CN105236915A

CN105236915A - 一种无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂

Info

Publication number: CN105236915A
Application number: CN201510598041.XA
Authority: CN
Inventors: 黄志强; 王继发; 刘泓铭
Original assignee: HEXIN WATERPROOF AND DECORATION MATERIAL Co Ltd
Current assignee: HEXIN WATERPROOF AND DECORATION MATERIAL Co Ltd
Priority date: 2015-09-16
Filing date: 2015-09-16
Publication date: 2016-01-13

Abstract

本发明公开了一种无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，所述的防水剂是由以下重量份配比的各组分制成：硅酸钠15～25份，甲基硅酸钠4～8份，海藻酸钠1～5份，明胶6～9份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2～4份，碳酸钠1～4份，柠檬酸钠2～5份，三乙醇胺3～5份，硫酸铝钾6～10份，硫酸钙3～7份，聚乙烯醇1～4份，木质素磺酸钙2～5份，羟乙基甲基纤维素3～6份，氯化钙2～4份，硼酸1～3份，水50～75份。本发明所公开的防水剂具有良好的防水性能、耐久性能和自愈性能，且成本低，可应用于屋面、地下室和卫生间等的防水。

Description

一种无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂

技术领域

本发明涉及一种无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，属于混凝土建筑防水材料技术领域。

背景技术

混凝土是一种多相复合脆性材料，其抗拉强度比较低(约为抗压强度的1/20～1/10)、极限拉应变也比较小(仅有0.02％～0.03％)。当其在水化硬化过程中，由于干燥收缩、化学收缩、碳化收缩等原因引起体积收缩变形而产生的内部拉应力大于其本身的抗拉强度时，混凝土会出现开裂现象，这不仅可以破坏其结构的抗渗性，还将影响其的耐久性、钢筋的稳定性和建筑的安全性。此外，混凝土还是一种非均匀材料，从宏观结构上看，混凝土是由不同尺寸且形状也不同的骨料颗粒和不连续的水化水泥浆体构成；从微观结构上看，混凝土是由分布不均且大小不同的微细空隙构成。当这些空隙形成连续不断和相互衔接的通路时，长期暴露在自然环境中的混凝土非常容易受到水分侵蚀，其的耐久性也将因此而遭到破坏。因此，如何减少这些开裂现象和微观空隙造成的混凝土渗水通道，从而提高混凝土的抗渗能力和耐久性能将是混凝土防水材料科研工作者着力研究的课题之一。

提高混凝土的抗渗性能是提高混凝土耐久性能的关键因素之一，为此人们采用了混凝土防水材料来提高混凝土的抗渗性能。根据原理和外观形态的不同，混凝土防水材料可分为刚性防水材料和柔性防水材料。柔性防水材料主要包括卷材、防水涂料和密封材料等。其中现有的防水涂料还包括沥青、环氧树脂、聚氨酯和丙烯酸树脂等。通过在混凝土表面刷涂一定厚度的这些防水材料来堵塞混凝土孔隙，阻住水分的侵蚀，从而提高混凝土的抗渗性能，但是这些防水材料与基面混凝土粘结力弱，容易与基面产生剥离的现象，而且其本身是不透气的，当水分从内部排出时，会将表面的防水层冲破，致使涂料寿命缩短。此外，这些防水材料通常也会因含有甲醛，使用后会对人体和环境造成影响，而被限制使用。刚性防水材料主要是指在混凝土中掺入刚性防水剂的材料。其中刚性防水剂又包括了无机防水剂和有机防水剂。无机防水剂主要是指通过掺入硅酸盐、铁盐和氯盐等，与混凝土中的水化产物发生反应生成胶体，堵塞混凝土内部孔隙，从而提高混凝土的抗渗性，但是这些防水材料抗渗防水性能较差，防水层耐久性也较差，而且不具有自愈性能，从而使用范围受限。有机防水剂主要是指有机物为主要载体的防水剂，如有机硅防水剂。有机硅防水剂具有很低的表面张力，能降低混凝土的表面能，并可在混凝土表面一定深度范围内形成疏水薄膜，使其具有出色的憎水性；同时对混凝土还具有“透气呼吸”功能，减少了内部水对防水层的冲刷。但是，有机硅防水剂仍存在如下几个问题，如乳液不稳定、耐碱性较差、含有大量挥发性高的有机物、自愈性能较差，以及随着时间延长，防水效果会逐渐降低等。

水泥基渗透结晶型防水材料是以硅酸盐水泥、石英砂等为基材，掺入活性化学物质组成的一种新型刚性防水材料。其作用机理是遇水后，活性化学物质与水泥水化过程中产生的Ca(OH)₂反应，生成不溶于水的凝胶体，如硅酸钙凝胶和钙矾石晶体等，从而堵塞内部孔隙，封闭毛细孔通道，增加密实度，形成与混凝土融为一体的永久性密封防水层，提高了水泥混凝土耐久性。与无机防水剂、有机防水剂相比，渗透结晶型防水剂具有良好的防水能力、自愈性和耐久性，这是借助化学反应，改善了整个基体防水性能的结果。但是国内的渗透结晶型防水材料主要是依靠国外进口渗透结晶母料进行配置，如中国专利号为CN102786275B、CN101362867A、CN101654351A等，因而防水材料生产成本比较高，从而限制了其在混凝土防水工程中的应用范围。因此，开发一种新的渗透结晶型防水材料将对混凝土建筑起到非常重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中渗透结晶型防水材料的渗透结晶母料成本比较高的技术问题，本发明所要解决的技术问题是提出了一种具有良好的防水性能、耐久性能和自愈性能，且成本低的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案为：

一种无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，由以下重量份配比的各组分制成：硅酸钠15～25份，甲基硅酸钠4～8份，海藻酸钠1～5份，明胶6～9份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2～4份，碳酸钠1～4份，柠檬酸钠2～5份，三乙醇胺3～5份，硫酸铝钾6～10份，硫酸钙3～7份，聚乙烯醇1～4份，木质素磺酸钙2～5份，羟乙基甲基纤维素3～6份，氯化钙2～4份，硼酸1～3份，水50～75份。

优选的，所述的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂由以下重量份配比的各组分制成：

硅酸钠18～22份，甲基硅酸钠5～7份，海藻酸钠2～4份，明胶7～8份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2.5～3.5份，碳酸钠2～3份，柠檬酸钠3～4份，三乙醇胺3.5～4.5份，硫酸铝钾7～9份，硫酸钙4～6份，聚乙烯醇2～3份，木质素磺酸钙3～4份，羟乙基甲基纤维素4～5份，氯化钙2.5～3.5份，硼酸1.5～2.5份，水60～70份。

优选的，其重量份配比如下：

硅酸钠20份，甲基硅酸钠6份，海藻酸钠3份，明胶7.5份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱3份，碳酸钠2.5份，柠檬酸钠3.5份，三乙醇胺4份，硫酸铝钾8份，硫酸钙5份，聚乙烯醇2.5份，木质素磺酸钙3.5份，羟乙基甲基纤维素4.5份，氯化钙3份，硼酸2份，水65份。

本发明中，硅酸钠，是一种结晶剂，其作用是能够与混凝土内部孔溶液中的钙离子发生化学反应，生成CaSiO₃晶体，填充裂纹和孔隙，达到增加密实性和防水效果。此外，硅酸钠还可以与混凝土中水化产物Ca(OH)₂作用，生成C-S-H(xCaO·SiO₂·yH₂O)凝胶防水层，提高混凝土防水功能。

甲基硅酸钠，其作用是与混凝土中的水泥基化合物作用后，生成络合物在混凝土孔隙中，形成防水结晶体，实现防水、自愈孔隙、堵塞孔道的作用。再者，甲基硅酸钠不仅可以形成牢固的憎水层，使混凝土具有良好的防水功能；还可以使混凝土与水的接触角达到120度以上，使混凝土具有“透气呼吸”功能，提高混凝土耐久性。此外，其还具有微膨胀作用，实现补偿收缩，减少开裂。

海藻酸钠与明胶可以通过混凝土中的钙离子桥架作用形成不可逆凝胶，增加防水凝胶的厚度，提高混凝土防水效果。此外，海藻酸钠的螯合性、明胶的持水性，还可以增加混凝土自愈性和防水性。

十二烷基乙氧基磺基甜菜碱，不仅仅是两性离子表面活性剂，而且还是防水剂自身缩聚结晶剂。这是由于在其分子结构中，同时含有疏水基团—R—和亲水基团—OH。在混凝土处于干燥状态下，其亲水性大于疏水性，可溶于水，其不发生缩聚结晶现象；而当混凝土处于潮湿状态时，其发生缩聚结晶，形成不溶于水的结晶体而堵塞裂缝和毛细孔，提高混凝土自愈能力。

碳酸钠在防水剂中可作为一种结晶反应剂，这是由于其能与混凝土中钙离子直接发生作用，形成不溶性CaCO₃晶体，减少混凝土孔隙率，增强防水性能。

柠檬酸钠，不仅可以加强混凝土中胶粒的分散性，延缓水化作用，降低温度峰值，从而减少因温差而导致的开裂，而且还可以使得渗透结晶防水剂中的组分向混凝土基体的裂纹和孔隙中迁移，并通过后续的反应生成结晶产物，实现裂纹和孔隙的填充，从而达到增强的效果。另外，柠檬酸钠对混凝土中的钙离子还具有螯合作用，降低其晶体成核的势垒，加速混凝土水化产物的形成，从而实现结晶防水的效果。

三乙醇胺，是一种表面活性剂，能够提高混凝土中硅酸三钙、铁铝酸四钙等水化产物之间反应速率，加快混凝土水化C-S-H(xCaO·SiO₂·yH₂O)凝胶的形成，增厚防水层，有效地提高了混凝土的抗渗能力，从而提高混凝土耐久性能。另外，三乙醇胺在渗透结晶防水剂中还充当络合助剂，与混凝土中钙离子作用，生成络合复盐，实现密实孔隙，提高混凝土强度和韧性。

硫酸铝钾、硫酸钙，是一种结晶剂，能与混凝土中水化产物反应，生成难溶于水且具有一定膨胀性的针状晶体钙矾石，填充在毛细孔隙中，形成防水层，提高混凝土防水性能。此外，硫酸铝钾中铝离子还能与混凝土中钙离子、甲基硅酸离子形成配合物网络结构，提高混凝土整体抗裂能力和抗折能力；硫酸钙则可以为混凝土补充一定的钙离子，促进钙离子发生同离子效应，生成晶体，提高防水性能。

聚乙烯醇在防水剂中不仅起到分散剂的作用，还起到平滑剂、助膜剂和保护胶体剂的作用。其分散作用，能加快混合物的均匀速度，从而使混合物与混凝土反应更充分，提高混凝土性能；其平滑剂、助膜剂和保护胶体剂的作用，能够提高渗透深度和硅凝胶的稳定性，从而提高混凝土耐久性。此外，聚乙烯醇还可以在硼酸的作用下形成凝胶，增加混凝土防水层，提高混凝土防水性能。

木质素磺酸钙，是一种常用的减水剂，同时也是一种阴离子表面活性剂。由于分子中具有亲水和憎水两个基团的有机化合物，能够降低混凝土中水的表面张力和界面张力，起到分散作用、润滑作用和润湿作用，不仅能有效地提高防水剂的渗透深度，而且还能提高混凝土的流动性、和易性和坍落度，降低混凝土水的用量，提高混凝土的密实性，改善混凝土的工作性能，进而提高混凝土的各阶段强度、抗渗防水性能、耐久性能。此外，木质素磺酸钙在防水剂中还起到自身缩聚结晶剂的作用，增强混凝土的自愈能力，提高混凝土的耐久性，延长混凝土的使用寿命。

羟乙基甲基纤维素在防水剂中可作为保水剂，起到增强防水剂的均匀性作用，能使防水剂组分与混凝土之间发生充分的化学反应，提高混凝土的抗渗防水功能。由于羟乙基甲基纤维素水溶液具有表面活性功能，因此，其还可作为胶体保护剂、乳化剂和分散剂，这些功能对提高混凝土的抗裂性能和防水性能起到非常重要的作用。

氯化钙在防水剂中主要充当钙离子补偿剂，但是还充当一定程度的防冻剂。其中，钙离子补偿剂，能使防水剂的耐久性能提高和寿命延长；防冻剂，能显著降低冰点，使混凝土液相不冻结或部分冻结，保证混凝土不遭受冻害。

硼酸，一方面可以调节和优化防水剂配方，另一方面，硼酸充当PH值调节剂，能使防水剂适应更复杂的混凝土服役环境。

本发明所述的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂在使用时，只需直接喷涂或涂刷在需防水物的表面，并重复涂刷至一定厚度，且养护3天或以上即可。

本发明的有益效果是：

本发明是一种活性化学成分、减水成分、保水成分组成的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂。其中活性化学成分又包括了结晶反应剂、自身缩聚结晶反应物、络合剂。当本发明所提供的防水剂被喷涂或涂刷在混凝土表面时，随着时间推移，防水剂可在混凝土表面形成浓度梯度，防水剂中的活性化学成分将渗透并扩散到混凝土内部的裂缝和孔隙中，将发生以下作用：首先，结晶剂与混凝土中的水化产物形成CaSiO₃晶体、CaCO₃晶体、钙矾石晶体等晶体，从而填充、封堵混凝土内部微细裂缝、孔隙和毛细孔，达到防水的目的；其次，当混凝土处于干燥状态时，自身缩聚结晶反应物处于休眠状态，若有水渗入时其能发生缩聚结晶，形成自愈防水功能，从而提高混凝土耐久性；再者，络合剂在一定条件下能促进混凝土中未水化的水泥水化，生成水化硅酸钙凝胶晶体，从而使混凝土具有二次抗渗能力；最后，无机硅酸钠和有机甲基硅酸钠结合作为活性物质，既能深度渗透进入混凝土内部，反应生成C-S-H凝胶，堵塞和封闭毛细管孔；又能在表面形成憎水性保护层，增强了防水剂的防水效果。此外，本发明还利用海藻酸钠的螯合性、明胶的持水性、海藻酸钠与明胶形成的不可逆凝胶，增加防水凝胶的厚度，提高混凝土防水性和自愈性。更重要的是，本发明没有采用国外进口渗透结晶母料作为载体，而是采用原料来源易得、价格低廉的成分作为组分，有效地降低了防水剂的生产成本，并且考虑各种组成成分的特性互补，优化配制，从而得到良好的防水性能、耐久性能和自愈性能，且成本低的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步说明：

本发明所述的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，是由以下重量份配比的各组分制成：硅酸钠15～25份，甲基硅酸钠4～8份，海藻酸钠1～5份，明胶6～9份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2～4份，碳酸钠1～4份，柠檬酸钠2～5份，三乙醇胺3～5份，硫酸铝钾6～10份，硫酸钙3～7份，聚乙烯醇1～4份，木质素磺酸钙2～5份，羟乙基甲基纤维素3～6份，氯化钙2～4份，硼酸1～3份，水50～75份。具体实施时，可采用喷涂或者刷涂的方式直接涂于需防水的基面上，并重复涂刷至一定厚度，且养护3天或以上即可。

表1为无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂5个具体实施例的各组份重量份配比。

表1

表2为无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂实施例1～5的性能测试结果

表2

当然，上面只是本发明优选的具体实施方式作了详细描述，并非以此限制本发明的实施范围，凡依本发明的原理、构造以及结构所作的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，其特征在于：由以下重量份配比的各组分制成：硅酸钠15～25份，甲基硅酸钠4～8份，海藻酸钠1～5份，明胶6～9份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2～4份，碳酸钠1～4份，柠檬酸钠2～5份，三乙醇胺3～5份，硫酸铝钾6～10份，硫酸钙3～7份，聚乙烯醇1～4份，木质素磺酸钙2～5份，羟乙基甲基纤维素3～6份，氯化钙2～4份，硼酸1～3份，水50～75份。

2.根据权利要求1所述的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，其特征在于：其重量份配比如下：硅酸钠18～22份，甲基硅酸钠5～7份，海藻酸钠2～4份，明胶7～8份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱2.5～3.5份，碳酸钠2～3份，柠檬酸钠3～4份，三乙醇胺3.5～4.5份，硫酸铝钾7～9份，硫酸钙4～6份，聚乙烯醇2～3份，木质素磺酸钙3～4份，羟乙基甲基纤维素4～5份，氯化钙2.5～3.5份，硼酸1.5～2.5份，水60～70份。

3.根据权利要求2所述的无机硅-有机硅复合渗透结晶型防水剂，其特征在于：其重量份配比如下：硅酸钠20份，甲基硅酸钠6份，海藻酸钠3份，明胶7.5份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱3份，碳酸钠2.5份，柠檬酸钠3.5份，三乙醇胺4份，硫酸铝钾8份，硫酸钙5份，聚乙烯醇2.5份，木质素磺酸钙3.5份，羟乙基甲基纤维素4.5份，氯化钙3份，硼酸2份，水65份。