许里杰
摘要：钢结构桥梁具有跨越能力强、质轻、刚度大、抗震性能高、施工周期短等优点,在公路、铁路桥梁建设中得到了较为普遍的应用。然而随着当前环境污染不断加剧,大气中各种固液态的粉尘和颗粒等污染物逐渐在钢结构桥梁表面累积,对桥梁的美观性造成不可忽视的影响,此外,这些污染物往往吸附了环境中侵蚀性的介质,加重了桥梁结构的腐蚀情况,影响桥梁运营期的安全性。本文基于超疏水基本理论,从实用性和经济性原则出发,提出了一系列在Q345桥用钢基底表面制备疏水自清洁表面的制备方法,主要研究了涂层的表面形貌、润湿性能、透光率、自清洁性能、机械性能、耐候性能等,并为验证涂层实际环境下的耐用性能,进行了长期户外暴露试验。本文主要的工作和结论如下:（1）对超疏水自清洁表面的制备方法、耐久性能、桥梁领域的应用现状进行了较为全面的梳理,总结了超疏水自清洁表面的发展趋势,阐述了超疏水表面的理论基础和其实现自清洁功能的原理,在此基础之上,设计了在Q345桥用钢基底表面的疏水自清洁材料试验方法。（2）开展了三类自清洁表面制备和性能的试验研究:（1）通过机械共混R972（疏水SiO2纳米粒子）和中性硅酮结构胶形成均匀分散液,在Q345钢基底表面喷涂制备出低水粘附性的超疏水自清洁表面。利用FTIR和EDS分析了超疏水涂层的分子结构和分子组成。通过SEM、接触角测量仪、AFM、UV-VIS、附着力测试仪研究了原料用量对涂层的表面微观形貌、疏水性、粗糙度、透光率、附着力产生的影响,以此确定了超疏水涂层的最优原料配比,并考察了该配比条件下超疏水涂层的耐久性能,试验结果表明其对酸水盐、高温、紫外线均具有良好的耐候性,但不耐强碱且耐磨性较差。（2）采用喷涂法在Q345钢基底表面制备出改性聚硅氧烷疏水自清洁表面。利用SEM、接触角测量仪、UV-VIS表征了涂层的表面微观形貌、疏水性、透光率。研究了涂层的力学性能,分别采用纳米压痕仪和微米划痕仪测试了涂层的弹性模量、硬度和附着强度。进行了涂层的耐候性试验,结果表明涂层耐热、耐水和耐盐稳定性较好,但在强酸和强碱环境中容易失效,并且长期紫外照射容易黄变。（3）运用浸涂法和喷涂法在Q345钢基底表面制备出R972/聚硅氧烷复合超疏水自清洁表面。通过类似方案（1）的表征与试验方法分析了R972含量对涂层的各项性能的影响,其中重点研究了涂层的耐磨性能,结果表明添加适量的R972,涂层具有优良的超疏水性、透明性、附着力、耐磨性和耐候性。（3）为考察R972/硅酮胶复合涂层（1#）、改性聚硅氧烷涂层（2#）、R972/聚硅氧烷复合涂层（3#）的实用水平,开展了这三类样品的户外试验。测试并分析了三类样品的润湿性能随暴露时间的变化规律;统计并分析了暴露时间对三类样品的耐沾污性能和表面污染情况的影响;测试了户外放置90天的三类样品的自清洁效果。试验结果表明,三类样品在户外条件下的使用性能为3#>1#>2#。
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