CN105272065B - 一种建筑用水泥基渗透结晶型防水材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑用水泥基渗透结晶型防水材料，所述防水材料由如下重量配比的组分混合而成：硅酸盐水泥65～75份，石英砂25～35份，碳酸钙6～12份，活性剂3～7份，缓冲盐4～6份；其中，所述活性剂为摩尔比3～5:1的可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐的混合物，所述缓冲盐为摩尔比0.5～2:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐均是多价螯合剂，均可以渗透到水泥基体内部并发生结晶反应，但是可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐发生结晶反应后形成结晶的晶型以及晶包参数不一样，二者配合使用可以形成更为致密的混晶，从而形成更为致密的防水结构。
Description
技术领域
本发明涉及建筑防水领域，具体涉及一种建筑用水泥基渗透结晶型防水材料。
背景技术
水泥基渗透结晶型防水材料(Cementitious Capillary CrystallineWaterproofing Materials，简称CCCW)是以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为基材，掺入活性化学物质制成的一种新型刚性防水材料。水泥基渗透结晶型防水材料的主要优点是抗渗性能和自愈性能好、黏结力强、可防止钢筋锈蚀，且对不污染水源，施工简便快速。目前在欧洲、美国、加拿大、日本、新加坡等国家和地区的混凝土防水工程中应用十分广泛，我国20世纪80年代从国外引进该防水材料，并应用于上海地铁工程；90年代中期开始从国外引进母料(活性化学物质)，在国内批量生产，并应用于水利(三峡大坝)、地铁、污水处理厂、桥梁与地下防水工程等，该材料因其良好的防水效果受到工程界的好评。
一般认为，在具有一定的防水功能的混凝土表面涂覆渗透结晶材料后，能够使混凝土本身的自防水作用大大增强，并在其后的使用过程中受到损伤后能产生自修复作用，这种作用主要依靠渗透结晶防水材料中的活性物质。不同类型的水泥基渗透结晶型防水材料的活性物质组成不一致，其作用机理也不一样。(1)自身缩聚结晶反应物：这类活性物质在溶于水后先形成小分子，然后再在一定的条件下聚合增长，最后生成不溶于水的结晶体而堵塞裂缝和毛细孔；(2)结晶反应剂：该类活性物质能够与混凝土内部孔溶液中的离子发生化学反应，直接生成不溶性结晶物，主要包括与钙离子直接反应生成不溶性晶体，例如可溶性碳酸盐、硅酸盐等，以及与混凝土中Ca(OH)2、Al(OH)3等物质发生反应，形成不溶的针状钙矾石晶体；(3)钙离子络合剂：该类活性物质能够与混凝土中的钙离子发生螯合作用，形成短期可溶性络合物，但这类络合物遇到混凝土中能够与钙离子形成稳定不溶物的硅酸根、铝酸根等离子基团时，钙离子便会被这类离子基团夺取，而有机物又会形成新的自由基，这类活性物质不是依靠本身生长的结晶体来密实混凝土，而是在一定条件下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。
不同类型的水泥基渗透结晶型防水材料的活性物质组成不一样，其结晶产物种类也不一样。目前有关该类材料结晶机理，较为流行的说法主要有沉淀反应结晶机理和络合-沉淀反应结晶机理。沉淀反应结晶机理认为，混凝土、水泥石中存在着大量的Ca(OH)2和游离Ca2+等碱性物质，活性化学物质会通过混凝土孔隙中存在的水，渗透到混凝土内部，与毛细孔中的游离石灰和氧化物发生化学反应，生成不溶于水的结晶体，密封混凝土中的毛细管网、毛细孔及微裂缝，起阻水、防水作用。一旦混凝土的毛细孔隙、微裂缝等被结晶堵塞，混凝土则处于不漏水状态。由于该类材料能赋予混凝土以“呼吸”功能，混凝土内的水分会逐渐蒸发。对于水泥基渗透结晶型防水材料，水的存在是渗透的必要条件，当混凝土成为干燥状态时，活性化学物质以固态形式存在，也就不再发生渗透，即处于所谓的“休眠”状态。当混凝土产生微裂纹等缺陷时，水便会再次沿着裂纹进入混凝土，相应的活性物质遇水也就被再次激活，随水向混凝土内部渗透并发生作用，直至裂纹被堵塞。络合-沉淀反应结晶机理认为，进入混凝土内部的活性化学物质在Ca(OH)2的高浓度区时，与混凝土中电离出的钙离子络合，形成易溶于水的、不稳定的钙络合物。钙络合物随水在混凝土孔隙中扩散，遇到活性较高的未水化水泥、水泥凝胶体等，活性化学物质就会被更稳定的硅酸根、铝酸根等取代，发生结晶、沉淀反应，从而将Ca(OH)2转化为具有一定强度的晶体合成物，填充混凝土中的裂缝和毛细孔隙。而活性化学物质则重新变成自由基，继续随水向内部迁移。
综上可见，水泥基渗透结晶型防水材料一方面是靠本身生长的结晶体或与混凝土孔溶液中的离子反应生成的结晶物来堵塞毛细孔；另一方面会促进混凝土中水泥水化，生成水化硅酸钙C-S-H凝胶或结晶体，增加混凝土的密实性，起到防水抗渗作用。
发明内容
本发明目的在于提供一种水泥基渗透结晶型防水材料，该材料可以在水泥基中形成更多、更致密的结晶，进一步提高水泥基渗透结晶型防水材料的防水效果。
上述目的是通过如下技术方案实现的：
一种水泥基渗透结晶型防水材料，所述防水材料由如下重量配比的组分混合而成：硅酸盐水泥65～75份，石英砂25～35份，碳酸钙6～12份，活性剂3～7份，缓冲盐4～6份；其中，所述活性剂为摩尔比3～5:1的可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐的混合物，所述缓冲盐为摩尔比0.5～2:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
进一步地，所述的水泥基渗透结晶型防水材料还包括氯化钙4～8份，硫酸铝4～8份和消泡剂1～3份，所述消泡剂为十二烷基苯磺酸钠。一方面，硫酸铝的加入能够显著提高的材料的抗压抗折能力，使得抗压抗折性能远远超过标准的要求；另一方面，氯化钙能够充当促凝剂，使得材料的凝结时间达到填堵材料的标准要求。
进一步地，所述防水材料由如下重量配比的组分混合而成：硅酸盐水泥70份，石英砂30份，碳酸钙9份，氯化钙6份，活性剂5份，硫酸铝6份，消泡剂2份，缓冲盐5份；其中，所述活性剂为摩尔比4:1的可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐的混合物，所述缓冲盐为摩尔比1:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
进一步地，所述可溶性六偏磷酸盐为六偏磷酸钠和/或六偏磷酸钾。
进一步地，所述可溶性乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠和/或乙二胺四乙酸二钾。
本发明的有益效果：
(1)可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐均是多价螯合剂，均可以渗透到水泥基体内部并发生结晶反应，但是可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐发生结晶反应后形成结晶的晶型以及晶包参数不一样，二者配合使用可以形成更多、更为致密的混晶，从而形成更为致密的防水结构。
(2)碳酸钠与碳酸氢钠形成的缓冲溶液可以控制结晶反应的速度，提供一个适合、稳定的pH环境供结晶生长，有助于生长更多、晶型更稳定的结晶；该缓冲溶液还会提供一个适合、稳定的pH环境促进混凝土中水泥水化，生成水化硅酸钙C-S-H凝胶或结晶体，增加混凝土的密实性，起到防水抗渗作用。
附图说明
图1为使用实施例1制备的水泥基渗透结晶防水涂层的砂浆层截面SEM照片；
图2为使用实施例5制备的水泥基渗透结晶防水涂层的砂浆层截面SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1：
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥70份，70～140目石英砂30份，粉状碳酸钙9份，活性剂5份，缓冲盐5份；其中，活性剂为摩尔比4:1的六偏磷酸钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，缓冲盐为摩尔比1:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例2：
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥65份，70～140目石英砂25份，粉状碳酸钙6份，活性剂3份，缓冲盐4份；其中，活性剂为摩尔比3:1的六偏磷酸钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，缓冲盐为摩尔比0.5:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例3：
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥75份，70～140目石英砂35份，粉状碳酸钙12份，活性剂7份，缓冲盐6份；其中，活性剂为摩尔比5:1的六偏磷酸钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，缓冲盐为摩尔比2:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例4：
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥70份，70～140目石英砂30份，粉状碳酸钙9份，氯化钙6份，活性剂5份，硫酸铝6份，消泡剂2份，缓冲盐5份；其中，活性剂为摩尔比4:1的六偏磷酸钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物，所述缓冲盐为摩尔比1:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物，所述消泡剂为十二烷基苯磺酸钠。氯化钙可以在4～8份之间调整，硫酸铝可以在4～8份之间调整，十二烷基苯磺酸钠可以在1～3份之间调整。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例5：实施例1的对比实施例(活性剂仅使用六偏磷酸钠)
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥70份，70～140目石英砂30份，粉状碳酸钙9份，活性剂5份，缓冲盐5份；其中，活性剂为六偏磷酸钠，缓冲盐为摩尔比1:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例6：实施例1的对比实施例(活性剂仅使用乙二胺四乙酸二钠)
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥70份，70～140目石英砂30份，粉状碳酸钙9份，活性剂5份，缓冲盐5份；其中，活性剂为乙二胺四乙酸二钠，缓冲盐为摩尔比1:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例7：实施例1的对比实施例(不添加缓冲盐)
一种水泥基渗透结晶型防水材料，由如下重量配比的组分混合而成：42.5R硅酸盐水泥70份，70～140目石英砂30份，粉状碳酸钙9份，活性剂5份；其中，活性剂为摩尔比4:1的六偏磷酸钠与乙二胺四乙酸二钠的混合物。
上述各组分经充分干燥、研磨、搅拌、混合均匀即得所述的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例1～7中的六偏磷酸钠和乙二胺四乙酸二钠可以分别使用六偏磷酸钾和乙二胺四乙酸二钾代替。
实施例8：性能检测
对实施例1～7不同组分配比制作的水泥基渗透结晶型防水材料进行性能检测对比。同时选用某国外知名进口品牌作为对照。试验时的粉性防水材料：水＝1：0.4，涂层厚度为1～1.5mm，其它按国标GB18445-2001所述试验方法进行，测试结果见表1。从表1中可以看出，实施例1制备的水泥基渗透结晶型防水材料相比于实施例5～7制备的水泥基渗透结晶型防水材料具有更为优异的抗渗压力，差异显著，这很可能是因为实施例1制备的水泥基渗透结晶型防水材料能渗透到基体内部生成更为致密的结晶体，产生了更为优异的防水效果。实施例2和3与实施例1效果基本一致。实施例4制备的水泥基渗透结晶型防水材料相比于实施例1～3制备的水泥基渗透结晶型防水材料抗折性能较高，凝结时间较长。
扫描电镜是观察水泥基渗透结晶型防水材料结晶产物的重要研究手段之一。取经水浸1m试验后的涂实施例1和实施例5的水泥基渗透结晶防水涂层的砂浆层截面，烘干后经喷金处理用日立S-3400N扫描电镜分别在断层砂浆层内距防水涂层15mm处扫描观察，SEM照片见图1和图2。从图1和图2可以看出，实施例1制备的水泥基渗透结晶型防水材料相对于实施例5制备的水泥基渗透结晶型防水材料形成了更致密的结晶体，从微观上证明了活性物质已渗透到基体内部并发生结晶反应，并且六偏磷酸钠与乙二胺四乙酸二钠配合使用可以形成更为致密的结晶体，比单独使用六偏磷酸钠一种螯合剂形成的晶体更致密，防水效果更好。
表1主要技术指标检测结果
上述实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。
Claims (5)
1.一种建筑用水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于所述防水材料由如下重量配比的组分混合而成：硅酸盐水泥65～75份，石英砂25～35份，碳酸钙6～12份，活性剂3～7份，缓冲盐4～6份；其中，所述活性剂为摩尔比3～5:1的可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐的混合物，所述缓冲盐为摩尔比0.5～2:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
2.根据权利要求1所述的建筑用水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于：还包括氯化钙4～8份，硫酸铝4～8份和消泡剂1～3份，所述消泡剂为十二烷基苯磺酸钠。
3.根据权利要求2所述的建筑用水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于所述防水材料由如下重量配比的组分混合而成：硅酸盐水泥70份，石英砂30份，碳酸钙9份，氯化钙6份，活性剂5份，硫酸铝6份，消泡剂2份，缓冲盐5份；其中，所述活性剂为摩尔比4:1的可溶性六偏磷酸盐与可溶性乙二胺四乙酸二盐的混合物，所述缓冲盐为摩尔比1:1的碳酸钠与碳酸氢钠的混合物。
4.根据权利要求1～3任一所述的建筑用水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于：所述可溶性六偏磷酸盐为六偏磷酸钠和/或六偏磷酸钾。
5.根据权利要求1～3任一所述的建筑用水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于：所述可溶性乙二胺四乙酸二盐为乙二胺四乙酸二钠和/或乙二胺四乙酸二钾。
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