石墨烯氧化物/氟化丙烯酸酯复合涂层的制备及其在融雪盐环境下混凝土防护性能研究

为解决融雪盐加速混凝土腐蚀的难题，研究人员通过KH560/A151改性石墨烯氧化物(GO)与氟化单体(DFMA)原位聚合，开发出具有优异疏水性(接触角128.2°)、超低吸水率(0.25%)和氯离子阻隔性能(3.0×10?2 mg/(cm2 ·d))的AGO-FC复合涂层。经40次冻融循环后，涂层混凝土质量增长仅1.01%，抗压强度损失率13.6%，为寒区混凝土耐久性防护提供创新解决方案。

　　

在寒冷地区，融雪盐的使用虽然保障了交通安全，却给混凝土结构带来严重腐蚀问题。混凝土的多孔结构和亲水性使得氯离子极易渗透，与内部氢氧化钙反应生成膨胀性结晶，导致微裂纹扩展、强度下降。更严重的是，氯离子还会破坏钢筋钝化膜，引发电化学腐蚀。传统防护涂层如环氧树脂易老化、硅氧烷涂层渗透性不足、氟碳树脂难以水性化，均无法满足长期防护需求。

针对这一挑战，陕西某高校的研究团队创新性地将二维材料石墨烯氧化物(GO)与氟化丙烯酸酯结合，开发出新型水性复合涂层。通过硅烷偶联剂KH560和A151对GO进行表面改性，引入可聚合双键获得KGO和AGO；再与甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)等单体及氟化功能单体(DFMA)原位聚合，制备出具有"三明治"结构的GO/氟化丙烯酸酯复合涂层。研究发现0.075 wt% AGO-FC涂层性能最优，其接触角达128.2°，吸水率仅0.25%，氯离子渗透率低至3.0×10^?2
mg/(cm²
·d)，冻融循环40次后仍保持优异屏障性能。该成果发表于《Applied Surface Science》，为寒区基础设施耐久性提升提供了材料基础。

关键技术包括：1) GO表面硅烷化改性；2) 含氟单体(DFMA)原位乳液聚合；3) 接触角测试；4) 氯离子渗透加速实验；5) 冻融循环模拟测试。

【FT-IR】
红外光谱证实KH560/A151成功接枝到GO表面：3300 cm^?1
处-OH峰减弱，新增1080 cm^?1
处Si-O-C峰和790 cm^?1
处Si-CH₃
峰，XPS检测到Si2p特征峰，证明偶联剂与GO的环氧基发生开环反应。

【XRD】
改性后GO的(001)晶面衍射峰从10.2°右移至8.5°，层间距从0.86 nm增大到1.04 nm，表明硅烷分子成功插入GO层间。

【SEM】
AGO-FC涂层断面呈现明显褶皱结构，改性GO以"砖-泥"模式均匀分散，形成曲折的腐蚀介质渗透路径，而未改性GO则出现明显团聚。

【性能测试】
含0.075 wt% AGO的涂层综合性能最佳：接触角比纯氟化涂层提高15.7°，吸水率降低83%；电化学阻抗谱(EIS)显示其低频阻抗达1.25×10⁶
Ω·cm²
，比空白样高两个数量级；冻融循环后氯离子扩散系数仅为空白混凝土的1/20。

【结论与意义】
该研究通过分子设计实现了三重防护机制：1) DFMA赋予涂层低表面能特性；2) 改性GO的物理屏障作用；3) 硅氧烷网络增强界面结合力。AGO-FC涂层使混凝土在融雪盐环境下的服役寿命显著延长，其水性化制备工艺也更环保。这项工作为二维材料在土木工程防护领域的应用提供了新思路，对寒区基础设施维护具有重要实践价值。