CN104844269B - 有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂及其制备方法。其目的是提供一种具有深度渗透性、良好填充性、防水性能优异的混凝土防水剂。本发明以可溶性硅酸钠水溶液为反应活性物质，以去离子水为稀释剂，以惰性硅溶胶为填充物质，辅以催化剂和超高活性的氟碳表面活性剂。本混凝土防水剂具有很高的活性物质含量，适量的惰性填充物，适中的粘度以及很低的表面张力，因此渗透能力、微孔填充能力比较强，可以最大限度地封闭混凝土表面和内部的微孔和微裂纹，使用时以喷洒方式对混凝土和水泥砂浆表面处理，可显著提高其抗压强度及抗渗性能。
Description
技术领域
本发明属于建筑物防水材料技术领域，具体涉及一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂及其制备方法。
背景技术
混凝土本质上是一种多孔性物质，其表面不可避免存在微孔和微裂纹。这些结构上的缺陷为水分渗入混凝土内部提供了通道。另外，混凝土在塑性阶段表面水分蒸发产生的收缩裂缝和硬化阶段产生的温度裂缝会进一步增加混凝土的渗水性。混凝土结构的渗水不仅造成建筑物渗漏，给建筑物内人们的工作和生活带来极大的不便，更大的危害在于渗水会造成混凝土结构性能的退化，缩短其耐久性和建筑物的使用寿命。这是因为，水是氯离子、硫酸盐、二氧化硫和水溶性二氧化碳渗入混凝土内部的主要载体。这些物质会破坏混凝土的碱性环境，从而破坏碱性条件下混凝土内部钢筋增强材料表面所形成的一层钝化层，使得钢筋容易受到水的锈蚀和氯离子和硫酸根离子的腐蚀。此外，渗水也是引起碱骨料反应和冻融循环破坏现象的主因。因此，提高混凝土的抗渗性对于提高建筑耐久性、延长建筑物使用寿命具有极其重要的意义。
除了从设计和施工阶段提高混凝土结构自身的抗渗性能外，还可以采用混凝土表面防水涂料（包括聚合物基、水泥基和聚合物改性水泥基防水涂料）、表面憎水性浸渍处理和表面及内部封孔性浸渍性处理三种方法对既有和新兴建筑物进行防水处理。本发明所涉及的一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂就属于第三种防水处理方法。这种防水处理方法最常见的就是无机渗透结晶型水性防水剂。然而，现有大部分无机渗透结晶型防水剂存在的问题主要有以下两个方面：一是防水剂活性成分即硅酸钠水溶液、催化剂、惰性材料以及稀释剂四者之间的匹配性不好，难以令防水剂的粘度、表面张力和凝胶化时间同时达到最优值；二是现有防水剂中表面活性剂的选择不尽合理，大都采用阴离子、阳离子或两性等常用表面活性剂。众所周知，无机硅酸盐基混凝土防水剂的表面张力越低，防水剂的渗透性越好，其防水性能相应也越好，试验结果表明，这些常用的表面活性剂很难将防水剂的表面张力降低到36 mN/m以下的建材行业标准（JC/T 1018～2006水性渗透型无机防水剂）要求，因此影响防水剂的渗透性。
发明内容
基于建筑物刚性防水的需求，本发明旨在提供一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂及其制备方法，解决现有无机渗透结晶型防水剂的硅酸钠水溶液、催化剂、惰性材料以及稀释剂四者之间的匹配性不佳，难以令防水剂的粘度、表面张力和凝胶化时间同时达到最优值的技术难题；同时解决现有技术中表面活性剂很难将防水剂的表面张力降低到36 mN/m以下的标准要求、影响防水剂的渗透性的技术问题。
为实现上述技术目的，本发明采取如下技术方案：
一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，其特征是：由硅酸钠水溶液、惰性硅溶胶、催化剂、表面活性剂和水配制而成，各组分的质量百分含量为：
硅酸钠水溶液 80～92%；
惰性硅溶胶 1～14%；
催化剂 0.1～1%；
表面活性剂 0.01～0.08%；
水 1～5%。
优选地，所用硅酸钠水溶液为市售的成品无色透明液体，其中氧化钠和二氧化硅的质量含量分别为8.2%和26%，模数为3.1～3.5。
优选地，所用惰性硅溶胶为纳米级，其粒径为580nm，其中二氧化硅的质量百分含量为20%～30%，氧化钠的质量百分含量为0.3%。纳米级的硅溶胶的选用可以进一步增强防水剂填充和封堵凝凝土表面和内部微孔和微裂纹的能力。
优选地，所用催化剂在硅酸钠水溶液与混凝土中氢氧化钙反应过程中发挥催化作用的HM1500防水剂专用催化剂，是一种美国进口专用催化剂，该专用催化剂无色,可以与水互溶，其密度为1.1g/cm3，其不但可以催化硅酸钠水溶液基体以及硅溶胶中二氧化硅与水泥基质中水化产物氢氧化钙的反应过程，而且反应完毕后继续留在混凝土内部，在二次渗漏时，继续与氢氧化钙反应，达到自修复和二次抗渗效果。
所用表面活性剂为具有超高活性、可显著降低防水剂表面张力的氟碳表面活性剂，可以是一种或一种以上氟碳表面活性剂的混合物，氟碳表面活性剂能以极低的浓度显著地降低溶剂的表面张力的一类物质称为表面活性剂，是特种表面活性剂中最重要的品种，指碳氢表面活性剂的碳氢链中的氢原子全部或部分被氟原子取代，即氟碳链代替了碳氢链，因此表面活性剂中的非极性基不仅有疏水性质而且独具疏油的性能。氟碳表面活性剂的分类依据其极性基团结构不同可分为离子型和非离子型二大类。离子型又可分为阴离子型、阳离子型和两性离子型氟碳表面。任意一种或一种以上表面活性剂的混合物都可以用于本发明中，实现发明效果。
本发明无机硅酸盐防水剂的粘度为10 ～12s （采用涂-4粘度计测出的粘度），表面张力小于25 mN/m，终凝时间为3.5～4.5 h。
本发明还提供上述有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂的制备方法如下，包括如下步骤：
步骤一、按配方量取或称取硅酸钠水溶液、惰性硅溶胶和去离子水，加入到分散釜中；
步骤二、将分散釜内的混合料在1200 转/分钟转速下匀速搅拌10分钟；
步骤三、向分散釜中按配方量加入催化剂和表面活性剂；
步骤四、将步骤三分散釜的混合料在1200 转/分钟转速下搅拌分散30分钟；
步骤五、放料分装。
与现有技术相比，本发明的技术优势在于：
1、配方中引入硅溶胶溶液，大大提高了常用渗透结晶型防水剂封堵混凝土表面及内部微孔和微裂纹的能力，一方面，硅溶液在失去水分时，单体硅酸逐渐聚合成高聚硅胶，随水分的蒸发，胶体分子增大，最后形成致密坚硬的-SiO-O-SiO-涂膜；另一方面，细微的颗粒，对基层有很强的渗透力，能通过毛细管渗透到基层内部，并能与混凝土基层中的氢氧化钙反应生成水合硅酸钙凝胶，与活性物质硅酸钠水溶液与氢氧化钙反应所生成的水合硅酸钙凝胶一道，封堵了混凝土内部的微孔和微裂纹；
2、HM1500防水剂专用催化剂的使用不但可以催化硅酸钠水溶液基体以及硅溶胶中二氧化硅与水泥基质中水化产物氢氧化钙的反应过程，而且反应完毕后继续留在混凝土内部，在二次渗漏时，继续与氢氧化钙反应，达到自修复和二次抗渗效果；
3、具有超高活性的某些氟碳类表面活性剂则可以有效地将防水剂的表面张力降低到26 mN/m以下，同时不影响防水剂的透明性，克服目前现有防水剂中常用的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂很难将防水剂的表面张力降低到27 mN/m以下的技术问题；
4、本发明无机硅酸盐防水剂的粘度、表面张力和终凝时间均有利于对多孔性物质的渗透能力。众所周知，液体对多孔性物质如混凝土等的渗透能力取决于毛细力，而毛细力则受液体表面张力、液体与接触面之间的接触角、液体粘度、孔隙大小。表面张力和液体的粘度越小，渗透能力越强。当然，防水剂的粘度因随硅酸钠水溶液基体浓度的增加而增加，因此，粘度不宜过低。另外，渗透性还受终凝时间的影响，终凝时间长有利于活性硅酸钠水溶液的渗透，但过长则会延缓施工周期。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及特点更加清晰明了，结合具体实施方式，对一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂及其制备方法进行更详细的阐述。需要特别说明的是，本部分所描述的具体实施例只是为了解释本发明，而非为了限制本发明。其中本发明实施例所用材料除有特殊说明外，均来自市场采购。
实施例1
本实施例有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，各组分的重量百分比如下：硅酸钠水溶液 90%、惰性硅溶胶5%、催化剂0.4%、氟碳表面活性剂0.05%、去离子水4.55%。
实施例2
本实施例有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，各组分的重量百分比如下：硅酸钠水溶液 80.99%、惰性硅溶胶14%、催化剂1%、氟碳表面活性剂0.01%、去离子水5%。
实施例3
本实施例有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，各组分的重量百分比如下：硅酸钠水溶液 92%、惰性硅溶胶1.92%、催化剂1%、氟碳表面活性剂0.08%、去离子水5%。
实施例4
本实施例有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，各组分的重量百分比如下：硅酸钠水溶液 90%、惰性硅溶胶8.82%、催化剂0.1%、氟碳表面活性剂0.08%、去离子水1%。
上述四个实施例的无机硅酸盐防水剂的制备方法相同，首先按上述配方，称取硅酸钠水溶液溶液、惰性硅溶胶和去离子水，加入到分散釜中，在1200 转/分钟转速下匀速搅拌10分钟，然后按配方量加入催化剂和表面活性剂，继续在1200 转/分钟转速下搅拌分散30分钟，最后放料分装即可。
按照中华人民共和国国标GB/T 1723～1993（涂料粘度测定方法）所规定的方法，测定本发明实施例无机硅酸盐防水剂的粘度，同时按照中华人民共和国国标GB/T 8077～2012（混凝土外加剂匀质性试验方法）所规定的方法，测定其密度、pH值和表面张力。按照中华人民共和国建筑材料行业标准JC/T 1018～2006（水性渗透型无机防水剂）测定初凝和终凝时间并制备抗渗基准混凝土试样，再按照中华人民共和国国标GB/T 50082～2009（普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法）所规定的方法测其抗渗高度，其中，实施例1的测定结果如表1所示。
表1 一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂性能指标及中华人民共和国建筑材料行业标准JC/T 1018～2006的相关要求。
上述性能指标全部满足中华人民共和国建筑材料行业标准JC/T 1018～2006的要求，其中需要量化的指标远超过标准的要求，说明实施例1的具有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂具有优异的防水性能。对其他实施例也一并进行了相关的性能测试，测试结果与实施例1类似，均远远超出标准要求的指标，此处不再赘述。
上述实施例中，硅酸钠水溶液为市售成品液体，即水玻璃，其中的氧化钠和二氧化硅的质量百分含量分别为8.2%和26%，模数为3.1～3.5；惰性硅溶胶为纳米级，其粒径为580nm，其中的二氧化硅的质量百分含量20%～30%，氧化钠的质量百分含量为0.3%；所述催化剂是在硅酸钠水溶液与混凝土中氢氧化钙反应过程中起催化作用的HM1500防水剂专用催化剂；表面活性剂为具有超高活性、可显著降低防水剂表面张力的氟碳表面活性剂；无机硅酸盐防水剂的溶液粘度为10～12s，表面张力小于25 mN/m，终凝时间为3.5～4.5 h。
需要强调的是，以上所述仅为本发明优化后的个别实例，不用以限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、等价替换和改进等，均应属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，其特征是：由硅酸钠水溶液、惰性硅溶胶、专用催化剂、表面活性剂和去离子水配制而成，各组分的质量百分含量为：
硅酸钠水溶液 80～92%；
惰性硅溶胶 5～14%；
催化剂 0.1～1%；
表面活性剂 0.01～0.08%；
水 1～5%；
所述硅酸钠水溶液中的氧化钠和二氧化硅的质量百分含量分别为8.2%和26%，模数为3.1～3.5；
所述惰性硅溶胶为纳米级，其粒径为 580nm，其中的二氧化硅的质量百分含量20%～30%，氧化钠的质量百分含量为0.3%；
所述催化剂是在硅酸钠水溶液与混凝土中氢氧化钙反应过程中起催化作用的HM1500防水剂专用催化剂；
所述表面活性剂为具有超高活性、可显著降低防水剂表面张力的氟碳表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的一种有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂，其特征在于：所述无机硅酸盐防水剂的溶液粘度为10～12s，表面张力小于25 mN/m，终凝时间为3.5～4.5 h。
3.权利要求1～2任意一项所述的有深度渗透性和填充性的无机硅酸盐防水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、按配方量取或称取硅酸钠水溶液、惰性硅溶胶和水，加入到分散釜中；
步骤二、将分散釜内的混合料在1200 转/分钟转速下匀速搅拌10分钟；
步骤三、向分散釜中按配方量加入催化剂和表面活性剂；
步骤四、将步骤三分散釜的混合料在1200 转/分钟转速下搅拌分散30分钟；
步骤五、放料分装。
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