涂层混凝土的氯离子扩散系数预测模型
5.4 紫外老化GO改性涂层混凝土的氯离子扩散系数预测模型
5.5 GO改性聚氨酯涂层混凝土构件寿命预测
5.6 本章小结
6 结论与展望
6.1 本文结论
6.2 工作展望
参考文献