CN105693135A - 一种水泥混凝土内掺型防水剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水泥混凝土内掺型防水剂及其制备方法，按重量百分比算，由0.2-20%纳米三氧化二铝，0.1-20%填料组分，0.1-20%疏水组分，0.2-5%乳化剂和余量的水组成。该水泥混凝土内掺型防水剂具有早强性、膨胀性、疏水性、降低渗透性和电通量等多种功能特点。

Description

一种水泥混凝土内掺型防水剂及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料行业水泥混凝土外加剂技术领域，特别是涉及一种水泥混凝土内掺型防水剂及其制备方法。
技术背景
水泥混凝土是当今世界使用最多的建筑材料，广泛应用于市政、桥梁、道路等工程中。在室外与水接触(如雨、雪等)及长期浸泡的工程(地下工程、大坝、桥梁等)中，对水泥混凝土的防水要求较高；由于具有多孔性特征和水化特性，水泥混凝土结构存在较高的渗透性。另一方面，各种有害介质在水泥混凝土结构中的传输均离不开水的参与，如氯离子随水的渗透对混凝土结构中钢筋造成的锈蚀，冻融环境下结晶水对水泥混凝土内部造成的损害，混凝土碳化作用更是需要水的参与。在实际工程中，地下室或卫生间渗水屡见不鲜，各种工程漏水时有报道。因此，如何有效的提高成型硬化后的水泥混凝土的抗渗性能，降低水分在混凝土内部的传输尤为重要。
水泥混凝土的防水主要分为外涂型和内掺型两大类，外涂型防水产品以各种防水涂料和防水卷材为主，存在施工复杂、价格昂贵、使用寿命较短等缺点，并且不适用于水泥混凝土结构的背水面。内掺型水泥混凝土防水产品相对便宜，在搅拌时掺加到混凝土中，使用方便。
中国专利(CN1295180C)公开了一种混凝土防水添加剂，以二氧化硅、羟基羧酸盐、硫酸铝和分散剂组成，具有提高混凝土骨料的粒子粘结握裹力，封闭混凝土游离水外析通道和降低骨料间隙的作用。
中国专利(CN101094821B)公开了一种整体防水混凝土，使用了溶解于二元醇醚溶剂中的疏水材料溶质，具有降低混凝土吸水率的作用。
中国专利(CN104045264A)公开了一种由十六种不同组分组成混凝土防水剂，具有提高混凝土抗冻性能的作用。
现有专利一般都局限于疏水性能或利用二氧化硅的火山灰反应活性提高水泥水化产物CSH凝胶比例作用的某一方面，防水效果相对较差。另外，以氧化钙或钙矾石为膨胀源的膨胀剂具有刚性抗裂防水的作用，但是这类产品对空气中的水分敏感，极易吸潮失效。
发明内容
现有内掺型水泥混凝土防水剂存在影响混凝土早期强度、防水效果较差等问题，以及在储存过程中易吸潮失效；针对这些现有的内掺型水泥混凝土防水剂的种种局限性，本发明提出一种水泥混凝土内掺型防水剂，具有提升混凝土早强和超早强的作用；可进一步提高水泥混凝土防水性能，降低吸水率及电通量，提升混凝土的耐久性，有利于延长混凝土结构的服役寿命。
本发明所述水泥混凝土内掺型防水剂，按照重量百分比算，包括以下组分：0.2-20％纳米三氧化二铝，0.1-20％填料组分，0.1-20％疏水组分，0.2-5％乳化剂和余量的水。
其中，纳米三氧化二铝的比表面积介于0.5-150m2/g。
作为优选，纳米三氧化二铝的比表面积为50-120m2/g。比表面积低于50m2/g，一方面在水溶液中长期储存会出现沉淀的风险，另一方面反应活性较低，有益效果降低。比表面积大于120m2/g，虽然早期早强和膨胀性能增加明显，但是会影响混凝土的和易性，最主要的是会影响混凝土结构后期强度。
其中，填料组分为二氧化硅、硅灰、粉煤灰、矿粉、碳酸钙中的一种或任意两种以上混合物；二氧化硅的比表面积介于0.02-400m2/g，硅灰的比表面积介于0.02-50m2/g，粉煤灰的比表面积介于0.01-5m2/g，矿粉的比表面积介于0.01-5m2/g，碳酸钙的比表面积介于0.01-5m2/g。
其中，疏水组分为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铝、十二醇、十六醇、十八醇、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、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、正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷中的一种或任意两种以上混合物。
其中，乳化剂为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、司盘-20、司盘-40、司盘-60、司盘-80中的一种或任意两种以上混合物。
本发明所述水泥混凝土内掺型防水剂的制备方法为：
a)将乳化剂用水溶解分散后，加入疏水组分，5-100℃下搅拌不少于30min；
b)将步骤a)所得分散液降温至低于45℃，加入纳米三氧化二铝和填料组分，搅拌5min以上，即得所述水泥混凝土内掺型防水剂。
本发明所述水泥混凝土内掺型防水剂的使用方法为：在水泥混凝土或水泥砂浆或净浆制备过程中加入，以本发明内掺型防水剂有效组分算(除去水的重量)，掺入的量为胶凝材料总量的0.05％-5％，一同拌合，具有提高水泥基材料早期强度，降低吸水率和电通量的作用。
有益效果
本发明所述的水泥混凝土内掺型防水剂具有早强性、膨胀性、疏水性、降低渗透性和电通量等多种功能特点。首先，利用纳米三氧化二铝的纳米特征，在混凝土早期水化中作为结晶的晶种，可以起到超早强作用；同时，随着水化的进行，三氧化二铝可以与水泥水化产物形成钙矾石，纳米尺度的三氧化二铝形成纳米钙矾石，起到早强作用；而且钙矾石在混凝土中是一种良好的膨胀源，具有补偿收缩的膨胀作用，从而产生抗裂防水作用。其次，疏水组分经过乳化剂分散，均匀的分布于混凝土中，其中的疏水烷基基团，具有降低混凝土吸水率的作用。最后，填料组分可以通过火山灰反应活性直接或间接封闭混凝土有害孔洞，提高混凝土密实性，降低混凝土渗透性和电通量。
具体实施例
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的具体的物料配比、工艺条件及其结果仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
下述实施例中所涉及的强度测试方法参照中国标准GB50081-2002；混凝土收缩膨胀变形测试方法参照中国标准GB23439-2009；水泥混凝土吸水率测试方法参照英国标准BS1881:122:1983；水泥混凝土电通量测试方法参照中国标准JTJ275-2000。
下述实施例所示均为总量为100份的重量份。
实施例1
称取0.1份的吐温-80和0.1份的司盘-80，用适当水溶解分散，加入辛基三乙氧基硅烷0.2份，25℃下搅拌1h形成分散液；加入0.2份比表面积为50m2/g的三氧化二铝纳米粉料和0.05份比表面积为400m2/g二氧化硅，0.05份比表面积为0.01m2/g粉煤灰，搅拌20min后补齐余量的水得防水剂1。
实施例2
称取1份的吐温-60，用适当水溶解分散，加入硬脂酸和十二烷基三甲氧基硅烷各1份，升温至100℃，搅拌2h形成分散液；将上述分散液冷却至35℃，加入2份比表面积为10m2/g的三氧化二铝纳米粉料、3份比表面积为50m2/g碳酸钙和1份比表面积为5m2/g粉煤灰，搅拌10min后补齐余量的水得防水剂2。
实施例3
称取1份的吐温-20和1份的司盘-60，用适当水溶解分散，加入硬脂酸锌5份，十二醇5份，升温至85℃下搅拌1h形成分散液；降温至45℃后加入10份比表面积为150m2/g的三氧化二铝纳米粉料和5份比表面积为0.02m2/g二氧化硅，5份比表面积为0.5m2/g粉煤灰，搅拌60min后补齐余量的水得防水剂3。
实施例4
称取0.05份的吐温-20、0.05份的吐温-40、0.05份的吐温-60和0.05份的司盘-80，用适当水溶解分散，加入丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷各0.1份，15℃下搅拌1h形成分散液；后加入1份比表面积为50m2/g的三氧化二铝纳米粉料和0.5份比表面积为50m2/g硅灰，搅拌10min后补齐余量的水得防水剂4。
实施例5
称取5份司盘-80，用适当水溶解分散，加入10份辛基三乙氧基硅烷和5份十八醇，25℃下搅拌1h形成分散液；加入10份比表面积为0.5m2/g的三氧化二铝纳米粉料和10份比表面积为0.01m2/g碳酸钙，搅拌2h后补齐余量的水得防水剂5。
实施例6
称取0.5份的司盘-20和0.5份的司盘-80，用适当水溶解分散，加入硬脂酸锌和硬脂酸铝各5份，升温至100℃，搅拌3h形成分散液；降温至30℃后加入5份比表面积为100m2/g的三氧化二铝和5份比表面积为150m2/g二氧化硅，2份比表面积为1.5m2/g粉煤灰和1份比表面积为0.05m2/g粉煤灰，搅拌30min后补齐余量的水得防水剂6。
实施例7
称取2份的吐温-80和0.5份的司盘-80，用适当水溶解分散，加入5份辛基三乙氧基硅烷，5份硬脂酸铝，3份十六醇，升温至55℃搅拌1h形成分散液；降温至20℃后加入10份比表面积为120m2/g的三氧化二铝，5份比表面积为1.0m2/g矿粉和10份比表面积为0.02m2/g粉煤灰，搅拌20min后补齐余量的水得防水剂7。
实施例8
称取0.25份的吐温-80和0.25份的司盘-80，用适当水溶解分散，加入1份十二醇，5份正癸基三乙氧基硅烷和3份硬脂酸，升温至95℃搅拌1h形成分散液；降温至15℃后加入20份比表面积为50m2/g的三氧化二铝纳米粉料和3份比表面积为2.5m2/g硅灰，1份比表面积为0.01m2/g粉煤灰，搅拌20min后补齐余量的水得防水剂8。
将上述八个实施例制备得到的防水剂在混凝土搅拌时同水一起加入到混凝土中，以有效含量算，加入的量为胶凝材料重量的0.5％，进行搅拌、成型、振捣、养护，按照前述相关标准测试相关性能，与未掺加防水剂的对照组相比性能如下表1所示。
表1与对照组相比，掺加不同防水剂混凝土的性能测试结果
*：表中“-”表示收缩，“+”表示膨胀
参见表中数据，与对照混凝土相比，掺加本发明的防水剂后，水泥混凝土3天龄期抗压强度明显提升，7天龄期的变形表现为收缩减小或膨胀，7天龄期的0.5h吸水率明显降低，28天龄期的电通量也明显降低。

Claims (3)

1.一种水泥混凝土内掺型防水剂，其特征在于，按照重量百分比算，包括以下组分：0.2-20%纳米三氧化二铝，0.1-20%填料组分，0.1-20%疏水组分，0.2-5%乳化剂和余量的水；
所述纳米三氧化二铝的比表面积介于0.5-150m2/g；
所述填料组分为二氧化硅、硅灰、粉煤灰、矿粉、碳酸钙中的一种或任意两种以上混合物；二氧化硅的比表面积介于0.02-400m2/g，硅灰的比表面积介于0.02-50m2/g，粉煤灰的比表面积介于0.01-5m2/g，矿粉的比表面积介于0.01-5m2/g，碳酸钙的比表面积介于0.01-5m2/g；
所述疏水组分为硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铝、十二醇、十六醇、十八醇、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、辛基三甲氧基硅烷、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、正癸基三甲氧基硅烷、正癸基三乙氧基硅烷中的一种或任意两种以上混合物；
所述乳化剂为吐温-20、吐温-40、吐温-60、吐温-80、司盘-20、司盘-40、司盘-60、司盘-80中的一种或任意两种以上混合物。
2.根据权利要求1所述水泥混凝土内掺型防水剂，其特征在于，所述纳米三氧化二铝的比表面积为50-120m2/g。
3.权利要求1或2所述水泥混凝土内掺型防水剂的制备方法，其特征在于，所述水泥混凝土内掺型防水剂的制备方法为：
a）将乳化剂用水溶解分散后，加入疏水组分，5-100℃下搅拌不少于30min；
b）将步骤a）所得分散液降温至低于45℃，加入纳米三氧化二铝和填料组分，搅拌5min以上，即得所述水泥混凝土内掺型防水剂。
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