一種用于臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料及其制備工藝。以偏高嶺土，水玻璃，氫氧化鈉為基體材料，硫化鐵銅(CuFeS2)為光催化殺菌材料，與水混合，攪拌均勻得到殺菌防腐涂料。本發明具有原料來源廣泛，成本較低，工藝簡單，殺菌高效，性能穩定等優點。
【專利說明】
一種用于臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料及其制備工藝
技術領域
[0001] 本發明屬于用于混凝土結構表面的無機涂料領域，尤其涉及一種用于臨海混凝土 結構的殺菌防腐涂料及其制備工藝。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀，我國已經邁入了沿海經濟大發展的時代，可以預見未來一段時期內 將有一大批海港碼頭、跨海橋梁、隧道、海上采油平臺等使用混凝土結構。浪濺區的混凝土 結構由于長期經受風吹日曬和海浪的反復拍打，混凝土結構的表層容易積累大量的菌落和 微生物。如何有效地阻止這些菌落和微生物對混凝土結構的腐蝕破壞，已逐漸引起廣大科 研工作者的重視，并成為學術界研究的重點之一。因此，開發和利用新材料、新技術解決混 凝土結構的生物腐蝕問題是當前土木工程領域科技工作者面臨的最緊迫的任務之一。
[0003] 在生物腐蝕方面，T-硫氧化菌、硫桿菌X、噬硅菌造成的生物硫酸腐蝕是其中一種 常見的混凝土腐蝕，其具體過程為:環境水體中的有機和無機懸浮物隨著水體的流動而逐 漸沉積于混凝土結構的表面成為附著物，附著物中的硫酸根離子被硫還原菌還原，生成硫 化氫氣體。同時，硫化氫氣體通過復雜的生物化學反應，氧化生成酸性較強的硫酸，從而降 低周圍環境的pH值。硫酸溶解釋放的氫離子通過擴散進入混凝土的內部，并與混凝土內部 的鋼筋結構相接觸，從而發生混凝土和鋼筋的腐蝕，嚴重威脅著混凝土建筑結構的安全。目 前常用的殺菌材料是納米二氧化鈦，由于納米二氧化鈦能夠進行"光催化反應"，其受到光 激發后，產生化學能，利用產生的化學能來進行氧化還原反應。光催化的基本原理是利用納 米二氧化鈦作為光催化材料，在特定波長的光輻射下，在納米二氧化鈦表面產生氧化性極 強的空穴或反應性極高的羥基自由基。這些空穴或自由基可以有效地與有機污染物、病毒、 細菌發生接觸和復合而產生強烈的破壞作用，導致有機污染物被降解，病毒與細菌被殺滅， 從而達到降解環境污染物，殺菌抑菌和防腐的目的。但納米二氧化鈦受制于其制備工藝和 產能的影響以及實際成本等問題，亟待開發一種新型的替代產品，以用于混凝土的生物防 腐保護。
[0004] 目前，現有技術中已報道多種鋼筋混凝土塊的防腐新方法。如申請號為 201310232855.2的發明專利公開了一種防腐蝕建筑混凝土，包括水泥和摻合物，還添加有 防腐劑和分散劑。該發明的防腐蝕建筑混凝土是通過使異丁基三乙氧基硅烷滲透到混凝土 內部，與暴露在酸性或堿性環境中的空氣及基底中的水分子發生化學反應，形成斥水處理 層，從而抑制水分進入到基底中。其必須在制備混凝土砂漿時，將防腐劑和分散劑加入到原 料之中，而對于已成型的混凝土塊無法使用。申請號為201510550106.3的發明專利公開了 一種改性丙烯酸涂層混凝土防腐方法，包括如下步驟:涂層試驗;腳手架搭設;混凝土的清 理;混凝土的打磨;混凝土的修補找平;涂刷丙烯酸樹脂封閉底漆;涂刷丙烯酸樹脂面漆;養 護。該發明本質是將丙烯酸樹脂封閉底漆和面漆，在混凝土表面形成一道強有力的保護屏 障，阻擋水和二氧化碳進入混凝土塊。但由于有機化合物不穩定，該方法并不能對長期浸泡 于水中的混凝土塊起到保護作用，因為其表面的細菌依然無法被殺滅，細菌容易進入內部 并對鋼筋造成生物侵蝕。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于解決現有技術中存在的問題，并提供一種新型的用于海洋鋼筋 混凝土防腐的殺菌涂料及其涂覆工藝，以解決混凝土長期浸泡于海水中而帶來的生物腐蝕 的問題。本發明所采用的具體技術方案如下：
[0006]用于臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料，原料包含：硫化鐵銅（CuFeS2 )10-25質量 份，偏高嶺土25-35質量份，水玻璃40-55質量份和氫氧化鈉2-5質量份。
[0007] 用于臨海混凝土結構的殺菌防腐制備工藝，步驟如下：
[0008] 將10-25質量份的硫化鐵銅和25-35質量份的偏高嶺土攪拌、混合均勻后得到干拌 料A;
[0009] 將40-55質量份的水玻璃和2-5質量份的氫氧化鈉充分混合均勻得到混合物B，并 機械拌合，然后繼續一邊攪拌，一邊再把上述干拌料A和1-3質量份的水一起倒入混合物B 中，繼續拌合，形成涂料C;
[0010]沾取涂料C，均勻涂覆于目標混凝土塊表面并養護成型。
[0011] 作為優選，所述的目標混凝土塊在涂覆涂料之前灑水濕潤。
[0012] 作為優選，所述的偏高嶺土預先過80目篩網。
[0013] 作為優選，所述的養護成型具體為將涂覆后的混凝土塊靜置于常溫空氣中凝固成 型。
[0014] 本發明的光催化防腐涂料，硫化鐵銅(CuFeS2)作為光催化材料，可以通過抑制細 菌的生長，明顯提高混凝土構件的腐蝕電位，從而減緩生物硫酸對混凝土結構腐蝕和破壞。 本發明中的偏高嶺土、水玻璃及氫氧化鈉作為粘結劑，與硫化鐵銅具有協同效應，進一步抑 制了細菌的生長。本發明具有原料來源廣泛，成本較低，工藝簡單，殺菌高效，性能穩定等優 點。本發明適合用于長期浸泡于海水中的海洋混凝土結構的殺菌防腐。
【附圖說明】
[0015] 圖1為本發明實施例3中空白對照組與實驗組的自腐蝕電位隨時間變化圖。
【具體實施方式】
[0016] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明做進一步闡述和說明。本發明中各個實施 方式的技術特征在沒有相互沖突的前提下，均可進行相應組合。
[0017]用于臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料，原料包含：硫化鐵銅（CuFeS2) 10-25份，偏 高嶺土25-35份，水玻璃40-55份和氫氧化鈉2-5份(質量份）。混凝土結構的殺菌防腐制備工 藝的步驟如下：
[0018] 預處理:偏高嶺土過80目篩網，混凝土試塊灑水濕潤。
[0019]干混:將按上述組分比例稱量的硫化鐵銅(CuFeS2)，偏高嶺土倒入容器，置于混料 機中攪拌1 〇分鐘，混合均勻得到干拌料A。
[0020]濕混：按上述組分比例稱量的水玻璃和氫氧化鈉置于混料機中，充分混合均勻得 到混合物B。機械拌合3分鐘后，繼續一邊攪拌，一邊再把干拌料A和（1-3)份水一起倒入混合 物B中，繼續拌合2分鐘，形成涂料C;
[0021 ]涂覆:把事先準備好的混凝土試塊灑水濕潤，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混 凝土表面，形成試塊D。
[0022]養護:試塊D靜置于常溫空氣中24小時候后凝固成型。
[0023]下述實施例1-3分別為殺菌涂料的制備：
[0024] 實施例1
[0025] 預處理:偏高嶺土過80目篩網，混凝土試塊灑水濕潤。
[0026] 干混:稱量硫化鐵銅(CuFeS2) 20份，偏高嶺土 28.4份倒入容器，置于混料機中攪拌 10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
[0027]濕混:稱量水玻璃47份和氫氧化鈉3.6份置于混料機中，充分混合均勻得到混合物 B。機械拌合3分鐘后，繼續一邊攪拌，一邊再把干拌料A和1份水一起倒入混合物B中，繼續拌 合2分鐘，形成涂料C;
[0028]涂覆:把事先準備好的混凝土試塊灑水濕潤，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混 凝土表面，形成試塊D。
[0029]養護:試塊D靜置于常溫空氣中24小時候后凝固成型。
[0030] 實施例2
[0031] 預處理:偏高嶺土過80目篩網，混凝土試塊灑水濕潤。
[0032] 干混:稱量硫化鐵銅(CuFeS2) 12.5份，偏高嶺土30.5份倒入容器，置于混料機中攪 拌10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
[0033] 濕混:稱量水玻璃50.6份和氫氧化鈉3.9份置于混料機中，充分混合均勻得到混合 物B。機械拌合3分鐘后，繼續一邊攪拌，一邊再把干拌料A和2.5份水一起倒入混合物B中，繼 續拌合2分鐘，形成涂料C;
[0034]涂覆:把事先準備好的混凝土試塊灑水濕潤，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混 凝土表面，形成試塊D。
[0035]養護:試塊D靜置于常溫空氣中24小時候后凝固成型。
[0036] 實施例3
[0037] 預處理:偏高嶺土過80目篩網，混凝土試塊灑水濕潤。
[0038] 干混:稱量硫化鐵銅(CuFeS2) 10.5份，偏高嶺土31.6份倒入容器，置于混料機中攪 拌10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
[0039] 濕混:稱量水玻璃52.4份和氫氧化鈉4份置于混料機中，充分混合均勻得到混合物 B。機械拌合3分鐘后，繼續一邊攪拌，一邊再把干拌料A和1.5份水一起倒入混合物B中，繼續 拌合2分鐘，形成涂料C;
[0040] 涂覆:把事先準備好的混凝土試塊灑水濕潤，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混 凝土表面，形成試塊D。
[0041] 養護:試塊D靜置于常溫空氣中24小時候后凝固成型。
[0042]為了驗證本發明的涂料和涂覆方法的效果，進行了開路電位測試和光催化殺菌實 驗。上述實施例1-3所制備的混凝土塊的測試結果基本相同，為了簡明起見，下面以實施例3 為例進行闡述。其具體方法和結果如下：
[0043] 1)開路電位測試
[0044] 分別取兩個實驗組，每組兩個平行混凝土試塊(40*40*40mm)。第一組作為空白對 照組，兩個試塊沒有涂覆本發明涂料(UC-01/02)。第二組作為實驗組，兩個試塊均勻涂覆本 發明的光催化防腐涂料(C-01/02)。每個試塊單獨放入四個密封杯中，并倒入400ml帶有細 菌(T-硫氧化菌、硫桿菌X、噬硅菌）的污水，并用日光燈進行照射。每天定時取出試塊，用電 化學工作站做開路電位測試。測試結果如圖1所示。
[0045] 眾所周知，腐蝕電位越高，越不容易腐蝕。在浸泡于污水中的初始階段，腐蝕電位 波動很大，而且腐蝕電位往往朝著數值變小的方向（即腐蝕的方向）進行。隨著浸泡時間越 來越長，腐蝕電位的波動越來越小，最終腐蝕電位趨向于一個穩定的數值。
[0046]由圖1可以發現，涂覆有本發明的光催化防腐涂料的兩個混凝土試件(C-01/02)腐 蝕電位區間在-450--610mV之間，明顯高于沒有涂覆本發明的光催化防腐涂料的兩個混凝 土試件(UC-01 /0 2)腐蝕電位-670--81 OmV。所以本發明的光催化防腐涂料可以通過抑制細 菌的生長，明顯提高混凝土構件的腐蝕電位，從而減緩生物硫酸對混凝土結構腐蝕和破壞。 [0047] 2)光催化殺菌實驗
[0048] 準備實驗用試塊：混凝土試塊(40*40*5mm)分為兩組，空白組混凝土試塊不做處 理，實驗組混凝土試塊表面(40*40mm)涂抹本發明涂料。
[0049]取實驗用試塊放置于培養皿中，40*40mm的面朝上，把事先配置好的帶有菌落的營 養液倒入試塊上，使用紫外光線照射到帶有菌落的液體上，過一段時間，取一定量帶菌落液 體滴落于無菌平板上，并在顯微鏡下計數。以菌落數量的多少來判斷涂層殺菌能力的強弱。 菌落數量越少，則代表殺菌能力越強。
[0050]補充說明：1、（由于紫外線本身就有很強的殺菌作用，如果使用能量較強的紫外 燈，會掩蓋本發明涂層試片的光催化殺菌作用，因此本實驗選用中等激發波長365nm、中等 功率20W的紫外光作為光催化激發光源)2、由于菌落種類數量眾多，本實驗選擇了造成生物 硫酸腐蝕的三種細菌作為實驗菌:T-硫氧化菌、硫桿菌X、噬硅菌。
[0051 ]表1 T-硫氧化菌培養液試驗
[0053]表2硫桿菌X培養液試驗
[0055] 表3噬硅菌培養液試驗
[0057] 注:單位cfu/ml:指的是每毫升樣品中含有的細菌群落總數
[0058] 由上表可見在經過35分鐘的紫外線照射后，四種涂層試塊上的活菌菌量分別減少 到0.51，0.64，0.52，只有原活菌菌量的26.6%，32.8%，26.4%。然而作為對照的無涂層試 塊上的活菌菌量仍然維持在1.9-2.1。說明涂層試件能夠高效的殺滅菌群。
[0059] 以上所述的實施例只是本發明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發明。有 關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變 化和變型。因此凡采取等同替換或等效變換的方式所獲得的技術方案，均落在本發明的保 護范圍內。
【主權項】
1. 一種用于臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料，其特征在于，原料包含:硫化鐵銅10-25 質量份，偏高嶺土25-35質量份，水玻璃40-55質量份和氫氧化鈉2-5質量份。2. -種用于臨海混凝土結構的殺菌防腐制備工藝，其特征在于，步驟如下： 將10-25質量份的硫化鐵銅和25-35質量份的偏高嶺土攪拌、混合均勻后得到干拌料A; 將40-55質量份的水玻璃和2-5質量份的氫氧化鈉充分混合均勾得到混合物B，并機械 拌合，然后繼續一邊攪拌，一邊再把上述干拌料A和1-3質量份的水一起倒入混合物B中，繼 續拌合，形成涂料C; 沾取涂料C，均勻涂覆于目標混凝土塊表面并養護成型。3. 如權利要求2所述的殺菌防腐制備工藝，其特征在于，所述的目標混凝土塊在涂覆涂 料之前灑水濕潤。4. 如權利要求2所述的殺菌防腐制備工藝，其特征在于，所述的偏高嶺土預先過80目篩 網。5. 如權利要求2所述的殺菌防腐制備工藝，其特征在于，所述的養護成型具體為將涂覆 后的混凝土塊靜置于常溫空氣中凝固成型。6. -種硫化鐵銅用于制備臨海混凝土結構的殺菌防腐涂料的用途。
【文檔編號】C09D5/14GK106046874SQ201610530495
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月30日
【發明人】閆東明, 張洛棟, 劉毅, 楊帆, 高海波
【申請人】浙江大學