水泥基材料在工程建设中广泛应用，但在实际使用中，特别是在寒冷地区或易受冻融影响的环境下，其性能面临诸多挑战。传统水泥基材料在冻融循环过程中，由于水的结冰膨胀和融化收缩，容易导致内部结构破坏，进而降低材料的耐久性和力学性能。此外，表面磨损和结冰问题也严重影响其使用寿命和安全性。
实施例总结分析
- 整体式超疏水砂浆制备流程
- 氟化纳米制备
通过将纳米分散于特定配比（5g 纳米、230mL 无水乙醇、20mL 氨水）的混合溶液，再与十七氟癸基三乙氧基硅烷（1.5g）和四乙氧基硅烷（1.5mL）混合反应，经一系列处理得到氟化纳米。此过程中，各试剂用量、搅拌时间（如磁力搅拌 60min、90min 等）和操作步骤（如滴加、静置、离心等）相互配合，是形成具有特殊性能的氟化纳米的关键，其质量比关系（1:(0.8 - 1.0):(3 - 4)）对最终产物性能有重要影响。 - 超疏水前驱体溶液制备
以聚二甲基硅氧烷（5.25g）和乙酸丁酯（2.4mL）制备 PDMS 溶液，氟化纳米（6.25g）和乙酸丁酯（9mL）制备分散液，二者混合后再经无水乙醇（2mL）和固化剂（0.525g）处理，各步骤中的试剂用量、搅拌时长（如磁力搅拌 1h、3h、2h、1h、20min 等）等参数精确控制，确保了前驱体溶液的性能，为后续制备超疏水改性石英砂奠定基础。 - 超疏水改性石英砂制备
利用超疏水前驱体溶液在特定条件（6kPa 压缩机气压、1m/s 速度、20cm 距离）下对 40 - 70 目石英砂进行多次（3 次）喷涂与翻转操作，并在特定室温环境（25±0.4℃，24±2% 湿度）固化 3 天，使得石英砂表面均匀黏附前驱体溶液并形成稳定的超疏水结构，该工艺参数的严格执行保证了超疏水改性石英砂的优异性能。 - 整体式超疏水砂浆制备
以超疏水改性石英砂替代细骨料与水泥等混合制备砂浆，此步骤整合了前面的制备成果，体现了各组分协同作用对整体材料性能的影响。
- 微观形貌
表面覆盖 100 目紫铜网后形成规律分布、排列密集的微米级乳突结构，由超疏水改性石英砂、以及水化硅酸钙共同组成，乳突结构凸起与凹陷处充满纳米粗糙组分，形成微纳米复合结构，这种独特结构赋予其超疏水特性，同时内部存在水解的 PDMS - OH 分子间自交联固化形成的 Si - O - Si 柔性骨架结构和疏水基团的微米级微球等，使其粗糙度高于普通砂浆且兼具高强度与疏水性。 - 耐磨损性能
磨损循环试验中，初始静态接触角在 145 - 152°，得益于超疏水改性石英砂的疏水特性和表面微米级乳突粗糙结构；磨损 6 次后，内部粗糙结构暴露仍有良好疏水特性（约 150° 接触角），表明新暴露的内部砂浆具有超疏水特性，与表面结构无关，体现了材料内部结构的稳定性和超疏水性能的持久性。 - 防冰性能
- 抗冻性能
75 次冻融循环后，整体式超疏水砂浆试样强度损伤减缓，仍有 42.5% 强度，抗冻性能提升 1.2 倍，强度损失速率低于普通砂浆试样。这是因为其吸水能力低，内部孔径含水率低，在冻融过程中不易达到临界饱水度，从而减少了静水压与渗透压作用，降低了冻融破坏程度，体现了材料结构对其抗冻性能的重要影响。
- 低温环境防结冰试验
在 - 10℃下，液滴在整体式超疏水砂浆试样表面接触角大，符合 Cassie - Baxter 理论模型，凝冰延迟现象显著（结冰时间延迟 5.9 倍），随着时间延长接触角减小是因为部分液滴与亲水性水化硅酸钙组分接触并渗入内部；普通砂浆试样接触角小，遵循 Wenzel 接触模型，热传递速率大，结冰迅速，对比突出了整体式超疏水砂浆的防结冰特性。 - 累计结冰量试验
在 - 20℃下，整体式超疏水砂浆试样表面滚动角大，虽累积冰量与普通砂浆试样相近，但冰块为半圆柱堆积且滴落位置未被润湿，更易清除，这与普通砂浆试样表面形成难以清除的冰层不同，体现了其在实际应用中的优势。 - 低温环境易除冰试验
在 - 20℃下，整体式超疏水砂浆试样上冰层受 500g 砝码冲击易碎并脱离，而普通砂浆试样冰层仅撞击出凹槽，表明整体式超疏水砂浆试样冰层粘结强度低，具有良好的防冰除冰特性，适用于寒区工程。
- 宏观性能
表面接触角达 150.3°，在水面漂浮， - 20℃低温下仍保持拒水特性，与普通石英砂易被水浸润形成鲜明对比，这主要归因于其特殊的微纳米粗糙结构降低了表面能，使固液表面张力减小，液滴趋向球形，宏观表现为拒水。 - 微观结构
表面具有由 PDMS 交联固化形成的微米级乳突和嵌合的纳米形成的纳米微球共同组成的微纳米复合粗糙结构，EDS 能谱检测到 F 元素（0.94%）证明成功粘结，FTIR 和 XPS 光谱进一步表明 PDMS 成功粘结在石英砂表面，这些结构特征是其超疏水性能的微观基础。
通过实施例可以看出，整个制备过程各环节紧密相连，工艺参数精确控制，制备出的材料在多种性能上表现优异，结构与性能之间存在明确的对应关系，这些成果为该材料在实际工程中的应用提供了有力的技术支持和理论依据。
