CN117070087B - 一种机场水泥道面硅烷防护材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机场水泥道面硅烷防护材料及制备方法，包括摩阻层、超疏水层和硅烷防护层；所述摩阻层、超疏水层和硅烷防护层由上往下依次分布；所述摩阻层的组成成分包括纳米二氧化钛、硅酸盐水泥、纳米玻璃微珠；所述超疏水层的组成成分包括氟化纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、乙醇；所述硅烷防护层的组成成分包括硅烷化合物、非离子表面活性剂、聚乙二醇、三乙胺、硫酸铝；其制备方法包括以下步骤：S1，制作硅烷防护层；S2，制作超疏水层；S3，制作摩阻层。本发明所制得材料抗冻性能高、抗盐冻性能高，超低温抗冻性好，耐久性高，使用寿命长，可以更好地满足机场水泥路面的使用需求。
Description
技术领域
本发明涉及机场水泥路面防护技术领域，具体为一种机场水泥道面硅烷防护材料及制备方法。
背景技术
北方机场水泥道面易出现耐久性破坏，水泥道面耐久性设计指标为300次冻融循环或更高，且设计年限为30年，而一些机场道面新建几年就出现耐久性破坏，出现道面剥落和开裂，与此同时，寒冷地区为保障冰雪天气的运行安全，必须要使用飞机或道面除冰液；道面除了受到冻融影响，还要受到除冰液对道面的腐蚀，经研究发现，冻融+腐蚀的耦合破坏正是很多机场耐久性破坏的原因，这种耦合破坏在混凝土技术中称为盐冻破坏，比单独的冻融破坏性要大得多。
针对以上耐久性破坏，目前的解决方法大多是通过研发防护剂喷涂在路面表面进行防护，其中硅烷防护剂，因其能够有效预防道面耐久性破坏问题，且使用方法简单、施工方便，而得以广泛应用。
现有的硅烷防护剂因其成分单一，对于机场水泥道面的抗冻性、抗盐冻性、防水性和渗透性等防护效果有限，从而导致机场水泥道面耐久性不足，需要经常维护。
发明内容
本发明目的是提供一种机场水泥道面硅烷防护材料及制备方法，以解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：本发明第一方面提供一种机场水泥道面硅烷防护材料，包括摩阻层、超疏水层和硅烷防护层；所述摩阻层、超疏水层和硅烷防护层由上往下依次分布；
所述摩阻层的组成成分包括纳米二氧化钛、硅酸盐水泥、纳米玻璃微珠；
所述超疏水层的组成成分包括氟化纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、乙醇；
所述硅烷防护层的组成成分包括硅烷化合物、非离子表面活性剂、聚乙二醇、三乙胺、硫酸铝。
优选的，所述硅烷化合物为辛基三乙氧基硅烷或异辛基三乙氧基硅烷。
优选的，以质量份数计，所述摩阻层的各组成成分含量为硅酸盐水泥17～32份、纳米二氧化钛3～5份、纳米玻璃微珠3～5份。
优选的，以质量份数计，所述超疏水层的各组成成分含量为氟化纳米二氧化硅26～32份、纳米氧化锌1.5～3份、纳米二氧化钛3～6份、乙醇60～80份。
优选的，以质量份数计，所述硅烷防护层的各组成成分含量为硅烷化合物8～14份、非离子表面活性剂0.5～1.2份、聚乙二醇3～6份、三乙胺2～4份、硫酸铝0.3～0.8份。
优选的，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
优选的，所述摩阻层、超疏水层的厚度比为9:（1～2）。
优选的，所述超疏水层中纳米氧化锌和纳米二氧化钛的含量比为1:2。
本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的机场水泥道面硅烷防护材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，制作硅烷防护层：
按比例称取硅烷化合物、非离子表面活性剂、聚乙二醇、三乙胺、硫酸铝，倒入容器中混合搅拌15min，然后涂刷在水泥路面表面；
S2，制作超疏水层：
将氟化纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、乙醇按比例进行混合，密封搅拌6h，利用气泵喷笔连续喷涂在硅烷防护层上；
S3，制作摩阻层：
将纳米二氧化钛、硅酸盐水泥和纳米玻璃微珠混合，并加入适量的水，混合搅拌20min，然后均匀涂覆在超疏水层上。
本发明至少具备以下有益效果：
本发明提供的一种机场水泥道面硅烷防护材料及制备方法，通过先以硅烷化合物、非离子表面活性剂、聚乙二醇、三乙胺、硫酸铝制作硅烷防护层，再以氟化纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、乙醇制作超疏水层，最后以纳米二氧化钛、硅酸盐水泥和纳米玻璃微珠制作摩阻层，所制得材料抗冻性能高、抗盐冻性能高，超低温抗冻性好，耐久性高，耐磨性好，使用寿命长，可以更好地满足机场水泥路面的使用需求。
附图说明
图1为本发明中摩阻层、超疏水层和硅烷防护层结构图；
图2为本发明中跑道的抗盐冻性能柱状图；
图3为本发明中站坪的抗盐冻性能柱状图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种机场水泥道面硅烷防护材料，包括摩阻层、超疏水层和硅烷防护层，摩阻层、超疏水层和硅烷防护层由上往下依次分布，摩阻层、超疏水层的厚度比为9:1；
以质量份数计，摩阻层、超疏水层和硅烷防护层的组成成分及含量如下：
摩阻层的组成成分及含量为硅酸盐水泥17份、纳米二氧化钛3份、纳米玻璃微珠3份；
超疏水层的组成成分及含量为氟化纳米二氧化硅26份、纳米氧化锌1.5份、纳米二氧化钛3份、乙醇60份，纳米氧化锌和纳米二氧化钛的含量比为1:2；
硅烷防护层的组成成分及含量为硅烷化合物8份、非离子表面活性剂0.5份、聚乙二醇3份、三乙胺2份、硫酸铝0.3份；
其中，硅烷化合物为辛基三乙氧基硅烷，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
本实施例提供的一种机场水泥道面硅烷防护材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，制作硅烷防护层：
按比例称取辛基三乙氧基硅烷8份、非离子表面活性剂0.5份、聚乙二醇3份、三乙胺2份、硫酸铝0.3份，倒入容器中混合搅拌15min，然后涂刷在水泥路面表面；
S2，制作超疏水层：
将氟化纳米二氧化硅26份、纳米氧化锌1.5份、纳米二氧化钛3份、乙醇60份按比例进行混合，密封搅拌6h，利用气泵喷笔连续喷涂在硅烷防护层上；
其中，氟化纳米二氧化硅的制备方法是采用正硅酸乙酯在碱性条件下进行水解，制得二氧化硅胶体，然后用十七氟癸基三乙氧基硅烷进行氟化处理，制得氟化纳米二氧化硅；
S3，制作摩阻层：
将硅酸盐水泥17份、纳米二氧化钛3份、纳米玻璃微珠3份混合，并加入适量的水，混合搅拌20min，然后均匀涂覆在超疏水层上。
实施例2
一种机场水泥道面硅烷防护材料，包括摩阻层、超疏水层和硅烷防护层，摩阻层、超疏水层和硅烷防护层由上往下依次分布，摩阻层、超疏水层的厚度比为9:1.6；
以质量份数计，摩阻层、超疏水层和硅烷防护层的组成成分及含量如下：
摩阻层的组成成分及含量为硅酸盐水泥27份、纳米二氧化钛4份、纳米玻璃微珠4份；
超疏水层的组成成分及含量为氟化纳米二氧化硅30份、纳米氧化锌2份、纳米二氧化钛4份、乙醇70份，纳米氧化锌和纳米二氧化钛的含量比为1:2；
硅烷防护层的组成成分及含量为硅烷化合物10份、非离子表面活性剂1份、聚乙二醇5份、三乙胺3份、硫酸铝0.5份；
其中，硅烷化合物为异辛基三乙氧基硅烷，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
本实施例提供的一种机场水泥道面硅烷防护材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，制作硅烷防护层：
按比例称取异辛基三乙氧基硅烷10份、非离子表面活性剂1份、聚乙二醇5份、三乙胺3份、硫酸铝0.5份，倒入容器中混合搅拌15min，然后涂刷在水泥路面表面；
S2，制作超疏水层：
将氟化纳米二氧化硅30份、纳米氧化锌2份、纳米二氧化钛4份、乙醇70份按比例进行混合，密封搅拌6h，利用气泵喷笔连续喷涂在硅烷防护层上；
其中，氟化纳米二氧化硅的制备方法是采用正硅酸乙酯在碱性条件下进行水解，制得二氧化硅胶体，然后用十七氟癸基三乙氧基硅烷进行氟化处理，制得氟化纳米二氧化硅；
S3，制作摩阻层：
将硅酸盐水泥27份、纳米二氧化钛4份、纳米玻璃微珠4份混合，并加入适量的水，混合搅拌20min，然后均匀涂覆在超疏水层上。
实施例3
一种机场水泥道面硅烷防护材料，包括摩阻层、超疏水层和硅烷防护层，摩阻层、超疏水层和硅烷防护层由上往下依次分布，摩阻层、超疏水层的厚度比为9:2；
以质量份数计，摩阻层、超疏水层和硅烷防护层的组成成分及含量如下：
摩阻层的组成成分及含量为硅酸盐水泥32份、纳米二氧化钛5份、纳米玻璃微珠5份；
超疏水层的组成成分及含量为氟化纳米二氧化硅32份、纳米氧化锌3份、纳米二氧化钛6份、乙醇80份，纳米氧化锌和纳米二氧化钛的含量比为1:2；
硅烷防护层的组成成分及含量为硅烷化合物14份、非离子表面活性剂1.2份、聚乙二醇6份、三乙胺4份、硫酸铝0.8份；
其中，硅烷化合物为异辛基三乙氧基硅烷，非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
本实施例提供的一种机场水泥道面硅烷防护材料的制备方法，包括以下步骤：
S1，制作硅烷防护层：
按比例称取异辛基三乙氧基硅烷14份、非离子表面活性剂1.2份、聚乙二醇6份、三乙胺4份、硫酸铝0.8份，倒入容器中混合搅拌15min，然后涂刷在水泥路面表面；
S2，制作超疏水层：
将氟化纳米二氧化硅32份、纳米氧化锌3份、纳米二氧化钛6份、乙醇80份按比例进行混合，密封搅拌6h，利用气泵喷笔连续喷涂在硅烷防护层上；
其中，氟化纳米二氧化硅的制备方法是采用正硅酸乙酯在碱性条件下进行水解，制得二氧化硅胶体，然后用十七氟癸基三乙氧基硅烷进行氟化处理，制得氟化纳米二氧化硅；
S3，制作摩阻层：
将硅酸盐水泥32份、纳米二氧化钛5份、纳米玻璃微珠5份混合，并加入适量的水，混合搅拌20min，然后均匀涂覆在超疏水层上。
对以上实施例2制备的产品进行部分性能测试，如下：
①、抗盐冻性能（﹣20℃～20℃）对比：
从同一个机场同一块板钻芯取样，做30次盐冻测试，未做防护处理和按本发明方法处理的跑道、站坪剥落量如图2、图3所示。
由图2、图3可知，30次盐冻测试后，跑道的剥落量由7.70kg/m2下降至0.05kg/m2，站坪的剥落量由0.86kg/m2下降至0.05kg/m2，抗剥落能力提高，即，抗盐冻能力高。
②、与市场面上硅烷浸渍剂性能对比：
| 项目 | 市场上 | 实施例2 | 性能对比 |
| 抗冻性能（﹣18℃～5℃） | 冻融300次 | 冻融400次 | 抗冻性提高30% |
| 抗盐冻性能（﹣20℃～20℃） | 30次盐冻循环剥落量200g/m2 | 30次盐冻循环剥落量50g/m2 | 抗盐冻性能提高3倍 |
| 超低温抗冻性（﹣30℃～5℃） | 冻融200次 | 冻融325次 | 超低温抗冻性提高50% |
| 使用寿命 | 1～2年 | 4～6年 | 延长1倍寿命 |
综上，本发明提供的一种机场水泥道面硅烷防护材料抗冻性能高、抗盐冻性能高，超低温抗冻性好，使用寿命长。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，包括摩阻层、超疏水层和硅烷防护层；所述摩阻层、超疏水层和硅烷防护层由上往下依次分布；
所述摩阻层的组成成分包括纳米二氧化钛、硅酸盐水泥、纳米玻璃微珠；
所述超疏水层的组成成分包括氟化纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、乙醇；
所述硅烷防护层的组成成分包括硅烷化合物、非离子表面活性剂、聚乙二醇、三乙胺、硫酸铝。
2.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，所述硅烷化合物为辛基三乙氧基硅烷或异辛基三乙氧基硅烷。
3.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，以质量份数计，所述摩阻层的各组成成分含量为硅酸盐水泥17～32份、纳米二氧化钛3～5份、纳米玻璃微珠3～5份。
4.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，以质量份数计，所述超疏水层的各组成成分含量为氟化纳米二氧化硅26～32份、纳米氧化锌1.5～3份、纳米二氧化钛3～6份、乙醇60～80份。
5.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，以质量份数计，所述硅烷防护层的各组成成分含量为硅烷化合物8～14份、非离子表面活性剂0.5～1.2份、聚乙二醇3～6份、三乙胺2～4份、硫酸铝0.3～0.8份。
6.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，所述非离子表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚。
7.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，所述摩阻层、超疏水层的厚度比为9:（1～2）。
8.根据权利要求1所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料，其特征在于，所述超疏水层中纳米氧化锌和纳米二氧化钛的含量比为1:2。
9.如权利要求1～8任一项所述的一种机场水泥道面硅烷防护材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作硅烷防护层：
按比例称取硅烷化合物、非离子表面活性剂、聚乙二醇、三乙胺、硫酸铝，倒入容器中混合搅拌15min，然后涂刷在水泥路面表面；
S2，制作超疏水层：
将氟化纳米二氧化硅、纳米氧化锌、纳米二氧化钛、乙醇按比例进行混合，密封搅拌6h，利用气泵喷笔连续喷涂在硅烷防护层上；
S3，制作摩阻层：
将纳米二氧化钛、硅酸盐水泥和纳米玻璃微珠混合，并加入适量的水，混合搅拌20min，然后均匀涂覆在超疏水层上。
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