CN103964892A - 一种硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑工程材料及其制备技术领域，涉及一种硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料及其制备方法，先将硅溶胶、有机硅单体、硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、酒石酸、成膜助剂按比例混合，温度控制为40～60℃，不停搅拌充分反应3～6小时后冷却，其中硅溶胶、有机硅单体、硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、酒石酸和成膜助剂的重量百分比分别为10％～60％、20％～70％、5％～15％、0.003％～0.006％、0.2％～2％和1％～3％；再用磷酸调节至pH值为3.5～5.5，最后加水补至100％，获得硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料；其制备工艺简单，成本低，制备的防水材料防水性能优异，抗有害离子侵入能力强，耐候性和耐久性优良。
Description
技术领域：
本发明属于建筑工程材料及其制备技术领域，涉及一种建筑工程材料及其制备工艺，特别是一种硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料及其制备方法。
背景技术：
混凝土是现代土木建筑工程中应用最广、用量最大的建筑材料，也是最主要的结构材料。如果根据使用环境对混凝土进行正确设计，同时按要求进行施工、养护和维护，混凝土的使用寿命可达百年，甚至更久。但是，如果混凝土所处的环境条件恶劣，而且各环节没有充分考虑和认真实施，混凝土结构将可能过早破坏。混凝土结构耐久性的降低主要有混凝土碳化、钢筋锈蚀、氯离子侵蚀、冻融循环、碱-骨料反应和微生物作用等引起，通过各类腐蚀破坏的机理可以看到，水在其中起着关键性的作用。外界的水之所以能够进入混凝土内，主要是混凝土具有可渗透性的特点。大量研究表明，混凝土的渗透性与其耐久性之间有着密切的联系，通常认为渗透性是评价混凝土耐久性的最重要指标。
在众多的防水材料中，有机硅单体类渗透型防水材料由于能够在混凝土表面形成牢固的憎水表面层，而混凝土的透气性不受影响，受到了越来越广泛的关注与应用。但是，有机硅单体类渗透型防水材料存在一些缺陷，如强度低、对基材的附着性较差、挥发性高、渗透深度低、成本高以及随着时间延长防水效果会逐渐降低等。
发明内容：
本发明的目的在于克服常用混凝土防水材料存在的缺点，针对现有有机硅单体类渗透型防水材料的不足，提供一种硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料及其制备方法，在有机硅单体中加入硅溶胶，由于硅溶胶与混凝土中未水化的水泥颗粒和氢氧化钙能够发生化学反应形成结晶体，可以堵塞或封闭混凝土内部的部分孔洞，因此，提高了混凝土的强度和防水性能，与此同时，还可以有效降低有机硅单体的挥发率。
为了实现上述目的，本发明涉及的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料中各组分的重量百分比为：
本发明涉及的硅溶胶为采用正硅酸乙酯水解法获得的SiO2重量百分含量为10％～40％的液体硅溶胶，其pH值为2～10，平均粒径小于100nm。
本发明涉及的有机硅单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷单体中的一种或两种以上组合物。
本发明涉及的硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲基三乙氧基硅烷中的一种。
本发明涉及的成膜助剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种。
本发明制备硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料的具体工艺过程为：先将硅溶胶、有机硅单体、硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、酒石酸、成膜助剂按比例混合，温度控制为40～60℃，不停搅拌充分反应3～6小时后冷却，再用磷酸调节至pH值为3.5～5.5，最后加水补至100％，获得硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料。
本发明使用时，将硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料在常温干燥的环境下涂刷或喷涂于混凝土表面，在涂刷或喷涂前将混凝土表面处理干净，硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料的用量一般为0.2～0.6kg/平方米。
本发明将硅溶胶添加到有机硅单体中，由于硅溶胶经过硅烷偶联剂改性，由亲水性变为疏水性，与有机硅单体之间结合的更加紧密，另外，硅溶胶进入到混凝土内部后，与混凝土中未水化的水泥颗粒和氢氧化钙发生化学反应所形成结晶体，堵塞或封闭混凝土内部的部分孔洞，使混凝土更加密实，不但阻止水的渗透，而且降低有机硅单体的挥发率，能有效降低混凝土的吸水率，防止有害离子的侵入。
本发明与现有技术相比，其制备工艺简单，成本低，制备的防水材料防水性能优异，抗有害离子侵入能力强，耐候性和耐久性优良，使混凝土表面强度提高，适用于混凝土、砂浆、水泥浆、石材等材料的表面防水处理，特别适用于恶劣环境中的混凝土结构，如海港码头、在除冰盐、盐雾侵蚀下工作的公路、立交桥等混凝土结构的表面处理。
具体实施方式：
下面通过实施例对本发明进行具体描述。
本实施例涉及的混凝土毛细吸水系数、砂浆吸水率、防水材料在混凝土中的渗透深度和氯离子在混凝土中的扩散系数检测方法参考《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB/T50082-2009)、《砂浆、混凝土防水剂》(JC474-2008)、《建筑砂浆基本性能试验方法标准》(JGJ/T70-2009)。
实施例1：
本实施例制备1kg硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，所用原料及其制备过程如下：
将100g硅溶胶和50gγ-氨基丙基三乙氧基硅烷混合，在500r/min搅拌状态下，依次加入700g正丁基三乙氧基硅烷、0.05g壬基酚聚氧、5g酒石酸、10g聚乙烯醇，然后用磷酸调节pH值至4.0，在50℃下反应5h，最后加水补至1kg。
本实施例将制备得到的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料在常温下涂刷于干燥砂浆试块与混凝土的表面，涂膜用量为0.4kg/m2，砂浆吸水率降低72.5％，防水材料在混凝土表面的渗透深度达到5.6mm，混凝土的防水性能有所提高，毛细吸水系数降低53.1％，氯离子扩散系数降低26.7％。
实施例2
本实施例制备1kg硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，所用原料及其制备过程如下：
将200g硅溶胶和80gγ-氨基丙基三乙氧基硅烷混合，在500r/min搅拌状态下，依次加入600g正丁基三乙氧基硅烷、0.05g壬基酚聚氧、5g酒石酸、10g聚乙烯醇，然后用磷酸调节pH值至4.5，在50℃下反应6h，最后加水补至1kg。
本实施例将制备得到的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料在常温下涂刷于干燥砂浆试块与混凝土的表面，涂膜用量为0.4kg/m2，砂浆吸水率降低64.9％，防水材料在混凝土表面的渗透深度达到5.1mm，混凝土的防水性能有所提高，毛细吸水系数降低49.2％，氯离子扩散系数降低23.2％。
实施例3：
本实施例制备1kg硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，所用原料及其制备过程如下：
将300g硅溶胶和100gγ-氨基丙基三乙氧基硅烷混合，在500r/min搅拌状态下，依次加入500g正丁基三乙氧基硅烷、0.04g壬基酚聚氧、10g酒石酸、20g聚乙烯醇，然后用磷酸调节pH值至4.5，在50℃下反应6h，最后加水补至1kg。
本实施例将制备得到的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料在常温下涂刷于干燥砂浆试块与混凝土的表面，涂膜用量为0.4kg/m2，砂浆吸水率降低68.2％，防水材料在混凝土表面的渗透深度达到3.7mm，混凝土的防水性能有所提高，毛细吸水系数降低47.7％，氯离子扩散系数降低21.8％。
实施例4：
本实施例制备1kg硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，所用原料及其制备过程如下：
将100g硅溶胶和50gγ-环氧丙基三乙氧基硅烷混合，在500r/min搅拌状态下，依次加入700g正辛基三乙氧基硅烷、0.05g壬基酚聚氧、5g酒石酸、10g聚乙烯醇，然后用磷酸调节pH值至4.0，在50℃下反应5h，最后加水补至1kg。
本实施例将制备得到的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料在常温下涂刷于干燥砂浆试块与混凝土的表面，涂膜用量为0.4kg/m2，砂浆吸水率降低80.3％，防水材料在混凝土表面的渗透深度达到3.5mm，混凝土的防水性能有所提高，毛细吸水系数降低53.5％，氯离子扩散系数降低29.1％。
实施例5：
本实施例制备1kg硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，所用原料及其制备过程如下：
将300g硅溶胶和100gγ-环氧丙基三乙氧基硅烷混合，在500r/min搅拌状态下，依次加入500g正辛基三乙氧基硅烷、0.04g壬基酚聚氧、10g酒石酸、20g聚乙烯醇，然后用磷酸调节pH值至4.5，在50℃下反应6h，最后加水补至1kg。
本实施例将制备得到的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料在常温下涂刷于干燥砂浆试块与混凝土的表面，涂膜用量为0.4kg/m2，砂浆吸水率降低73.6％，防水材料在混凝土表面的渗透深度达到3.1mm，混凝土的防水性能有所提高，毛细吸水系数降低50.8％，氯离子扩散系数降低23.7％。
Claims (6)
1.一种硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，其特征在于各组分的重量百分比为：
2.根据权利要求1所述的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，其特征在于涉及的硅溶胶为采用正硅酸乙酯水解法获得的SiO2重量百分含量为10％～40％的液体硅溶胶，其pH值为2～10，平均粒径小于100nm。
3.根据权利要求1所述的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，其特征在于涉及的有机硅单体为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、正丁基三甲氧基硅烷、正丁基三乙氧基硅烷、异丁基三甲氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷、异辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷单体中的一种或两种以上组合物。
4.根据权利要求1所述的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，其特征在于涉及的硅烷偶联剂为γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙基三乙氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丁基三甲氧基硅烷、环氧丙氧基甲基三乙氧基硅烷中的一种。
5.根据权利要求1所述的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料，其特征在于涉及的成膜助剂为聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠中的一种。
6.一种如权利要求1所述的硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料的制备方法，其特征在于具体制备工艺过程为：先将硅溶胶、有机硅单体、硅烷偶联剂、壬基酚聚氧乙烯醚、酒石酸、成膜助剂按比例混合，温度控制为40～60℃，不停搅拌充分反应3～6小时后冷却，再用磷酸调节至pH值为3.5～5.5，最后加水补至100％，获得硅溶胶-有机硅单体渗透结晶型防水材料。
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