CN101456717A - 一种无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料及其制备方法 - Google Patents

一种无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种适用于地下建筑工程的无毒环保型防腐抗渗、防水、耐磨补强材料及其制备方法。该补强材料的组成为：阳离子胶粉5～10重量份、改性络合钙5～8重量份、纳米活性SiO2白炭黑15～30重量份、有机硅改性纳米膨润土1～5重量份、有机硅增强密实剂0.1～3重量份、磨细硫铝酸盐水泥100～300重量份、分散剂0.3～1.2重量份和石英砂150～500重量份。本发明的补强材料具有良好的界面结合力、渗透能力及超强的稳定性，是一种对地下构筑物防水抗渗补强防腐的具有特殊用途的材料。

Description

一种无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种适用于地下建筑工程的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强功能性建筑材料及其制备方法。
背景技术
随着国家经济的发展及国防的需要，地下工程质量引起了国家的高度重视，而地下工程的防腐性、抗渗性、防水性、对保护结构的安全性及构造物的耐久性越发显示出其重要性。地下结构在腐蚀介质作用下，加之混凝土自身的缺陷，造成了对结构的巨大破坏。腐蚀和渗水可导致各种构筑物的结构损坏，甚至带来一系列的严重后果，国家在这方面每年要花费数亿元人民币进行整治。俗称十隧九漏，没有不漏水的地下室，此种现象在江湖及海边城市尤为突出，且不同的地区除混凝土本身的缺陷外，腐蚀介质的差别也是不可忽视的因素。这种现象若不及时进行防范就会严重影响构筑物的安全。目前市场上各种防腐及抗渗材料只能单一地发挥效应。国外的水泥基结晶渗透材料，价格高昂并且需要在很长的时间内通过化学反应来达到防水抗渗要求，而且只能在中性及碱性环境下方可发挥效能。用阳离子氯丁胶乳、丙烯酸酯、硅丙、苯丙乳液配制的聚合物砂浆等因其施工复杂，抗慢渗性能差而无法大面积推广。因此迫切需要一种即可防腐抗渗防水又经济实用、施工方便的材料来解决目前地下工程在有静压水渗漏情况下的防腐、防水、抗渗的问题。
发明内容
针对目前现有技术中各种材料对地下工程防腐不防水、防水不防渗、防渗不防腐的现象，本发明的发明人提出一种在较高静压水及各种地下水腐蚀介质存在的情况下能够做到无毒环保、防腐、抗渗、防水、耐磨、快速固结的补强材料，以解决因混凝土本身的缺陷及各种腐蚀介质对混凝土的破坏导致的地铁、过江隧道、高速公路隧道、铁路隧道、水电大坝廊道、水电站厂房、建筑物地下室等的结构损坏。
本发明的一个目的是提供一种无毒环保型防腐、抗渗、防水、耐磨的补强材料，其组成为：
阳离子胶粉                 5～10重量份；
改性络合钙                 5～8重量份；
纳米活性SiO2白炭黑         15～30重量份；
有机硅改性纳米膨润土       1～5重量份；
有机硅增强密实剂           0.1～3重量份；
磨细硫铝酸盐水泥           100～300重量份；
分散剂                     0.3～1.2重量份；
石英砂                     150～500重量份。
优选本发明的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料的组成为：
阳离子胶粉                 6～8重量份；
改性络合钙                 5～6重量份；
纳米活性SiO2白炭黑                 20～25重量份；
有机硅改性纳米膨润土               2～4重量份；
有机硅增强密实剂                   0.1～0.5重量份；
磨细硫铝酸盐水泥                   150～250重量份；
分散剂                             0.4～0.8重量份；
石英砂                             200～450重量份。
本发明中，所述阳离子胶粉为阳离子丙烯酸酯胶粉，可以为美国国民淀粉公司生产的FLEX8300型号的阳离子丙烯酸酯胶粉。该胶粉为可自由流动的白色粉末，玻璃化温度为-20℃，最低成膜温度为0℃。
本发明中，所述有机硅增强密实剂为硅烷类偶联剂，具体而言，可以为市售可得的KH560硅烷偶联剂。
本发明中，所述磨细硫铝酸盐水泥，作为体系中的水稳定固化剂。
本发明中，所述分散剂为非离子型表面活性剂，具体而言，可以为市售可得的聚羧酸非离子型表面活性剂或聚羧酸减水剂。
本发明中，所述石英砂为市售40目～120目产品。
本发明的另一目的是提供所述无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料的制备方法，其包括如下步骤：
(1)改性络合钙的制备
偶联剂:水:CaO＝1:10:100(质量比)，将偶联剂溶于水并搅拌20-40min，再把CaO投入螺旋喂料机中，然后将偶联剂与水的混合物用喷雾的方式与螺旋喂料机中的CaO均匀混合，制得改性络合钙。
所述偶联剂可以为市售氨苄基的硅烷偶联剂。
(2)纳米活性SiO2白炭黑的制备
二甲基硅油:白炭黑＝5:100～10:100(质量比)，按上述配比，采用粉体改性设备(如型号为SRL-Z300/600的超细粉体改性机组)进行改性，并通过气流磨干燥而制成纳米活性SiO2白炭黑。
(3)有机硅改性纳米膨润土的制备
有机硅改性材料:醋酸锌:水:膨润土＝10:1.2:100:30～20:2:150:40，把市售有机硅改性材料和醋酸锌加入水中，混合后加入膨润土搅拌均匀，投入反应釜，在100℃，2MPa压力下反应12小时，所得产物送入气流磨喷雾干燥即可制成有机硅改性纳米膨润土。
其中，所述有机硅改性材料可以为甲基含氢硅油、羟基硅油或甲基含氢聚硅氧烷。
(4)将上述制备的改性络合钙、纳米活性SiO2白炭黑和有机硅改性纳米膨润土，以及阳离子胶粉、有机硅增强密实剂、磨细硫铝酸盐水泥、分散剂和石英砂按重量比均匀混合，得到无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料。
本发明利用有机大分子聚合物与无机超细粒子通过离子交换和健合反应均匀的分散在对方的结构中，从而形成一种独特的互穿网络结构。互穿网络结构能够将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性及反应惰性与有机材料的韧性及介电性反应活性完美地结合起来，从而大幅度提高材料的物理力学性能。
在本发明的补强材料中掺加阳离子胶粉能形成聚合物膜(乳胶膜)，乳胶膜在框架中起到了柔性绞接的作用，对水泥砂浆的孔隙起到了封闭的作用(见图1)。纳米活性SiO2白炭黑的掺加能够有效提高阳离子胶粉的活性，使各组份之间的活性基团及各相之间具有强烈的相互作用，并与聚合物一起共同使界面与本材料间产生较为理想的致密结构。有机硅改性纳米膨润土是一种集无机物的特性与有机物的功能于一身且易于和组份中的各种材料相匹配的纳米材料，在纳米粒子独特的表面效应作用下，与结构中的毛细孔和细微裂缝中的介质水反应生成不溶于水的凝胶结晶体(见图2)。本发明利用有机硅的惰性，并在阳离子胶粉、纳米材料和水硬性材料等的协同作用下，使产品具有良好的界面结合力、渗透能力及超强的稳定性。
值得一提的是，本发明所述防腐抗渗防水补强材料已在大坝、隧道、地下室等的防腐、抗渗、防水止漏工程中进行了大量的施工试验，取得了显著的效果。
由上可知，本发明提供一种无毒环保型防腐、抗渗、防水、耐磨、具有补强功能性的无机与有机复合型材料，在有腐蚀介质及静压水的情况下，具有很好的粘接性、穿透性、抗渗性及防水性，并具有耐候性能优越、使用寿命长、防腐抗渗防水效果好、价格低、生产容易、施工工艺简单、综合性能优良的特点。
附图说明
图1为说明本发明的补强材料内部界面情况的图；
图2为说明颗粒在水化中的排列情况的图。
具体实施方式
实施例1
无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料的重量份组成是：阳离子丙烯酸酯胶粉∶改性络合钙∶纳米活性SiO2白炭黑:有机硅改性纳米膨润土:KH560硅烷偶联剂∶磨细硫铝酸盐水泥熟料:聚羧酸非离子表面活性剂∶石英砂＝8∶6∶20∶4∶0.2∶200∶0.8∶300。
其中，所述阳离子丙烯酸酯胶粉为美国国民淀粉公司生产的FLEX8300型号阳离子丙烯酸酯胶粉。
所述改性络合钙按上文所述方法制备，其配比为：氨卞基的硅烷偶联剂∶水∶CaO＝1∶10∶100(质量比)。
所述纳米活性SiO2白炭黑按上文所述方法制备，其配比为8∶100(质量比)。
所述有机硅改性纳米膨润土按上文所述方法制备，其配比为∶硅油∶醋酸锌∶水∶膨润土＝10∶1.5∶150∶30(质量比)。
将各组分按重量比均匀混合即得到本发明的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料。
实验实施例
按照本发明的实施例1制备的补强材料具有很好的粘接性、穿透性、抗渗性、防水性及耐候性。根据湖南省水利科学研究所的检测数据，采用该材料对某地下工程进行防水加固施工，完工检测的强度发展指标如下：
表1：防水补强材料的强度发展
Figure A200710179547D00111
检测结果表明采用上述方法制备的防水补强材料对地下工程进行防水加固后，其抗压强度、抗折强度以及抗渗强度均有大幅度的提升，说明本发明所述补强材料具有很好的粘接性、抗渗性及防水性等特点。

Claims (7)

1、一种无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料，其特征是，该补强材料的组成为：
阳离子胶粉               5～10重量份；
改性络合钙               5～8重量份；
纳米活性SiO2白炭黑       15～30重量份；
有机硅改性纳米膨润土     1～5重量份；
有机硅增强密实剂         0.1～3重量份；
磨细硫铝酸盐水泥         100～300重量份；
分散剂                   0.3～1.2重量份；
石英砂                   150～500重量份。
2、根据权利要求1所述的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料，其组成为：
阳离子胶粉               6～8重量份；
改性络合钙               5～6重量份；
纳米活性SiO2白炭黑       20～25重量份；
有机硅改性纳米膨润土     2～4重量份；
有机硅增强密实剂         0.1～0.5重量份；
磨细硫铝酸盐水泥         150～250重量份；
分散剂             0.4～0.8重量份；
石英砂             200～450重量份。
3、根据权利要求1所述的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料，其特征是，所述阳离子胶粉为阳离子丙烯酸酯胶粉。
4、根据权利要求1所述的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料，其特征是，所述有机硅增强密实剂为硅烷类偶联剂。
5、根据权利要求1所述的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料，其特征是，所述分散剂为非离子型表面活性剂。
6、根据权利要求1所述的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料，其特征是，所述石英砂为40目～120目。
7、一种制备权利要求1的无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料的方法，包括如下步骤：
(1)改性络合钙的制备
按质量比偶联剂:水:CaO＝1:10:100，将偶联剂溶于水并搅拌20～40min，把CaO投入螺旋喂料机中，然后将偶联剂与水的混合物用喷雾的方式与螺旋喂料机中的CaO均匀混合，制得改性络合钙；
(2)纳米活性SiO2白炭黑的制备
按质量比二甲基硅油:白炭黑＝5:100～10:100，采用粉体改性设备进行改性，并通过气流磨干燥而制成纳米活性SiO2白炭黑；
(3)有机硅改性纳米膨润土的制备
按质量比有机硅改性材料:醋酸锌:水:膨润土＝10:1.2:100:30～20:2:150:40，把有机硅改性材料和醋酸锌加入水中，混合后加入膨润土搅拌均匀，投入反应釜，在100℃，2MPa压力下反应12小时，所得产物送入气流磨喷雾干燥即可制成有机硅改性纳米膨润土；
(4)将上述制备的改性络合钙、纳米活性SiO2白炭黑和有机硅改性纳米膨润土，以及阳离子胶粉、有机硅增强密实剂、磨细硫铝酸盐水泥、分散剂和石英砂按权利要求1或2中的重量比均匀混合，得到无毒环保型防腐防水抗渗耐磨的补强材料。
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