混凝土因其出色的机械性能而被广泛应用于道路铺设、隧道工程、桥梁建设等领域。然而，混凝土的多孔性和亲水性会导致水滞留在孔隙中。此时，若遭受低温等恶劣环境，混凝土中的水将会结成冰，从而降低路面的摩擦力，导致车轮打滑，引发交通事故。同时，在孔隙中形成的冰将产生更大的内应力，增加混凝土开裂的可能性。另外，如果混凝土中吸附了含有腐蚀性离子（如防冻盐中的Cl–离子）的水，混凝土内部的钢筋可能会受到腐蚀，损害混凝土的使用性。本课题组使用砂纸覆盖和喷涂两步法在混凝土表面制备出坚固的超疏水myristic acid/ZrO2（MAZ-RSC）表面，可有效提高混凝土的防污自洁、防冰与耐腐蚀能力。
图1 超疏水MAZ-RSC表面制备过程示意图
MAZ-RSC表面上液滴呈现为球形，CA值为161.3°。液滴能以约1.2°的斜率（SA = 1.2°）迅速从MAZ-RSC上滚落，表现出极低的附着力。这种现象可归因于MAZ-RSC的微/纳米结构能够在液滴和固体表面之间形成稳定的“气垫”，它能促进“液-固”界面转化为“液-气-固”界面，防止水滴润湿混凝土表面，使MAZ-RSC实现了超疏水性。
图2 不同样品表面的水滴浸润与接触角图像。(a, d) PSC；(b, e) MA-RSC；(c, f) MAZ-RSC。(g)液滴在MAZ-RSC表面上的滚动行为。
所得MAZ-RSC具有优异的防结冰性能，其表面在18分钟后未观察到结冰现象。雨滴落在MAZ-RSC表面后，很快从倾斜的涂层表面弹起，没有留下任何残留物。出现这种现象的原因是超疏水MAZ-RSC表面具有粗糙的微/纳米结构，有利于截留空气，使雨滴具有较高的CA值和较小的固/液接触面积。较高CA值可提高结晶过程中的成核能垒，延长雨滴的凝固时间。同时，较小的接触表面积降低了雨滴与样品表面之间的热传导效率，再加上滞留空气的隔热效应，可有效延长冻结时间。
同时，除冰测试结果显示MAZ-RSC的DF仅为10.2 N，覆盖在表面的冰很容易整体脱落。在MAZ-RSC表面上，液滴在超疏水表面上呈“Cassie–Baxter”状态，冻结后直接形成“Cassie ice or Cassie frost”，使冰附着力大幅下降，降低了MAZ-RSC的除冰难度。
图3不用样品的防冰和除冰能力测试。(a)防冰测试示意图；(b) PSC、(c) MA-RSC和(d) MAZ-RSC的防冰过程。(e)除冰测试示意图；(f) PSC、(g) MA-RSC和(h) MAZ-RSC除冰测试后的宏观图片。
MAZ-RSC还具有较强的耐蚀性，可以在较宽的pH值范围内保持出色的耐化学性。具体来说，MAZ-RSC极强的憎水性在混凝土表面形成了一层高度稳定的气膜，有效阻止了电解液中的腐蚀性物质渗入混凝土内部，极大地保护了钢筋免受腐蚀。此外，空气膜本身具有很高的电阻，这减缓了样品表面与腐蚀性液体之间的电子转移，从而降低了阴极腐蚀速率。同时，在混凝土上形成的ZrO2-羧酸盐络合物在很大程度上增强了涂层的阻隔效果，从而提高了MAZ-RSC的防腐蚀性能。
本论文采用两步法在混凝土基体上建立了一个高度稳定的超疏水表面，有望在道路、建筑和桥梁等实际领域得到采用。
图4 (a)电化学腐蚀试验示意图。26 V电压下30 min内，(b) PSC、(c) MA-RSC和(d) MAZ-RSC在3.5 wt.% NaCl溶液中的腐蚀过程。(e)电化学腐蚀后钢筋的形貌。(f)在3.5 wt.%的NaCl溶液中，不同混凝土样品的Tafel曲线。溶液pH对(g) MA-RSC和(h) MAZ-RSC疏水性的影响。(i)为(g)和(h)的相应的接触角值
本研究论文“Fabrication of robust superhydrophobic myristic acid/ZrO2coating with improved anti-icing and anti-corrosion for concrete via a two-step method”发表在SCI期刊《Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects》（中科院2区）。学院本科生罗雪婷为论文第一作者，重庆三峡学院教师尹华伟、胡传波副教授为论文共同通讯作者。本研究同时也受到重庆市自然科学基金项目(cstc2020jcyj-msxmX0826，cstc2021jcyj-msxmX1139)、重庆市教委项目(KJQN202001234，KJQN202201214，KJZD-M202301201)，省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室项目(武汉科技大学) (G202205)的资助。
论文连接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.134040
