CN103755213A - 一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法 - Google Patents

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江云安
刘绍军
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Abstract

本发明所述的是一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其技术创新在于有机与无机材料相结合,改变混凝土防水剂由传统单一的抗渗或膨胀发展为集膨胀与抗渗共同作用。以水溶性硫酸铝为膨胀源同时提供Al3+、SO3 2-使生成的钙矾石能充分保证混凝土收缩补偿同步进行;有机硅、烷基磺酸钠改善混凝土和易性,提高密实性;氟硅酸钠与混凝土中的水介质和Ca(OH)2生成不溶水的结晶体,填充混凝土内毛细孔道和微小裂缝发挥自修复功能。本发明是补偿收缩、抗裂防渗、抗冻融、改善和易性等多种性能为一体的刚性结构自防水材料。

Description

一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土、砂浆外加剂的制备方法,特别是集补偿收缩与自修复等功能于一身的刚性混凝土防水剂的制备方法。 
背景技术
混凝土是目前人类使用最广泛的人造建筑材料,我国是混凝土的生产消耗大国,每年生产与消耗混凝土约30亿m3,占世界总量的1/2左右。其中混凝土外加剂的发明及应用、预应力混凝土技术的应用等是具有里程碑式的技术革新,使得混凝土的材料性能和施工方式产生了质的变化。以建筑房屋为例,从20世纪的砖混结构和预制混凝土结构件形式,已经被框架结构和集中搅拌,泵送的现浇混凝土形式所替代,结构的整体性和稳定性能有大的提高。 
混凝土外加剂奠定了现代混凝土技术的基础,成为混凝土的必要组分之一。外加剂品种繁多、功能各异,混凝土外加剂按其性能可分为:1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂,包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等;2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂,包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等;3)改善混凝土耐久性的外加剂,包括引气剂、防水剂和阻锈剂等;4)改善混凝土其他性能的外加剂,包括加气剂、膨胀剂、防冻剂等。 
混凝土外加剂的广泛应用,有效地改善了混凝土的工作性质、力学性能和耐久性能,达到节省水泥、提高施工速度和施工质量、改善工艺和劳动条件的目的,从而有力促进资源节约和保护环境。对于地下工程和水工工程而言,混凝土工程的设计寿命一般为70~100年,而柔性防水层的使用寿命一般只有15~20年,这就给后续的维护工作带来很大的不便,也给工程防水留下了隐患。因此,提高混凝土结构自身的防水性能是解决工程防水性能的主要措施。随着外加剂产品的开发和应用技术水平的提高,混凝土在结构中的防水功能会得到进一步的凸显。 
混凝土是一种内部存在毛细孔隙和连通通道的非均质材料,形成的主要原因一方面是水泥硬化过程会产生体积变化和放出水化热,初期会产生化学收缩和自收缩,3~7d产生温降收缩,14d后停止湿养护则发生干燥收缩,水泥混凝土进入使用期后,则会受到天气的热胀冷缩的影响,在骤冷下温度收缩相当大;另一方面是由于混凝土中的用水量大于水泥水化的理论用水量,水分会从混凝土内部渗出,导致混凝土内部出现孔隙和通道。因此,提高混凝土密实性和减少混凝土内部的可见或不可见裂缝,是提高混凝土抗渗性能的核心。这一愿望是美好的,在理论上也是可行的。 
由此可见,正确采用混凝土外加剂技术,能够有效提高混凝土的密实性和减少混凝土内 部的可见或不可见裂缝,从而为混凝土结构工程的防水提供了合理的可选技术方案。提高混凝土结构防水性能的技术措施主要包括掺加减水剂、膨胀剂、矿物掺合料和纤维等,主要目的是降低混凝土水胶比和防止混凝土开裂。一旦混凝土开裂,将在混凝土内部形成快速的水流介质通道,再密实的混凝土也失去了防水抗渗的功能。 
中国建筑材料科学研究院吴中伟院士提出的混凝土膨胀补偿收缩理论,混凝土的抗裂比抗渗更重要,混凝土局部要达到一定的抗渗标号比较容易,只要适当调整配合比,施工中振捣均匀就可达到。但要解决混凝土的抗裂是比较困难的,因为现代混凝土都是在搅拌站生产完成,经过运输车长距离送到现场,施工灌注要求也是流态泵送型混凝土,水泥用量也大,水灰比较大,所以混凝土的收缩比过去的混凝土要大得多,在技术上对混凝土的收缩进行一定的补偿才是防治抗裂的根本。 
可见,防裂是混凝土抗渗的重中之重。混凝土在不同硬化期的收缩原因和特征是不同的,人们希望通过不同的化合物的水化速度,产生不同阶段的体积膨胀,全方位补偿水泥混凝土的收缩,减免结构收缩裂缝的发生。为了抑制混凝土收缩而开发了种类繁多的膨胀剂,我国生产膨胀剂的主要品种有:U型膨胀剂、复合膨胀剂、铝酸钙膨胀剂、EA-L膨胀剂、FN-M膨胀剂、CSA微膨胀剂。 
掺有膨胀剂的补偿收缩防水混凝土在水化过程中,氧化钙类膨胀剂水化生成膨胀性结晶产物氢氧化钙,硫铝酸钙类膨胀剂则与水泥水化产生的氢氧化钙反应生成膨胀性水化产物钙矾石C3A·3CaSO4·32H2O,这些膨胀性结晶产物使混凝土产生适度膨胀,可补偿或抵消混凝土的收缩,减少微裂缝;在约束条件下,这些膨胀性产物填充、堵塞毛细孔,可改善混凝土孔结构,使孔隙率减少,孔径变小,内部组织致密,提高抗渗性;在钢筋和邻位的约束限制条件下,可在钢筋混凝土结构中建立0.2~0.7MPa的预压应力,这种限制膨胀可以补偿混凝土的限制收缩,抵消混凝土结构在收缩过程中产生的全部或大部分拉应力,从而使结构不开裂或裂缝控制在裂缝宽度小于0.1mm的无害裂缝,从而提高混凝土的防水性能。 
可见,混凝土外加剂为混凝土工程刚性防水技术的进步提供了技术基础;为发展利用混凝土自身进行工程防水具备了充分的条件;刚性防水技术打破了传统的防水模式,避免了对于柔性防水材料的过分依赖。 
发明内容
本发明是一种无机材料和有机材料结合的复合型高效混凝土结构自防水材料。在多功能水泥粒子表面活性剂技术性能的基础上,根据混凝土裂缝产生及多孔介质渗流理论,充分利用水溶性无机盐类、硫酸铝等成分具有较高渗透性,特别是硫酸铝同时提供Al3+、SO3 2-,并且与水泥粒子水化后生成的Ca(OH)2反应生成具有一定膨胀性能的结晶体一钙矾石;同时, 结合有机硅、十二烷基苯磺酸钠成分能够在混凝土具有较高流动性的条件下,更加突出的改善混凝土和易性,提高其密实性,显著增强混凝土抗渗能力;此外,利用该产品特有的活性化学物质,与混凝土中的水介质和Ca(OH)2等成分生成不溶水的结晶体,充填混凝土内毛细孔道和微小裂缝,对0.2mm以下的裂缝具有自行修复的功能,彻底有效地达到混凝土结构自防水的高标准质量要求。 
【配方组成】 
此产品各项性能指标均达到或超过GB23439-2009《混凝土膨胀剂》和JC474-2008《砂浆、混凝土防水剂》国家行业标准质量要求,符合GB8076-2008《混凝土外加剂》国家标准质量要求。该产品是集膨胀防裂、抗渗防潮、增强、防腐环保、抗冻耐久和明显改善混凝土和易性等多种性能于一体的高效混凝土结构自防水材料。掺和这种材料所调制的高抗渗补偿收缩混凝土,可避免混凝土产生渗漏的各种因素,提高混凝土的整体性能,减短施工时间,节省工程造价。正常应用本防水剂的防水混凝土,会为混凝土结构自身的长久防水质量提供可靠保证。 
【性能特点】 
1.配制补偿收缩混凝土:本防水剂的加入,可使混凝土产生较高而又稳定的限制膨胀,通常膨胀率为0.02%~0.04%;如需配制限制膨胀率更高些的混凝土,要适量提高该产品掺加量;2.提高混凝土强度和耐久性能:该产品中所含的无机材料和有机材料,在混凝土中与水泥的共同水化过程中,会增强水泥粒子表面张力和活性,使水泥粒子由原来大小不同的聚集状态变化为均匀分部状态,增大水泥颗粒与水的接触面积,提高其自身性能的充分发挥。进而提高混凝土强度,减少混凝土中的孔隙率,增强了混凝土的密实性和抗渗性,也提高了混 凝土的耐久性;3.明显改善混凝土和易性:本发明中所利用的水泥粒子表面活性剂成分,会突出改善混凝土和易性及流动性,能够使混凝土在振捣不够均匀的条件下,仍会保持粗细骨科及胶凝材料的均匀密实,会使混凝土结构自身具有很强的防水能力;4.提高混凝土抗冻融性能:这种产品中包含着刚性防水工程中必须具有的引气成分(十二烷基苯磺酸钠等)能够使混凝土增强微小均匀的含气量,提高其抗冻融性能1~6倍以上,大大延长混凝土结构的使用寿命及防水质量的保证年限;5.增强混凝土的防腐、环保性;该防水剂是种环保型化工建材,将其加入到混凝土中后,各种成分通过与水泥等胶凝材料的水化反应,提高了混凝土自身保护能力,使其具有增强、抗风蚀碳化、抗酸碱盐侵害、抗腐蚀和改善自涤性等综合的防水保护功能。 
【产品应用】 
产品正常掺量占水泥等胶凝材料质量的3%~4%,在混凝土后浇带和灌注桩等特殊部位使用时,此产品掺量可提高至6%。使用此产品的混凝土终凝后应立即进行洒水养护,养护期要在7天以上。产品适用于地下室工程,人防工程,地铁工程、地下通道等具有防水要求的混凝土工程;可用于污水处理池、净水池、游泳池和生活水池及水塔等水利工程。 
具体实施方式
实施例1(普通型混凝土防水剂制备方法) 
Figure BSA0000099652910000041
【制备方法】 
按照重量百分比分别称取粉末聚羧酸、氟硅酸钠、松香热聚物、硼酸、柠檬酸、纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠制成预混料,再与石英砂充分混和,最后与其他成分混和均匀即得灰棕色粉末。 
【产品性能指标】 
泌水率比(%,JC474-2008):0 
抗压强度(%,JC474-2008):3d≥140,7d≥120,28d≥110 
抗渗等级(JC474-2008):≥P8-P14 
减水率(%,GB8076-2008):≥12 
限制膨胀率(%,GB23439-2009):水中7d≥0.025,空气中21d≥-0.01 
实施例2(早强型混凝土防水剂制备方法) 
Figure BSA0000099652910000051
【制备方法】 
按照重量百分比分别称取氟硅酸钠、松香热聚物、纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠制成预混料,再与与石英砂充分混和,最后再与其他成分混和均匀即得灰棕色粉末。 
【产品性能指标】 
泌水率比(%,JC474-2008):0 
抗压强度(%,JC474-2008):3d≥150,7d≥130,28d≥110 
抗渗等级(JC474-2008):≥P8-P16 
减水率(%,GB8076-2008):≥12 
限制膨胀率(%,GB23439-2009):水中7d≥0.025,空气中21d≥-0.01 
实施例3(缓凝型混凝土防水剂制备方法) 
Figure BSA0000099652910000061
【制备方法】 
按照重量百分比分别称取氟硅酸钠、松香热聚物、纤维素醚、十二烷基苯磺酸钠制成预混料,再与与石英砂充分混和,最后再与其他成分混和均匀即得灰棕色粉末。 
【产品性能指标】 
泌水率比(%,JC474-2008):0 
抗压强度(%,JC474-2008):3d≥130,7d≥120,28d≥110 
抗渗等级(JC474-2008):≥P8-P14 
减水率(%,GB8076-2008):≥12 
限制膨胀率(%,GB23439-2009):水中7d≥0.025,空气中21d≥-0.01。 

Claims (9)

1.一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:组成该防水剂的材料包括有机材料和无机材料,并根据各组分所占的比例将含量低于5%的组分首先制成预混料,再与其他组分混合均匀成为灰棕色粉末。
2.根据权利要求1所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:所包括的有机材料及其所占比例分别为粉末松香热聚物1~5%、十二烷基苯磺酸钠0.5~1%、固体聚羧酸5~10%、柠檬酸0~1.5%、纤维素醚0~2%。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:所述无机材料及其所占比例分别为Al2·(SO4)3·18H2O10~20%、活性硅20~30%、氟硅酸钠1~5%、石英砂10~20%、粉煤灰5~15%、硼酸0~1%、AEA10~15%、沸石粉10~20%。
4.根据权利要求3所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:以十八水合硫酸铝作为主要膨胀源。
5.根据权利要求3所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:以沸石粉、AEA作为辅助膨胀源。
6.根据权利要求4-5之一所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:Al2·(SO4)3·18H2O为100目以上粉末,铝离子含量在7.5%以上。
7.根据权利要求1所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:该防水剂正常掺量占水泥胶凝材料质量的3%~4%。
8.根据权利要求1所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法,其特征在于:该防水剂在混凝土后浇带和灌注桩部位使用时,此防水剂掺量提高至占胶凝材料质量的6%。
9.一种多功能高效混凝土防水剂,其特征在于:根据权利要求1-8所述的一种多功能高效混凝土防水剂的制备方法制作而成。
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