本发明涉及一种类三明治结构的混凝土抗冻融和防碳化保护层及其制备方法技术，属于混凝土保护。
背景技术：
1、混凝土作为最广泛使用的建筑材料之一，其耐久性问题一直是工程界关注的焦点。在恶劣环境下，混凝土结构面临着冻融循环和碳化等严峻挑战，这些因素会导致混凝土性能急剧下降，严重影响结构的使用寿命和安全性。目前，常用的混凝土保护方法主要包括表面涂层、浸渍和掺入外加剂等。然而，这些方法往往存在诸多技术难点，如单一涂层保护机制难以应对复杂环境侵蚀，而且现有防护层与混凝土基材的界面结合力严重不足。此外，多级保护层各组分之间的相容性与长期稳定性存在极大限制，并且施工工艺极为复杂。因此针对这些技术难点，亟需开发一种具有多重防护机制、界面结合良好、组分相容性高、长期稳定且易于施工的新型混凝土保护层。
技术实现思路
1、技术问题：本发明针对现有混凝土保护层在应对复杂环境侵蚀时的不足，特别是在提高混凝土结构抗冻融和抗碳化性能，确保长期稳定性以及简化施工工艺等问题，旨在提供一种具有类三明治结构的混凝土抗冻融和防碳化保护层，该保护层通过多层功能结构设计实现综合防护，优化界面结合性能，达到表层防水、中层阻隔和底层增强粘结的协同效果，确保混凝土保护层的长期稳定性，同时开发简便高效的混凝土防护技术的施工工艺，显著提升混凝土基础结构的抗冻融性能及抗碳化能力，为混凝土结构的防护提供新的技术方案。
2、技术方案：
3、本发明旨在面向冻融和碳化共存条件下，现有混凝土表面防护技术不足，提出一种具有类三明治结构的混凝土抗冻融和抗碳化保护层及其制备方法，其特征在于，所述混凝土防护层混凝土抗冻融和抗碳化保护层的三明治结构包括以下三层：表层为硅烷功能化氟化碳改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层，中间层为硅烷功能化蒙脱土改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层，底层为多元醇改性聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层。
4、所述聚(二甲基硅氧烷)脲树脂的制备方法包括：所述聚(二甲基硅氧烷)脲树脂制备方法包括：将氨基封端聚二甲基硅氧烷与二环己甲烷4，4’-二异氰酸酯按1:2摩尔比在n’n-二甲基甲酰胺溶剂中混合，并保持混合系统在0℃搅拌1～2h，随后向该混合物中缓慢加入等量聚醚二胺扩链剂，继续反应1～2h，随后加入适量封端剂继续搅拌30min，待反应结束后将产物倒入预热的模具中，在80～90℃下固化6～8h，然后在室温下后固化48～72h，得到聚(二甲基硅氧烷)脲树脂，其分子结构通式如下：
5、
6、其中r代表聚醚链段。
7、所述表层为硅烷功能化氟化碳改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层是由硅烷功能化纳米氟化碳与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂搅拌复合制备的，两者质量比例范围设定1％～6％，优选3％。
8、所述硅烷功能化纳米氟化碳制备方法包括：将氟化碳以0.1～1重量百分比分散在有机溶剂中，并超声处理30～60min以形成均匀分散液；接着向所述分散液中加入3～5重量百分比硅烷，随后将混合物在60±5℃下搅拌反应4～6h；将反应产物离心分离，并使用乙醇和去离子水清洗3次；最后将洗涤后的产物在60℃真空干燥12h，得到硅烷功能化纳米氟化碳；
9、优选的，所述纳米氟化碳包括纳米四氟化碳、纳米六氟化碳或纳米八氟化碳中的一种或两种以上的组合；优选的，所述有机溶剂为乙醇、异丙醇、四氢呋喃或甲苯中的一种或两种以上的组合；优选的，硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或乙烯基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合。
10、所述中间层为硅烷功能化蒙脱土改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层是由硅烷功能化蒙脱土与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂搅拌复合制备的，两者质量比例范围设定1％～6％，优选3％；所述硅烷功能化蒙脱土制备方法包括：将5～10重量份的蒙脱土粉末分散在95～90重量份的无水乙醇中，超声处理30～60min，形成均匀分散液；向所述分散液中加入1～3重量份的γ-氨丙基三乙氧基硅烷，在60±5℃下搅拌反应4～6h；将反应产物离心分离，以无水乙醇洗涤3～5次，每次洗涤后进行离心分离；将洗涤后的产物在80℃真空干燥12～24h，得到硅烷功能化蒙脱土。
11、所述底层为多元醇改性聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层是由多元醇与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂在60～70℃下搅拌混合2～3h以后制备的；所述多元醇与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂质量百分比为2％～5％；所述多元醇为甘油、季戊四醇、山梨醇中的一种或两种以上的组合。
12、所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层的制备方法，其特征在于所述制备步骤包括：
13、将多元醇改性聚(二甲基硅氧烷)脲树脂采用喷涂方式涂覆在预处理的混凝土表面，厚度为100～150μm，在室温下预固化2～4h，再将硅烷功能化蒙脱土改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂复合物采用喷涂方式涂覆在底层上，厚度为150～200μm，继续在室温下预固化2～4h，随后将硅烷功能化氟化碳改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂复合物采用喷涂方式涂覆在在中间层上，厚度为150～200μm；最后将涂覆完成的三层结构在室温下固化24h，从而获得具有类三明治结构的混凝土抗冻融和抗碳化保护层；所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层的总厚度为300～550μm。
14、本发明提供了上述方法制备的具有类三明治结构的混凝土抗冻融和抗碳化保护层及其在混凝土耐久性提升技术领域中的应用。
15、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
16、1)采用类三明治结构结构设计，每层具有不同功能，协同作用提高了保护层的整体性能；硅烷功能化处理提高了氟化碳和蒙脱土与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂的相容性，增强了复合材料的整体性能；
17、2)将硅烷功能化氟化碳与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂复合设计混凝土防护表层，提升了表层树脂的疏水性及耐候性，并且能有效阻止水分和有害物质的渗入；
18、3)采用硅烷功能化蒙脱土与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂作为三明治结构的中间层，提高了涂层的封闭阻隔性能，进一步增强了对二氧化碳、氯离子等有害物质的阻隔效果；
19、4)基于多元醇改性聚(二甲基硅氧烷)脲树脂作为三明治结构的底层，通过树脂网络内部的羟基与混凝土基体金属离子产生配位，增强了涂层与混凝土的粘结性，提高了整个保护层的附着力和耐久性；
20、5)三层均采用聚(二甲基硅氧烷)脲树脂作为基体，确保了各层之间的相容性和结合力，保证了各层之间的相容性和结合力，避免了层间剥离的问题。
21、6)保护层具有优异的抗冻融性能及良好的抗碳化性能，可有效减少冻融循环对混凝土的破坏，显著延缓混凝土的碳化进程，延长结构使用寿命。
22、7)多层结构设计提供了多重保护，即使表层出现局部损坏，下层仍能继续发挥保护作用；该保护层不仅适用于新建混凝土结构，也可用于既有结构的修复和加固，且该方法施工简便、成本低、能耗小及绿色环保等，具有广阔的应用前景。
1.一种类三明治结构的混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于，混凝土抗冻融和抗碳化保护层的三明治结构包括以下三层：表层为硅烷功能化氟化碳改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层，中间层为硅烷功能化蒙脱土改性的聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层，底层为多元醇改性聚(二甲基硅氧烷)脲树脂层。
2.根据权利要求1所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：
3.根据权利要求1所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：
4.根据权利要求3所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：硅烷功能化纳米氟化碳与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂的质量比为1％～6％。
5.根据权利要求3所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：
6.根据权利要求1所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：
7.根据权利要求6所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：硅烷改性蒙脱土与聚(二甲基硅氧烷)脲树脂的质量比为1％～6％。
8.根据权利要求1所述混凝土抗冻融和抗碳化保护层，其特征在于：
9.根据权利要求1～8中混凝土抗冻融和抗碳化保护层的制备方法，其特征在于，制备步骤包括：
10.权利要求1～8中任一项所述的具有类三明治结构的保护层在混凝土耐久性提升技术领域中的应用。
