CN102603235A - 一种碳纳米管水泥基防水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种碳纳米管水泥基防水材料及其制备方法，防水材料由粉剂和水剂两部分组成，水剂包括以下以质量份计的组份：碳纳米管0.01-0.03、水0.8-1.2、分散剂0.1-0.3；粉剂包括以下以质量份计的组份：水泥6-9、硅质细砂12-14、工业废渣0.6-1、超细硅质矿物外加剂0.8-2、硅铝质矿物外加剂1.5-3.5、高效释水外加剂0.1-0.4、超塑化剂0.1-0.3。制备过程是先混合水剂的组份，然后将粉剂的组份加入其中，搅拌混合均匀即得。具有防水效果好、防水作用持久，具有多次自愈修复的能力，耐久性好，而且可增强建筑物表面的涂层，避免出现裂纹，是一种绿色环保防水材料。

Description

一种碳纳米管水泥基防水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管水泥基防水材料,适用于游泳池、地下室等部位的防水，亦可以用于建筑物外墙体的粉刷、水工建筑物表面的维修加固，以及地下连续墙、隧道、涵洞、水库大坝的防水和堵漏施工,属于工程材料技术领域，本发明还涉及一种碳纳米管水泥基防水材料的制备方法。

背景技术

随着建设规模不断增大，混凝土的使用越来越广泛，但由于混凝土墙体容易产生微裂纹，抗渗性能欠佳，住宅易于出现地下室渗漏、卫生间渗水、墙体渗水等问题。其他不同作用机理的防水材料，基本都面临老化问题，因此只能在短时期内发挥防水功效，导致防水部位频繁出现渗漏问题。

水泥基防水材料属于刚性防水材料，以水泥、砂、石为主要原料，掺加少量有机、无机外加剂，如减水剂、膨胀剂等，在水泥基材表面或者内部形成一层致密层，阻止水分的通过，从而达到防水的目的。但是由于水泥基防水材料是一种多相复合脆性材料，不同相之间存在性能薄弱的界面过渡区，导致水泥基材料内部易产生裂纹，导致防水性能变差，严重影响建筑物服役寿命。因此，开发一种新型的抗裂性能优越，同时具有一定的自愈能力，与基材变形协调好，并能够消耗部分工业废渣的绿色环保型防水材料，能适用于饮用水、食品加工、游泳池、水库等建筑项目，不仅具有广阔的应用前景，从而产生经济效益；并且由于环保、节能，亦具有重要的社会效益。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种碳纳米管水泥基防水材料，该防水材料抗裂性能好，防水作用持久，并能够消耗部分工业废渣，属于一种新型纳米环保防水材料。

本发明的另一个目的是提供一种碳纳米管水泥基防水材料的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种碳纳米管水泥基防水材料，其特征在于由水剂和粉剂两部分组成，其中水剂1.2-2质量份，粉剂15-25质量份；

水剂为碳纳米管水溶液，具体包括以下以质量份计的组份：

碳纳米管	0.01-0.03
		水	0.8-1.2
分散剂	0.1-0.3

粉剂主要由水泥、硅质细砂、工业废渣、超细硅质矿物外加剂、硅铝质矿物外加剂、高效释水外加剂和超塑化剂原料混合而成；具体而言，包括以下以质量份计的组份：

水泥	6-9
		硅质细砂	12-14
工业废渣	0.6-1
		超细硅质矿物外加剂	0.8-2
硅铝质矿物外加剂	1.5-3.5
		高效释水外加剂	0.1-0.4
超塑化剂	0.1-0.3

   所述的水泥为强度等级42.5以上的水泥。

所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，具有优异的力学、物理化学、电学等性能，长径比为500-3000，导电率大于100 s/cm。

所述的超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积不小于18000m²/kg，SiO₂含量不低于92%。

所述的硅铝质矿物外加剂为I级粉煤灰，比表面积不小于550m²/kg。

所述的硅质细砂为70-140目的石英砂。

所述的超塑化剂为市售高效减水剂，减水率为25%以上。

所述的分散剂为表面活性剂，如OP-10、十二烷基苯磺酸钠、阿拉伯熟胶粉。

上述碳纳米管水泥基防水材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按比例称取水剂的各组份，将碳纳米管加入水中，添加表面分散剂，超声45min；

2）按比例称取粉剂的各组份，然后将工业废渣、超细硅质矿物外加剂、硅铝质矿物外加剂、高效释水外加剂、超塑化剂加入步骤1配制的溶液中，然后加入水泥，混合均匀后，加入硅质细砂继续，搅拌混合均匀，得到碳纳米管改性水泥基方式材料产品。

本发明与传统的水泥基防水材料相比，具有以下特点：

1）防水性能好。本发明制备的碳纳米管改性水泥基防水涂料是一种无机盐水泥基混合材料，属于刚性防水材料。施工后防水涂层的生成物与混凝土结构相当。在水的作用下，防水涂料中含有的纳微米材料及活性化学物质以水为载体，被带入混凝土多孔结构的内部孔缝中，随着水对混凝土结构毛孔的渗透与混凝土中的游离子交互反应生成不溶于水的结晶物，结晶物在混凝土结构孔缝中吸水膨胀从而使混凝土结构变得致密，并且由于使混凝土结构表层向纵深处逐渐形成一个致密的抗渗区域，大大提高了结构整体的抗渗能力。在养护条件下，28天后活性化学物质能使渗透结晶深入混凝土结构内部约120mm，使混凝土结构承受得起压力而不透水，多年以后涂层中的活性化学物质仍能被水激活，形成新的渗透结晶物，即具有二次抗渗能力；

2）使用寿命长。由于纳米颗粒的纳米尺寸效应和填充效应，在纳米尺度可以限制裂缝的出现，加之其活性，可以在多年以后还能被水激活，故二次裂缝能生长出新的结晶物。防水涂料的渗透结晶体，在保护混凝土内部钢筋不受侵蚀的基础上，延长建筑物的使用寿命。应用在混凝土结构背水面或迎水面都不影响其应用效果，对基面要求低且防水涂层对普通砂浆的粉饰也有很好的亲和作用。只要涂层完全固化后，就不怕磕碰、剥落及磨损。

3）可以消耗部分工业废渣，绿色环保节能。

综上所述，本发明制备的防水材料是用水调配的一种防水涂料，塑性好，防水施工流畅，粘结性能强。适用于饮用水、食品加工、游泳池、水库等建筑项目，属于环保新材料。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，所用的具体实施例是用于描述本发明，而不是限制本发明。

本发明以下实施例所采用的主要原料的出处如下：多壁碳纳米管、聚羧酸高效减水剂、硅酸盐水泥、超细硅灰、I级粉煤灰、90目的石英砂、分散剂均购自中国科学院成都有机化学有限公司；工业废渣为低碱度钢渣、煤渣，主要成分为SiO₂、Al₂O₃。

实施例1

碳纳米管水泥基防水材料，水剂1.2质量份、粉剂20质量份。

水剂包括以下以质量份计的组份：碳纳米管0.01份，水1份，分散剂0.1份；所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，长径比为500-3000，导电率大于100 s/cm，分散剂为TNDISR（OP-10）。

粉剂包括以下以质量份计的组份：水泥6份，硅质细砂13份、工业废渣（煤渣）0.6份、超细硅质矿物外加剂1.5份、硅铝质矿物外加剂1.5份、高效释水外加剂0.2份、超塑化剂0.1份。水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥；超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积为18000m²/kg，SiO₂含量不低于92%；硅铝质矿物外加剂为I级粉煤灰，比表面积为550 m²/kg；所述的硅质细砂为90目的石英砂；所述的超塑化剂为市售聚羧酸高效减水剂，减水率为25%。

上述碳纳米管水泥基防水材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3）按比例称取水剂的各组份，将碳纳米管加入水中，添加表面分散剂，超声45min；

按比例称取粉剂的各组份，然后将工业废渣、超细硅质矿物外加剂、硅铝质矿物外加剂、高效释水外加剂、超塑化剂加入步骤1配制的溶液中，搅拌10min后加入水泥，搅拌10min混合均匀后，加入硅质细砂，继续搅拌10min混合均匀，得到碳纳米管改性水泥基方式材料产品。

本实施例得到的碳纳米管水泥基防水材料产品安定性良好，且28d抗渗压力约为1.2-1.5MPa，第二次抗渗压力（56d）约为0.8-1.0MPa，渗透压力比（28d）约为300-350%，适用于水库项目混凝土材料防水。

实施例2

碳纳米管水泥基防水材料，水剂1.5质量份、粉剂25质量份。

水剂包括以下以质量份计的组份：碳纳米管0.03份，水0.8份，分散剂0.3份；所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，长径比为500-3000，导电率大于100 s/cm。

粉剂包括以下以质量份计的组份：水泥9份，硅质细砂12份，工业废渣1份（低碱度煤渣），超细硅质矿物外加剂2份，硅铝质矿物外加剂3.5份，高效释水外加剂0.4份，超塑化剂0.3份。水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥；超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积为18000m²/kg，SiO₂含量不低于92%；硅铝质矿物外加剂为I级粉煤灰，比表面积为550 m²/kg；所述的硅质细砂为90目的石英砂；所述的超塑化剂为市售聚羧酸高效减水剂，减水率为25%。分散剂为十二烷基苯磺酸钠。

所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，长径比为500-3000，导电率大于100 s/cm。所述的水泥为强度等级52.5的硅酸盐水泥；所述的超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积为18000m²/kg，SiO₂含量不低于92%；所述的硅铝质矿物外加剂为I级粉煤灰，比表面积为550 m²/kg；所述的硅质细砂为90目的石英砂；所述的超塑化剂为市售聚羧酸高效减水剂，减水率为30%。

制备方法同实施例1。

本实施例得到的碳纳米管水泥基防水材料产品安定性良好，且28d抗渗压力约为1.4-2.0MPa，第二次抗渗压力（56d）约为1.0-1.5MPa，渗透压力比（28d）约为320-385%。 

实施例3

碳纳米管水泥基防水材料，水剂占2质量份、粉剂占15质量份。

水剂包括以下以质量份计的组份：碳纳米管0.02份，水1.2份，分散剂0.2份；所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，长径比为500-3000，导电率大于100 s/cm。分散剂阿拉伯熟胶粉。

粉剂包括以下以质量份计的组份：水泥7份，硅质细砂13份，工业废渣0.8份（低碱度钢渣），超细硅质矿物外加剂0.8份，硅铝质矿物外加剂2.5份，高效释水外加剂0.1份，超塑化剂0.2份。水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥；超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积为18000m²/kg，SiO₂含量不低于92%；硅铝质矿物外加剂为I级粉煤灰，比表面积为550 m²/kg；所述的硅质细砂为90目的石英砂；所述的超塑化剂为市售聚羧酸高效减水剂，减水率为25%。

制备方法同实施例1。

本实施例得到的碳纳米管水泥基防水材料产品安定性良好，且28d抗渗压力约为1.0-1.4MPa，第二次抗渗压力（56d）约为1.2-2.0MPa，渗透压力比（28d）约为375-425%。 

Claims (2)

1.一种碳纳米管水泥基防水材料，其特征在于由水剂和粉剂两部分组成，其中水剂1.2-2质量份，粉剂15-25质量份；

水剂为碳纳米管水溶液，具体包括以下以质量份计的组份：

碳纳米管                   0.01-0.03 水                        0.8-1.2 分散剂                     0.1-0.3

粉剂包括以下以质量份计的组份：

水泥 6-9 硅质细砂 12-14 工业废渣 0.6-1 超细硅质矿物外加剂 0.8-2 硅铝质矿物外加剂 1.5-3.5 高效释水外加剂 0.1-0.4 超塑化剂 0.1-0.3

   所述的水泥为强度等级42.5以上的水泥；

所述的碳纳米管为多壁碳纳米管，长径比为500-3000，导电率大于100 s/cm；

所述的超细硅质矿物外加剂为超细硅灰，比表面积不小于18000m²/kg，SiO₂含量不低于92%；

所述的硅铝质矿物外加剂为I级粉煤灰，比表面积不小于550m²/kg;

所述的硅质细砂为70-140目的石英砂；

所述的分散剂为表面活性剂；

所述的超塑化剂，减水率为25%以上。

2.根据权利要求1所述的碳纳米管水泥基防水材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）按比例称取水剂的各组份，将碳纳米管加入水中，添加表面分散剂，超声45min；

2）按比例称取粉剂的各组份，然后将工业废渣、超细硅质矿物外加剂、硅铝质矿物外加剂、高效释水外加剂、超塑化剂加入步骤1配制的溶液中，然后加入水泥，混合均匀后，加入硅质细砂继续，搅拌混合均匀，得到碳纳米管改性水泥基方式材料产品。