CN101062853A - 一种高效阻裂防水剂及其生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻裂防水剂：活化沸石粉60％～76％、硅灰5％～15％、氧化钙3％～8％、氧化镁3％～8％、无水硫酸钠3％～8％、水泥基渗透结晶母料2％～6％、硅烷偶联剂1.0％～3.0％、高强高弹性模量聚乙烯醇纤维2％～4％和萘系高效减水剂5％～8％。其生产方法步骤如下：1)活化沸石粉和硅烷偶联剂混合后进行改性反应；2)将所得的改性粉料冷却至室温，然后依次加入硅灰、氧化钙、氧化镁、无水硫酸钠、水泥基渗透结晶母料和萘系高效减水剂进行混合；3)将所得的混合料放入无重力搅拌机内，然后再加入高强高弹性模量聚乙烯醇纤维进行搅拌直至无结团。使用了此阻裂防水剂后的混凝土具有疏水性能好、抗裂性能高等优点。

Description

一种高效阻裂防水剂及其生产方法

技术领域

本发明涉及一种应用于混凝土的外加剂，特别是一种阻裂防水剂。

背景技术

保护建筑物和结构不受湿气和水的侵入，对于提高建筑物的耐久性十分重要。对于混凝土和砌筑的结构来说，水分的存在和迁移常常是结构的性能发生不良变化的重要原因。同时，水分作为结构物内部传递可溶组分的重要媒介，同样可以引起混凝土和砌体结构性能上的破坏。例如，混凝土和砂浆的碳化、钢筋锈蚀、冻融破坏以及墙体的发霉现象均与水的存在和迁移有关。近年来，建筑物墙体采用自保温体系或者在墙体外侧做复合保温层以起到良好的保温隔热作用时，但是这些都必须解决抗渗和防水问题。由此可见，研制混凝土的高效阻裂防水剂对于提高建筑物的工程质量和结构的耐久性是十分必要的。

建筑业在实际使用，要求混凝土具有良好的工作性(流动性、保水性和粘聚性)、合适的强度和良好的体积稳定性(收缩小、抗裂性好)，具有抗渗和防水功能。但是传统的混凝土是由水泥、砂、碎石和水组成，上述性能不佳；因此需要在传统的混凝土中添加一定的外加剂才能符合实际的使用要求。

目前普遍采用的混凝土的阻裂防水剂，多以液体或粉体状的刚性防水剂、膨胀剂、引气剂或减水剂等外加剂为主。该类材料均呈刚性特征，无助于从根本上改善混凝土及其制品的脆性。因而，用普通防水剂、膨胀剂、引气剂或减水剂等配置的抗裂混凝土，其抗裂、抗折、抗冲击及耐候、耐久性能欠佳，致使我国建筑的渗漏顽症屡治不克，耗资耗材巨大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种应用于混凝土的阻裂防水剂，使用了此种阻裂防水剂后的混凝土具有疏水性能好、抗裂性能高等优点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种高效阻裂防水剂，其组分及重量含量为：活化沸石粉60％～76％、硅灰5％～15％、氧化钙3％～8％、氧化镁3％～8％、无水硫酸钠3％～8％、水泥基渗透结晶母料2％～6％、硅烷偶联剂1.0％～3.0％、高强高弹性模量聚乙烯醇纤维2％～4％和萘系高效减水剂5％～8％。

作为本发明的阻裂防水剂的改进：活化沸石粉是孔径大小为400～600纳米的沸石磨细至150～250目，再于800～900℃的超高温脱除结晶水所得。高强高弹性模量聚乙烯醇纤维的直径18～20μm、长8～12mm。硅灰是7000～10000目的硅灰。所述硅烷偶联剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或硅烷基复合材料。沸石为斜发沸石或丝光沸石。

本发明还提供了上述阻裂防水剂的生产方法，包括以下步骤：

1)、活化沸石粉和硅烷偶联剂均匀混合后投入物化反应釜内，升温至150～180℃，于恒温条件下改性反应10～30min；得改性粉料；

2)、将上述改性粉料放入冷却罐内冷却至室温，然后依次加入硅灰、氧化钙、氧化镁、无水硫酸钠、水泥基渗透结晶母料和萘系高效减水剂进行均匀混合；得混合料；

3)、将上述混合料放入无重力搅拌机内，然后再加入高强高弹性模量聚乙烯醇纤维进行均匀搅拌直至无结团；得阻裂防水剂。

本发明的阻裂防水剂中使用的所有组分均为市售产品。例如：水泥基渗透结晶母料可选用美国ITE国际公司生产的ITE.K-11；萘系高效减水剂可选用浙江五龙化工股份有限公司生产的ZWL-V1型高效减水剂、浙江杭州中欣混凝土外加剂有限公司生产的ZX-3高效减水剂；高强高弹性模量聚乙烯醇纤维可选用兰州尼维龙化纤公司生产的PVA纤维；属于硅烷偶联剂的硅烷基复合材料可选用国民淀粉公司的SEAL80硅烷憎水粉、山西三维公司的SWWP100硅烷憎水剂。

本发明生产方法的步骤2)中的室温一般指0℃～40℃。

本发明的阻裂防水剂，其各种组分的作用详细如下表述：

1、沸石晶格结构中存在着大量的孔道结构，这些孔道结构不尽增加了沸石的外表面积，增加了其对于外界阳离子和水分子等物质的接触面积，即增强了沸石的外表面吸附阳离子和水分子等物质的能力；同时还增加了沸石的内表面积，从而使沸石能够将许多物质吸附并储存在其内部，并在外界条件发生变化时将这些物质脱附而释放出来。

沸石具有能够增强混凝土性能的作用，不仅与其孔道结构有关，还与沸石中阳离子的含量有关，也即与沸石的化学成分有关。沸石的主要成分是二氧化硅，二氧化硅的键结构特点使其表面具有大量的可用电子，从而使纯净的二氧化硅表面具有很高的表面张力，能够吸附大量的水分子和低价小半径阳离子。

因此在本发明中，活化沸石粉对于提高混凝土结构的防水性能效果显著，还可以减轻混凝土的泌水性，提高其后期强度。能使掺用了本发明阻裂防水剂的混凝土水化更完全、结构更密实；从而使混凝土具有良好的抗碱骨料反应能力，耐久性能明显提高。

2、本发明的阻裂防水剂由于含有氧化钙和氧化镁，因此在实际使用的水化初期，会在混凝土颗粒骨架间隙中生成凝胶状的Ca(OH)₂和Mg(OH)₂，并产生先期膨胀；而后生成硬化的Ca(OH)₂和Mg(OH)₂发生重结晶，开始后期膨胀；直到Ca(OH)₂和Mg(OH)₂结晶全部转化成大的异方形，膨胀反应才结束。其主要优点是早期膨胀不是很大，但对于混凝土后期呈延迟性膨胀，因此对于补偿混凝土的温降收缩十分有利。

3、本发明所选用的无水硫酸钠，对本发明的阻裂防水剂和混凝土混合后所形成的凝胶材料主要起到激发增强作用，对凝胶材料的工作性能也有改善作用。

4、本发明由于含有硅烷偶联剂，因此当本发明的阻裂防水剂掺入到混凝土中并加水搅拌混合后，硅烷偶联剂的保护胶体外壳能迅速溶解于水并释放出被包裹的硅烷，使硅烷能分散到混凝土中，因此可以保证混凝土得以迅速润湿，即赋予了混凝土极佳的拌合性能。而普通防水剂会对湿润过程产生阻碍，从而使混凝土的拌和性能变差。

在混凝土高碱性环境下，硅烷中亲水的有机官能团会水解形成高反应活性的硅烷醇基团，硅烷醇基团能与混凝土的水化产物中的羟基基团进行不可逆反应形成化学结合，从而使通过交连作用连接在一起的硅烷牢固地固定在混凝土孔壁的表面。由于憎水的有机官能团朝向孔壁的外侧，使得孔壁的表面获得了憎水性，由此为混凝土带来了持久的、整体性的憎水效果。硅烷偶联剂在混凝土中水解后释放的少量产物为乙醇，对环境没有危害。

5、本发明的阻裂防水剂中所含有的PVA纤维(高强高弹性模量聚乙烯醇纤维)是一种采用纤维制作设备、用优质合成树脂原料制成的高分子材料，其具有很好的强度、分散性和与混凝土基体的粘结性。PVA纤维如同在混凝土中掺入数亿根三维乱向分步的微细筋，因此PVA纤维能起到抑制混凝土开裂，达到改善混凝土性能的目的。且PVA纤维具有分散性好、直径小、耐久性高、握裹力强、环保安全等特点。

6、本发明所选用的萘系高效减水剂，可使混凝土减水性增强，提高流动性和可泵性。

7、本发明充分利用了沸石的碱吸附性和对重金属元素的吸附性能，还利用了沸石的活性离子交换性能，利用了沸石的耐酸耐碱性能，利用了沸石的耐高温耐低温(耐候)性能。多孔结构、高渗透性、亲水性的沸石经硅烷偶联剂改性所得的改性粉料是一种憎水疏水性材料。

综上所述，本发明的阻裂防水剂具有保水增稠、补偿收缩、密实增强、阻裂抗渗和憎水防水等作用。可广泛应用于各种抗渗混凝土工程、自防水混凝土管件、自防水轻集料砌块、自防水保温材料及各类保温材料，或对使用中的建筑物和构筑物进行防水维修。本发明的阻裂防水剂，能弥补现有的刚性防水抗渗外加剂的刚强有余、柔韧不足等缺陷，并且能解决现有的外加剂在建筑防水(包括结构自防水)工程应用中的抗变形、抗收缩开裂、憎水疏水性能差等难题。

本发明的阻裂防水剂，其性能指标如表1所示：

                     表1、匀质性指标

序号	测试项目	性能指标	实测结果
				1	含水率，％	≤3.0	0.8
2	总碱量(Na2O+0.658K2O)	≤4	2.78
				3	氯离子含量，％	≤0.10	0.016
4	细度(0.315mm筛筛余)	≤3	2.2
				5	氨释放量	≤0.1	＜0.01
6	内照指数	≤1.0	0.1
				7	外照指数	≤1.0	0.5

为了充分证明本发明的阻裂防水剂的优点，经国家建筑材料测试中心检测，当其为凝胶材料重量的5％(内掺)时，受检混凝土的性能指标如表2所示：

             表2、受检混凝土的性能指标

序号	测试项目		性能指标	实测结果
					1	净浆安定性		合格	合格
2	凝结时间差(初凝)，min		≥-90	120
					3	抗压强度比，％	3d	≥90	100
7d	≥100	112
			28d	≥90			106
4	渗透高度比，％							≤40	32
			5	48h吸水量比，％		≤75	69
6	收缩率比，％							≤135	119
			7	钢筋腐蚀		无锈蚀	无锈蚀

8	限制膨胀率，％	水中28d	≤0.10	0.018
					空气中21d	≥-0.02	-0.018
		9	抗压强度(MPa)	7d				≥25.0	27.2
28d	≥45.0				45.3
				10		抗折强度(MPa)	7d	≥4.5	4.9
28d	≥6.5	7.0
			11		抗冲击强度比，％		≥110	129
12	抗开裂性能提高率，％			≥50					76
			13		泌水率比，％		≤50	30
14	减水率，％			≥8.0					14.0
			15		含气量，％		≤3.0	2.3

综上所述，本发明的阻裂防水剂符合国家的相关标准的要求，其具有降低水化热及延缓水化反应的作用，还具有吸附游离碱的功能，并具有抑制碱-集料反应作用。其符合氨释放限量的要求，也符合核素限量的要求；因此能规模化推广使用，属于绿色材料。

具体实施方式

实施例1、一种阻裂防水剂，其组分及重量含量为：活化沸石粉62％、硅灰5％、氧化钙4％、氧化镁4％、无水硫酸钠7％、水泥基渗透结晶母料5％、十二烷基硫酸钠3％、高强高弹性模量聚乙烯醇纤维3％和萘系高效减水剂7％。

对上述组分的具体要求如下：

活化沸石粉是孔径大小为400纳米的斜发沸石磨细至150目，再于800℃的超高温脱除结晶水所得。高强高弹性模量聚乙烯醇纤维的直径18μm、长8mm。硅灰是7000目的硅灰。

上述阻裂防水剂的生产方法，是依次进行以下步骤：

1)、将活化沸石粉和十二烷基硫酸钠均匀混合后投入物化反应釜内，升温至150℃，于150℃恒温条件下改性反应30min；得改性粉料；

2)、将上述改性粉料放入冷却罐内冷却至室温，然后依次加入硅灰、氧化钙、氧化镁、无水硫酸钠、水泥基渗透结晶母料和萘系高效减水剂进行均匀混合；得混合料；

3)、将上述混合料放入无重力搅拌机内，然后再加入高强高弹性模量聚乙烯醇纤维进行均匀搅拌直至无结团；得阻裂防水剂。

实施例2、一种阻裂防水剂，其组分及重量含量为：活化沸石粉60％、硅灰13％、氧化钙3％、氧化镁7％、无水硫酸钠4％、水泥基渗透结晶母料3％、十二烷基苯磺酸钠2.0％、高强高弹性模量聚乙烯醇纤维2％和萘系高效减水剂6％。

对上述组分的具体要求如下：

活化沸石粉是孔径大小为500纳米的丝光沸石磨细至200目，再于850℃的超高温脱除结晶水所得。高强高弹性模量聚乙烯醇纤维的直径19μm、长10mm。硅灰是9000目的硅灰。

上述阻裂防水剂的生产方法，是依次进行以下步骤：

1)、将活化沸石粉和十二烷基苯磺酸钠均匀混合后投入物化反应釜内，升温至170℃，于170℃恒温条件下改性反应20min；得改性粉料；

2)、将上述改性粉料放入冷却罐内冷却至室温，然后依次加入硅灰、氧化钙、氧化镁、无水硫酸钠、水泥基渗透结晶母料和萘系高效减水剂进行均匀混合；得混合料；

3)、将上述混合料放入无重力搅拌机内，然后再加入高强高弹性模量聚乙烯醇纤维进行均匀搅拌直至无结团；得阻裂防水剂。

实施例3、一种阻裂防水剂，其组分及重量含量为：活化沸石粉70％、硅灰6％、氧化钙6.5％、氧化镁3％、无水硫酸钠3％、水泥基渗透结晶母料2％、硅烷基复合材料1％、高强高弹性模量聚乙烯醇纤维3.5％和萘系高效减水剂5％。

对上述组分的具体要求如下：

活化沸石粉是孔径大小为600纳米的斜发沸石磨细至250目，再于900℃的超高温脱除结晶水所得。高强高弹性模量聚乙烯醇纤维的直径20μm、长12mm。硅灰是10000目的硅灰。

上述阻裂防水剂的生产方法，是依次进行以下步骤：

1)、将活化沸石粉和硅烷基复合材料均匀混合后投入物化反应釜内，升温至180℃，于180℃恒温条件下改性反应10min；得改性粉料；

2)、将上述改性粉料放入冷却罐内冷却至室温，然后依次加入硅灰、氧化钙、氧化镁、无水硫酸钠、水泥基渗透结晶母料和萘系高效减水剂进行均匀混合；得混合料；

3)、将上述混合料放入无重力搅拌机内，然后再加入高强高弹性模量聚乙烯醇纤维进行均匀搅拌直至无结团；得阻裂防水剂。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1、一种高效阻裂防水剂，其组分及重量含量为：活化沸石粉60％～76％、硅灰5％～15％、氧化钙3％～8％、氧化镁3％～8％、无水硫酸钠3％～8％、水泥基渗透结晶母料2％～6％、硅烷偶联剂1.0％～3.0％、高强高弹性模量聚乙烯醇纤维2％～4％和萘系高效减水剂5％～8％。

2、根据权利要求1所述的高效阻裂防水剂，其特征是：所述活化沸石粉是孔径大小为400～600纳米的沸石磨细至150～250目，再于800～900℃的超高温脱除结晶水所得。

3、根据权利要求1或2所述的高效阻裂防水剂，其特征是：高强高弹性模量聚乙烯醇纤维的直径18～20μm、长8～12mm。

4、根据权利要求3所述的高效阻裂防水剂，其特征是：所述硅灰是7000～10000目的硅灰。

5、根据权利要求4所述的高效阻裂防水剂，其特征是：所述硅烷偶联剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠或硅烷基复合材料。

6、根据权利要求5所述的高效阻裂防水剂，其特征是：所述沸石为斜发沸石或丝光沸石。

7、如权利要求1～6中任意一种高效阻裂防水剂的生产方法，其特征是包括以下步骤：

1)、活化沸石粉和硅烷偶联剂均匀混合后投入物化反应釜内，升温至150～180℃，于恒温条件下改性反应10～30min；得改性粉料；

2)、将上述改性粉料放入冷却罐内冷却至室温，然后依次加入硅灰、氧化钙、氧化镁、无水硫酸钠、水泥基渗透结晶母料和萘系高效减水剂进行均匀混合；得混合料；

3)、将上述混合料放入无重力搅拌机内，然后再加入高强高弹性模量聚乙烯醇纤维进行均匀搅拌直至无结团；得阻裂防水剂。