本發(fā)明屬于用于混凝土結(jié)構(gòu)表面的無機(jī)涂料領(lǐng)域，尤其涉及一種殺菌防腐涂料及其方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)已經(jīng)邁入了沿海經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的時(shí)代，可以預(yù)見未來一段時(shí)期內(nèi)將有大批海港碼頭、跨海橋梁、隧道、海上采油平臺(tái)等使用混凝土結(jié)構(gòu)。浪賤區(qū)的混凝土結(jié)構(gòu)由于長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)吹，日曬和海浪的反復(fù)拍打，混凝土結(jié)構(gòu)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(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕破壞，已逐漸引起廣大科研工作者的重視，并成為學(xué)術(shù)界研究的重點(diǎn)之一。因此，開發(fā)和利用新材料、新技術(shù)解決混凝土結(jié)構(gòu)的腐蝕問題是當(dāng)前土木工程領(lǐng)域科技工作者面臨的最緊迫的任務(wù)之一。
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(huán)境水體中的有機(jī)和無機(jī)懸浮物隨著水體的流動(dòng)而逐漸沉積于混凝土結(jié)構(gòu)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(shí)，硫化氫氣體通過復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng)，氧化生成酸性較強(qiáng)的硫酸，從而降低周圍環(huán)境的pH值。硫酸溶解釋放的氫離子通過擴(kuò)散進(jìn)入混凝土的內(nèi)部，并與混凝土內(nèi)部的鋼筋結(jié)構(gòu)相接觸，從而發(fā)生混凝土和鋼筋的腐蝕，嚴(yán)重威脅著混凝土建筑結(jié)構(gòu)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(jìn)行“光催化反應(yīng)”，其受到光激發(fā)后，產(chǎn)生化學(xué)能，利用產(chǎn)生的化學(xué)能來進(jìn)行氧化還原反應(yīng)。光催化的基本原理是利用納米二氧化鈦?zhàn)鳛楣獯呋牧?，在特定波長(zhǎng)的光輻射下，在納米二氧化鈦表面產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的空穴或反應(yīng)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(jī)污染物、病毒、細(xì)菌發(fā)生接觸和復(fù)合而產(chǎn)生強(qiáng)烈的破壞作用，導(dǎo)致有機(jī)污染物被降解，病毒與細(xì)菌被殺滅，從而達(dá)到降解環(huán)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(chǎn)能的影響以及對(duì)人體的潛在危害性，亟待開發(fā)一種新型的替代產(chǎn)品，應(yīng)用于不適于使用納米二氧化鈦的混凝土防腐工藝中。
另外，目前的現(xiàn)有技術(shù)中已存在多的鋼筋混凝土塊防腐蝕的方法。如申請(qǐng)?zhí)枮?01310232855.2的發(fā)明專利公開了一種防腐蝕建筑混凝土，包括水泥和摻合物，還具有防腐劑和分散劑。該發(fā)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(nèi)部，與暴露在酸性或堿性環(huán)境中的空氣及基底中的水分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成斥水處理層，從而抑制水分進(jìn)入到基底中。其必須在制備混凝土砂漿時(shí)，即將防腐劑和分散劑加入原料中，而對(duì)于已成型的混凝土塊無法使用。申請(qǐng)?zhí)枮?01510550106.3的發(fā)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(yàn)；腳手架搭設(shè)；混凝土的清理；混凝土的打磨；混凝土的修補(bǔ)找平；涂刷丙烯酸樹脂封閉底漆；涂刷丙烯酸樹脂面漆；養(yǎng)護(hù)。該發(fā)明本質(zhì)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(qiáng)有力的保護(hù)屏障，阻擋水和二氧化碳進(jìn)入混凝土塊。但該方法并不能對(duì)長(zhǎng)期浸泡于水中的混凝土塊其作用，因?yàn)槠浔砻娴募?xì)菌依然無法被殺滅，容易進(jìn)入內(nèi)部對(duì)鋼筋造成侵蝕。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，并提供一種殺菌防腐涂料及其方法，以滿足混凝土長(zhǎng)期浸泡于海水中而帶來的殺菌防腐要求。本發(fā)明所采用的具體技術(shù)方案如下：
殺菌防腐涂料的原料包含：硫化銦銅30-40質(zhì)量份，偏高嶺土20-33質(zhì)量份，水玻璃30-40質(zhì)量份和氫氧化鈉1-4質(zhì)量份。
混凝土結(jié)構(gòu)的殺菌防腐方法的步驟如下：
將30-40質(zhì)量份的硫化銦銅和20-33質(zhì)量份的偏高嶺土攪拌、混合均勻后得到干拌料A；
將30-40質(zhì)量份的水玻璃和1-4質(zhì)量份的氫氧化鈉充分混合均勻得到混合物B，并機(jī)械拌合，然后繼續(xù)一邊攪拌，一邊再把上述干拌料A和1-4質(zhì)量份的水一起倒入混合物B中，繼續(xù)拌合，形成涂料C；
沾取涂料C，均勻涂覆于目標(biāo)混凝土塊表面并養(yǎng)護(hù)成型。
作為優(yōu)選，所述的目標(biāo)混凝土塊在涂覆涂料之前灑水濕潤(rùn)。
作為優(yōu)選，所述的偏高嶺土預(yù)先過80目篩網(wǎng)。
作為優(yōu)選，所述的養(yǎng)護(hù)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。
本發(fā)明的光催化防腐涂料，硫化銦銅(CuInS2)作為光催化材料，可以通過抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，明顯提高混凝土構(gòu)件的腐蝕電位，從而減緩生物硫酸對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕和破壞。本發(fā)明中的偏高嶺土、水玻璃及氫氧化鈉作為粘結(jié)劑，與硫化鐵銅具有協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)一步的抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)。本發(fā)明具有原料來源廣泛，成本較低，工藝簡(jiǎn)單，殺菌性能高效穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明適合用于長(zhǎng)期浸泡于海水中的海洋混凝土結(jié)構(gòu)的殺菌防腐。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例3中空白對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組的自腐蝕電位隨時(shí)間變化圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述和說明。本發(fā)明中各個(gè)實(shí)施方式的技術(shù)特征在沒有相互沖突的前提下，均可進(jìn)行相應(yīng)組合。
殺菌防腐涂料原料包含：硫化銦銅(CuInS2)30-40份，偏高嶺土20-33份，水玻璃30-40份、氫氧化鈉1-4份(均為質(zhì)量份)。殺菌防腐方法的步驟如下：
預(yù)處理：偏高嶺土過80目篩網(wǎng)，混凝土試塊灑水濕潤(rùn)。
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(jī)中攪拌10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
濕混：將按上述組分比例稱量的水玻璃和氫氧化鈉置于混料機(jī)中，充分混合均勻得到混合物B。機(jī)械拌合3分鐘后，繼續(xù)一邊攪拌，一邊再把干拌料A和(1-4)份水一起倒入混合物B中，繼續(xù)拌合2分鐘，形成涂料C；
涂覆：把事先準(zhǔn)備好的混凝土試塊灑水濕潤(rùn)，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混凝土表面，形成試塊D。
養(yǎng)護(hù)：試塊D靜置于常溫空氣中24小時(shí)候后凝固成型。
下述實(shí)施例1-3分別為殺菌涂料的制備：
實(shí)施例1
預(yù)處理：偏高嶺土過80目篩網(wǎng)，混凝土試塊灑水濕潤(rùn)。
干混：稱量硫化銦銅(CuInS2)33.5份，偏高嶺土29.5份倒入容器，置于混料機(jī)中攪拌10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
濕混：稱量水玻璃33份和氫氧化鈉2.5份置于混料機(jī)中，充分混合均勻得到混合物B。機(jī)械拌合3分鐘后，繼續(xù)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(xù)拌合2分鐘，形成涂料C
涂覆：把事先準(zhǔn)備好的混凝土試塊灑水濕潤(rùn)，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混凝土表面，形成試塊D。
養(yǎng)護(hù)：試塊D靜置于常溫空氣中24小時(shí)候后凝固成型。
實(shí)施例2
預(yù)處理：偏高嶺土過80目篩網(wǎng)，混凝土試塊灑水濕潤(rùn)。
干混：稱量硫化銦銅(CuInS2)30.5份，偏高嶺土30.5份倒入容器，置于混料機(jī)中攪拌10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
濕混：稱量水玻璃33.5份和氫氧化鈉3份置于混料機(jī)中，充分混合均勻得到混合物B。機(jī)械拌合3分鐘后，繼續(xù)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(xù)拌合2分鐘，形成涂料C
涂覆：把事先準(zhǔn)備好的混凝土試塊灑水濕潤(rùn)，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混凝土表面，形成試塊D。
養(yǎng)護(hù)：試塊D靜置于常溫空氣中24小時(shí)候后凝固成型。
實(shí)施例3
預(yù)處理：偏高嶺土過80目篩網(wǎng)，混凝土試塊灑水濕潤(rùn)。
干混：稱量硫化銦銅(CuInS2)35.5份，偏高嶺土27.7份倒入容器，置于混料機(jī)中攪拌10分鐘，混合均勻得到干拌料A。
濕混：稱量水玻璃30.5份和氫氧化鈉2.8份置于混料機(jī)中，充分混合均勻得到混合物B。機(jī)械拌合3分鐘后，繼續(xù)一邊攪拌，一邊再把干拌料A和3.5份水一起倒入混合物B中，繼續(xù)拌合2分鐘，形成涂料C
涂覆：把事先準(zhǔn)備好的混凝土試塊灑水濕潤(rùn)，用滾筒刷沾取涂料C，均勻涂覆于混凝土表面，形成試塊D。
養(yǎng)護(hù)：試塊D靜置于常溫空氣中24小時(shí)候后凝固成型。
為了驗(yàn)證本發(fā)明的涂料和涂覆方法的效果，進(jìn)行了開路電位測(cè)試和光催化殺菌實(shí)驗(yàn)。上述實(shí)施例1-3所制備的混凝土塊的測(cè)試結(jié)果基本相同，為了簡(jiǎn)明起見，下面以實(shí)施例3為例進(jìn)行闡述。其具體方法和結(jié)果如下：
1)開路電位測(cè)試
分別取兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組，每組兩個(gè)平行混凝土試塊(40*40*40mm)。第一組作為空白對(duì)照組，兩個(gè)試塊沒有涂覆本發(fā)明涂料(UC-01/02)。第二組作為實(shí)驗(yàn)組，兩個(gè)試塊均勻涂覆本發(fā)明的光催化防腐涂料(C-01/02)。每個(gè)試塊單獨(dú)放入四個(gè)密封杯中，并倒入400ml帶有細(xì)菌(T-硫氧化菌、硫桿菌X、噬硅菌)的污水，并用日光燈進(jìn)行照射。每天定時(shí)取出試塊，用電化學(xué)工作站做開路電位測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖1所示。
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(dòng)很大，而且腐蝕電位往往朝著數(shù)值變小的方向(即腐蝕的方向)進(jìn)行。隨著浸泡時(shí)間越來越長(zhǎng)，腐蝕電位的波動(dòng)越來越小，最終腐蝕電位趨向于一個(gè)穩(wěn)定的數(shù)值。
由圖1可以發(fā)現(xiàn)，涂覆有本發(fā)明的光催化防腐涂料的兩個(gè)混凝土試件(C-01/02)腐蝕電位區(qū)間在-220—-380mV之間，明顯高于沒有涂覆本發(fā)明的光催化防腐涂料的兩個(gè)混凝土試件(UC-01/02)腐蝕電位-520—-700mV。所以本發(fā)明的光催化防腐涂料可以通過抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，明顯提高混凝土構(gòu)件的腐蝕電位，從而減緩生物硫酸對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)腐蝕和破壞。
2)光催化殺菌實(shí)驗(yàn)
準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)組混凝土試塊表面(40*40mm)涂抹本發(fā)明涂料。
取實(shí)驗(yàn)用試塊放置于培養(yǎng)皿中，40*40mm的面朝上，把事先配置好的帶有菌落的營(yíng)養(yǎng)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(shí)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(jì)數(shù)。以菌落數(shù)量的多少來判斷涂層殺菌能力的強(qiáng)弱。菌落數(shù)量越少，則代表殺菌能力越強(qiáng)。
補(bǔ)充說明：1、(由于紫外線本身就有很強(qiáng)的殺菌作用，如果使用能量較強(qiáng)的紫外燈，會(huì)掩蓋本發(fā)明涂層試片的光催化殺菌作用，因此本實(shí)驗(yàn)選用中等激發(fā)波長(zhǎng)365nm、中等功率20W的紫外光作為光催化激發(fā)光源)2、由于菌落種類數(shù)量眾多，本實(shí)驗(yàn)選擇了造成生物硫酸腐蝕的三種細(xì)菌作為實(shí)驗(yàn)菌：T-硫氧化菌、硫桿菌X、噬硅菌。
表1 T-硫氧化菌培養(yǎng)液試驗(yàn)
表2硫桿菌X培養(yǎng)液試驗(yàn)
表3噬硅菌培養(yǎng)液試驗(yàn)
注：?jiǎn)挝籧fu/ml：指的是每毫升樣品中含有的細(xì)菌群落總數(shù)
由上表可見在經(jīng)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0.62，0.57,0.55，只有原活菌菌量的30.7％，28.3％，28.1％。然而作為對(duì)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。
以上所述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一種較佳的方案，然其并非用以限制本發(fā)明。有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)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(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。