CN101137600B - 用于混凝土结构的涂料和使用该涂料的建筑方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于混凝土结构的涂料和使用这种涂料的建筑方法，更具体地，提供一种具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料和使用这种涂料的建筑方法，所述涂料包括具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙颗粒。所述涂料具有高的对混凝土粘附性、优异耐久性、抗冻性和抗混凝土自身产生的开裂应力、以及良好的耐氯性、耐酸性、耐碱性和耐臭氧性。另外，它即使在潮湿条件下也可以方便地使用，并且它具有高的抗压强度和抗弯强度，而且不会引起由于建筑物中溶剂的挥发而导致的环境污染，对人体无害，不可燃。因此，它可以用作防止渗水和腐蚀的涂料，还可以用作修复和增强混凝土结构的涂料。

Description

用于混凝土结构的涂料和使用该涂料的建筑方法
技术领域
本发明涉及用于混凝土结构的涂料和使用该涂料的建筑方法；更具体地，涉及具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料和使用该涂料的建筑方法，所述涂料的各种物理性能优良，如对混凝土的粘附力、耐久性和抗冻性，而且在建筑物中不会引起环境污染，对人体无害，并且不可燃，因此用于防止渗水和腐蚀的涂料，还用作修复和增强混凝土结构的涂料建筑方法。
发明背景
通常，除用于普通建筑物以外，混凝土结构也用于诸如水处理设施、污水处理设施和废水处理设施等特殊用途。这样特殊用途的混凝土结构暴露于直接或间接地影响其结构的、各种特殊的物理和化学环境条件。
为了确保对物理和化学环境条件的耐受性，已研究了各种材料，如作为混凝土结构涂料的防水材料、抗腐蚀材料、防失效材料(neutralization preventingmaterials)，并且研究了使用这些材料的建筑方法。具体来说，已经开发和使用了环氧型抗腐蚀材料、聚氨酯防水材料、渗透性防水材料、球形防水材料等。
例如，韩国公开专利1989-005242公开了一种通过将碳黑或硅酸铝基的无机粉末加入脂肪酸金属盐和氯化石蜡，然后混合聚合物树脂和分散剂来制得的粉末状防水材料。
此外，韩国公开专利2001-038592公开一种球形粉末状防水材料组合物，它包括作为主要原料的硅灰和高级脂肪酸金属盐(硬脂酸锌)、超增塑剂、AE减水剂，氧化硅等。
发明内容
技术问题
但是，常规的腐蚀抑制剂和防水材料在长时间后不能承受混凝土的内应力，容易破裂并且具有差的抗冻性。特别地，一些腐蚀抑制剂和防水材料含有诸如甲苯或二甲苯的有机溶剂，因此由于建筑物中溶剂的挥发导致引起环境污染并对人体有害，而且是易燃的。此外，在高湿度下与混凝土的粘附力降低，这可以导致不完善的建筑物。
技术手段
本发明提供一种具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料以及使用这种材料的建筑方法，所述涂料的各种物理性能优良，如对混凝土的粘附力、耐久性和抗冻性，而且在建筑物中不会引起环境污染，对人体无害，并且是阻燃的，因此用于防止渗水和腐蚀的涂料，还用于修复和增强混凝土结构建筑方法。
根据本发明的一个方面，提供具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料，它包括具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙(calcium aluminum silicate)颗粒。
所述具有亲水官能团的预聚物可以由式(1)表示：
Figure G2006800079695D00021
其中，D是具有12-18个碳原子的二聚物酸；R1是具有1-4个碳原子的烷基；n是10-100之间的正整数。
通过咪唑啉反应，由式(1)表示的预聚物可以以式(2)所表示的预聚物的形式存在：
Figure G2006800079695D00022
其中，D是具有12-18个碳原子的二聚物酸；m是10-100之间的正整数。所述具有疏水官能团的预聚物可以由式(3)表示：
其中，Ar是具有6-24个碳原子的芳香环；R2选自O、OH、甲基、乙基和丁基所组成的组；q是0-4之间的正实数；r是1-10之间的正整数。
硅酸铝钙颗粒可以具有80-325目的平均粒径。
硅酸铝钙颗粒可以具有球形的形状。
所述具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料可以包括25-40wt％的具有亲水官能团的预聚物、25-40wt％的具有疏水官能团的预聚物、20-50wt％的硅酸铝钙颗粒。
根据本发明的另一方面，提供一种建筑方法，其包括：从混凝土表层去除外来杂质；在混凝土表层沉积基底；在基底层上沉积填料和底部整平材料；在填料和底部整平材料层上沉积用于混凝土结构层的涂料。
还可在用于混凝土结构的涂料层上形成环境保护层。
根据本发明的另一个方面，提供一种建筑方法，包括：从混凝土表层去除外来杂质；在混凝土表层沉积基底；在基底层上沉积填料和底部整平材料；在填料和底部整平材料层上沉积用于混凝土结构的第一层涂料；在用于混凝土结构的第一层涂料层上沉积增强材料；以及在增强材料层上沉积用于混凝土结构的第二层涂料。
还可以在用于混凝土结构的第二层涂料上形成环境保护层。
有益效果
根据本发明的涂料具有对混凝土的高粘附强度、优良耐久性和抗冻性、抗混凝土自身所产生的开裂应力、以及优异的耐氯性、耐酸性、耐碱性和耐臭氧性。另外，它甚至在潮湿条件下可以方便地使用，具有高的抗压强度和抗弯强度，而且不会引起由于建筑物中溶剂的挥发而导致环境污染，并且对人体无害，不可燃。因此，它可以用作防止渗水和腐蚀的涂料，还可以用作修复和增强混凝土结构的涂料。
附图说明
通过参考附图详细描述其典型的实施方式，本发明的以上和其它特征以及优点将变得更清楚，其中：
图1是根据本发明实施方式的建筑方法所制备的混凝土结构的横截面图；
图2是根据本发明另一实施方式的建筑方法所制备的混凝土结构的横截面图；
图3是堆叠结构的横截面图，在该堆叠结构中，根据本发明实施方式的用于混凝土结构的涂料被用于修复；
图4是堆叠结构的横截面图，在该堆叠结构中，根据本发明实施方式的用于混凝土结构的涂料被用于加固。
最佳实施方式
现在，参考附图更加充分地描述本发明。
本发明涉及用于混凝土结构的涂料和使用这种材料的建筑方法，更具体地，涉及具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料以及使用该涂料的建筑方法，所述涂料的各种物理性能优良，如对混凝土的粘附力、耐久性和抗冻性，而且在建筑物中不会引起环境污染，对人体无害，并且不可燃，因此用作防止渗水和腐蚀的涂料，还用作修复和增强混凝土结构的涂料。
根据本发明实施方式的用于混凝土结构的涂料是一种三维网状结构的基材，它通过将硅酸铝钙颗粒加入包括具有亲水官能团的预聚物和具有疏水官能团的预聚物的混合预聚物中来制备。
具有亲水官能团的预聚物具有亲水性，具有疏水官能团的预聚物具有亲油性。因此，由于亲水性，具有这两种组分的混合预聚物具有与混凝土表面的粘附性，同时由于疏水性具有涂料的抗老化性。
此外，因为将硅酸铝钙颗粒加入混合预聚物中以形成三维网状结构的基材，由于与水的化学反应而发生水硬化，保持膨胀性能，与混凝土的粘附性增加。此外，所述涂料保持与要形成的混凝土结构的完整性，并且具有高的抗压强度和抗弯强度，由此增加了整体混凝土结构的耐久性。因此，所述涂料可用于防止渗水和腐蚀以及用于修复和增强混凝土结构。
所述具有亲水官能团的预聚物可以由式(1)表示：
Figure G2006800079695D00051
其中，D是具有12-18个碳原子的二聚物酸；R1是具有1-4个碳原子的烷基；n是10-100之间的正整数。
由式(1)表示的预聚物是酰胺-胺预聚物，它具有疏水性烃基团和亲水性氨基团，并且具有表面活性。
由式(1)所表示的预聚物的分子结构可以增加水溶性，维持水溶液的稳定性，而且可以被化学改性，以提高与下述由式(2)所表示的疏水性缩水甘油预聚物的相容性，并且可以被乳化，这能够使其在没有有机溶剂的条件下使用。此外，由于具有提高的抗腐蚀性和与湿混凝土表面的粘附性以及不可燃性，因此在封闭空间中应用和涂覆是可能的。
通过能够提高具有亲水官能团的预聚物表面活性的咪唑啉反应，由式(1)表示的预聚物也可以以由式(2)所表示的预聚物形式存在：
Figure G2006800079695D00052
其中，D是具有12-18个碳原子的二聚物酸；m是10-100之间的正整数。所述具有疏水官能团的预聚物可以由式(3)表示：
Figure G2006800079695D00053
其中，Ar是具有6-24个碳原子的芳香环；R2选自O、OH、甲基、乙基和丁基；q是0-4之间的正实数；r是1-10之间的正整数。
由式(3)所表示的预聚物是二缩水甘油醚基化合物，它具有340-2000的分子量，并且增加涂料的抗老化性。
当通过快速分散等将具有亲水官能团的预聚物与具有疏水官能团的预聚物进行混合时，使两种预聚物被杂化以形成互穿网络结构(IPN)。因此，获得三维网状结构。
同时，除了杂化的预聚物以外，根据本发明实施方式的用于混凝土结构的涂料包括硅酸铝钙(CaO·Al2O3·SiO2·xH2O)。硅酸铝钙是一种水硬性材料，它诱导水合化作用，并且被覆盖有三维网状结构的杂化预聚合物薄膜，以通过物理化学键合形成无机和有机的基材。
当硅酸铝钙被覆盖有杂化预聚物薄膜以形成涂层时，确保了适于温度变化的适应性和对基底混凝土的粘附力，这导致提高的抗外部冲击性和开裂性以及优良的抗冻性和强的粘附力。此外，长期确保对在界面和有些混凝土涂层中所产生的界面应力的变化的耐受性。
所加入的硅酸铝钙颗粒的平均粒径和形状也影响用于混凝土结构涂料的物理性能。平均粒径可以是80-325目，就分散而言，颗粒形状优选是球形。
当硅酸铝钙颗粒的平均粒径小于80目时，其水解反应(hydrosis reaction)难以进行。当硅酸铝钙颗粒的平均粒径大于325目时，在分散期间发生水表皮(hydroskin)。
现在将参考附图描述根据本发明实施方式的建筑方法。
根据本发明实施方式的建筑方法包括：从混凝土表层除去外来杂质；在混凝土表层沉积基底；在基底层上沉积填料和底部整平材料；以及在填料和底部整平材料层上沉积用于混凝土结构的涂料。
首先，通过常规方法除去混凝土表层上的外来杂质。外来杂质包括浆沫、气孔和其它外来杂质。使用水磨机，通过大功率喷射装置，可以实现外来杂质的去除。通常通过使用高压喷洒装置的清理方法来实现外来杂质的去除。
然后，在混凝土表层上沉积基底。考虑到混凝土的固化和毛细作用处理以及与涂料之间的相互影响，沉积该基底。基底材料的实例包括但不限制为渗透性底漆，例如硅酸铝和丙烯基底漆和环氧底漆。
之后，在基底层上沉积填料和底部整平剂。该填料填充混凝土表面。填料的实例包括但不限于聚合物水泥砂浆(PCM)、环氧水泥砂浆(ECM)、和环氧丙烯水泥砂浆(EACM)。考虑到混凝土的光滑性以及与涂料的亲和力，沉积底部整平剂，该底部整平剂可以是与填料相同的材料。
然后在填料和底部整平剂层上沉积三维网状结构的混凝土结构涂料，该混凝土结构涂料包括具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙。
根据本发明实施方式的建筑方法可以进一步包括在混凝土结构涂料层上沉积环境保护层以提高耐酸性、耐碱性、耐氯性和抗臭氧性。用于环境保护层的材料的实例包括但不限于缩水甘油预聚物、胺加成预聚物以及包括二氧化硅纳米颗粒的组合物。
图1是通过本发明实施方式的建筑方法所制备的混凝土结构的横截面图。该混凝土结构包括在混凝土表层11上依次沉积的基底层12、填料和底部整平材料层13以及用于混凝土结构的、三维网状结构的涂料层14。
根据本发明的另一实施方式，提供一种建筑方法，其包括：从混凝土表层去除外来杂质；在混凝土表层上沉积基底；在基底层上沉积填料和底部整平材料；在填料和底部整平材料层上沉积用于混凝土结构的第一涂料；在用于混凝土结构层的第一涂料层上沉积增强材料；以及在增强材料层上沉积用于混凝土结构的第二涂料。
与在前实施方式的建筑方法相比，该实施方式的建筑方法进一步包括在用于混凝土结构的第一涂料层上沉积增强材料和在增强材料层上沉积用于混凝土结构的第二涂料。
合适的增强材料的实例包括但不限于玻璃增强材料。可以进一步在用于混凝土结构的第二涂料层上沉积环境保护层。
图2是根据本发明另一实施方式的方法所制备的混凝土结构的横截面图。该混凝土结构包括在混凝土表层21上依次沉积的基底层22、填料和底部整平材料层23、具有三维网状结构的用于混凝土结构的第一涂料24、增强材料层25和具有三维网状结构的用于混凝土结构的第二涂料26。
具有三维网状结构的混凝土结构涂料也可以用于修复和增强。
图3和4是堆叠结构的横截面图，在该堆叠结构中，本发明的混凝土结构涂料分别用于修复和增强。
参考图3，当本发明的混凝土结构涂料被用于修复时，如图1所述，基底层32、填料和底部整平层33和具有三维网状结构的用于混凝土结构层的涂料34可以依次沉积在混凝土表层31上。
参考图4，当本发明的混凝土结构涂料被用于增强时，如图2所示，基底层42、填料和底部整平层43和具有三维网状结构的用于混凝土结构层的第一涂料44、增强材料层45和具有三维网状结构用于混凝土结构层的第二涂料46可以依次沉积在混凝土表层41上。
实施例
在下文中，参考如下实施例更具体地描述本发明。下面的实施例是用于说明目的，但不打算限制本发明的范围。
实施例1
在装备有搅拌器、恒温器和回流冷凝器的1000mL烧瓶反应容器中，将50重量份的二元羰基二聚酸(dibasic carbonyl dimeric acid)与50重量份的三亚乙基四胺反应，以制备具有亲水官能图的预聚物。此外，在单独的反应容器中，将20重量份双酚与80重量份羟基丙烯酸缩水甘油酯反应，以制备具有疏水官能团的预聚物。
从各个反应容器中提取预聚物，冷却至室温。然后，将40重量份的具有亲水官能团的预聚物和40重量份的具有疏水官能团的预聚物与20重量份的硅酸铝钙混合，并且高速分散以制备用于混凝土结构的涂料。
实施例2
以与实施例1中相同的方式制备用于混凝土结构的涂料，除了将30重量份的二元羰基二聚酸与70重量份的三亚乙基四胺反应以制备具有亲水性官能团的预聚物。
实施例3
以与实施例1中相同的方式制备用于混凝土结构的涂料，除了将20重量份的羟基丙烯酸缩水甘油酯与80重量份的双酚反应以制备具有疏水官能团的预聚物。
实施例4
以与实施例1中相同的方式制备用于混凝土结构的涂料，除了具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙的重量比为35∶35∶30。
实施例5
以与实施例1中相同的方式制备用于混凝土结构的涂料，除了具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙的重量比为30∶30∶40。
实施例6
以与实施例1中相同的方式制备用于混凝土结构的涂料，除了具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙的重量比为25∶25∶50。
建筑评估
将实施例1-6中所制备的用于混凝土结构涂料分别应用于砂浆样品，以形成1mm厚的涂层，在室温下干燥7天。然后在室温下测量其粘附强度。
此外，在30×35cm石板(slate plate)上涂覆两次涂料，以形成0.5mm厚的层，在室温干燥7天。然后，进行渗水性测试。
相同样品在室温固化7天，然后通过对石板下表面喷水蒸气，观测其膨胀程度。
为了比较，当没有应用本发明的涂料(比较例)时，也观测其粘附强度、渗水性以及由于水蒸气导致的膨胀。
表1
  粘附强度(kg/cm<sup>2</sup>)   渗水性(hrs/ml)   由于水蒸气导致的膨胀
 实施例1   30.1   24/0.5   ×
 实施例2   32.5   24/0.5   ×
 实施例3   30.5   24/0.5   ×
 实施例4   28.5   24/0.9   △
 实施例5   25.2   20/4   △
 实施例6   22.3   20/5   △
 比较例1   10-15   2/20   ×
×：没有观测到；△：观测到一些。
正如可以从表1结果看到的，包括本发明涂料的混凝土结构具有高的涂料对混凝土表面粘附强度、低的渗水性和由于水蒸气导致的膨胀，因此即使在基底混凝土上发生膨胀和收缩时，不会从基底混凝土上破碎或脱落。

Claims (8)

1.具有三维网状结构的、用于混凝土结构的涂料，其包括具有亲水官能团的预聚物、具有疏水官能团的预聚物和硅酸铝钙颗粒，
其中，所述具有亲水官能团的预聚物由式(1)或者式(2)表示：
Figure F2006800079695C00011
其中，D是具有12-18个碳原子的二聚物酸；
R1是具有1-4个碳原子的烷基；以及
n是10-100之间的正整数；
Figure F2006800079695C00012
其中，D是具有12-18个碳原子的二聚物酸；以及
m是10-100之间的正整数；
其中，所述具有疏水官能团的预聚物由式(3)表示：
Figure F2006800079695C00013
其中，Ar是具有6-24个碳原子的芳香环；R2选自OH、甲基、乙基和丁基；
q是0-4之间的正实数；以及
r是1-10之间的正整数。
2.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的涂料，其中，所述硅酸铝钙颗粒具有80-325目的平均粒径。
3.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的涂料，其中，所述硅酸铝钙颗粒具有球形的形状。
4.根据权利要求1所述的用于混凝土结构的涂料，其中，所述用于混凝土结构的涂料包括25-40wt％的具有亲水官能团的预聚物、25-40wt％的具有疏水官能团的预聚物、20-50wt％的硅酸铝钙颗粒。
5.一种建筑方法，其包括：
从混凝土表层去除外来杂质；
在混凝土表层上沉积基底；
在基底层上沉积填料和底部整平材料；以及
在填料和底部整平材料层上沉积权利要求1-4中任一项所述的用于混凝土结构涂料。
6.根据权利要求5所述的建筑方法，其中，在混凝土结构涂料层上进一步沉积环境保护层。
7.一种建筑方法，其包括：
从混凝土表层去除外来杂质；
在混凝土表层上沉积基底；
在基底层上沉积填料和底部整平材料；
在填料和底部整平材料层上沉积权利要求1-4中任一项所述的用于混凝土结构的第一涂料；
在用于混凝土结构的第一涂料层上沉积增强材料；以及
在增强材料层上沉积权利要求1-4中任一项所述的用于混凝土结构的第二涂料。
8.根据权利要求7所述的建筑方法，其中，在用于混凝土结构的第二涂料层上进一步沉积环境保护层。
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