水泥路面超疏水涂层抗冻黏研究

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现行的道路冰雪控制技术存在着许多不足之处,本文从事前预防角度出发,结合仿生学研发了一种具有抗冻黏、降低冰与道路之间黏结力、对道路及其附属设施均无负面影响特点的超疏水涂料,将其应用于水泥混凝土道路表面,研究超疏水涂层混凝土的抗冻黏性性能,以期为水泥混凝土道路抗冻黏及除冰技术提供一种新思路。首先,论文对道路结冰过程、道路界面冰层黏附特性及道路冻黏理论进行了介绍,结合固体表面润湿性引入所选用的超疏水理论模型,从促进液滴滚落、延缓结冰时间、降低冰路之间的黏结三个方面对超疏水表面抗冻黏机理进行了分析。其次,选取涂料开发原材料及试验仪器,根据各组分用量对涂料性能的影响选取最佳配比,对最佳配比下的超疏水涂料性能进行了测试。再次,根据超疏水涂料用量对疏水效果、路面抗滑性能及造价的影响综合选定了超疏水涂料的最佳用量,对最佳用量下超疏水涂层的路用性能进行了测试。最后,分别设计进行了促进液滴滚落试验、延缓结冰时间试验、减少冰路之间黏结试验及冰层荷载破坏试验,对超疏水涂料在水泥混凝土路面的应用效果进行了研究。结果表明:超疏水涂料在理论上可以用于道路抗冻黏,效果主要从促进液滴滚落、延缓结冰时间及降低冰路之间的黏结三方面进行体现。论文超疏水涂料的最佳配方为水性环氧乳液的用量为4 g,固化剂用量为3 g,溶剂为30 ml无水乙醇,10 ml去离子水,纳米Si O23 g,十七氟癸基三甲氧基硅烷用量为0.5 ml,KH-550用量为1ml,炭黑用量为0.7 g,在最佳配方下涂料具有良好的存储稳定性、化学稳定性。超疏水涂料的最佳用量为0.5 L/m2,在最佳用量下涂层具有良好地耐温变性能、易清洁性与耐候性,耐磨性有待于进一步加强。超疏水涂料能够有效地促进液滴在水泥混凝土路面上滚落,在5℃、-5℃、-15℃三个温度试验组中,效果分别提升了72.9%、79.7%、81.2%;-5℃环境中,超疏水涂层可以有效降低其表面液滴的降温速度,能够使得液体在混凝土表面的结冰时间较普通试件延长45.5%;超疏水涂料的使用可以改变冰层与路面之间的层间状态,使冰层在冲击荷载或者车辆荷载作用下更加容易破裂从而更易进行进一步地清除。
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