CN106904928B - 一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料及其制备方法和应用。该防水材料主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30～40份，表面活性剂0.05～0.15份，反应延迟剂0～1份，还原剂0.1～0.2份，反应促进剂0～5份，抗冻结剂0.06～0.1份，金属离子封锁剂0.1～0.3份，表面强化剂0.4～0.8份，防锈剂0.2～0.4份，去离子水53～69份。本发明的防水材料具有长效防水、耐久性、耐老化、抗渗性好、抗开裂、渗透力强等性能，可针对不同孔隙率状况的混凝土调达到最优的防水效果；并且制备方法简单，成本低，无污染，在混凝土防水应用中施工方便。
Description
技术领域
本发明属于建筑用防水材料，具体涉及一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料及其制备方法和应用。
背景技术
水性渗透型无机防水剂是以碱金属硅酸盐溶液为基料，加入催化剂、助剂，经混合反应而成，具有渗透性、可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔道和裂纹功能的防水剂。其主要技术原理是主成分硅酸盐渗透到水泥砂浆或混凝土的毛细孔道中，与水泥水化过程中产生的Ca(OH)2反应,生成不溶于水的水化硅酸钙凝胶体(C-S-H)，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。与传统的防水卷材、防水涂料相比，该类材料能够改善水泥混凝土本身的质量，治标又治本，且绿色环保、寿命长久，是一种具有革命性意义的防水材料。为进一步推广该类产品的应用，国家在2006年颁布了该类材料的行业标准JC/T1018-2006《水性渗透型无机防水剂》。
早些年这类产品主要以进口产品为主，比如美国永凝液，该产品技术先进,但进口产品税率高，运输不方便，且核心配方一直被国外保密封锁。近年来我国广大科技工作者对核心成分进行替代研究，形成了自己特色的技术，取得了一定的成果，例如中国专利号为CN105503262A、CN104628354A、CN102226073A、CN101671154A、CN101619203A等。然而在实际的使用过程中经常会发现这类材料的防水效果不稳定，对有的混凝土的抗渗性提高效果很明显，而对有些混凝土的抗渗性基本没有提高效果，这是由于该反应特别依赖于生成物的多少以及填充孔隙的程度。如果混凝土的初始孔隙率很大，则要求有效成分渗透深度不能太大，要缩短反应速度，将有限的有效物质集中在一起反应生成更多的水化产物堵塞孔隙；如果混凝土的初始孔隙率很小，将导致有效物质很难渗透，此时则要求延长反应速度，待有效物质渗透后再进行反应。只有这样对不同孔隙率的混凝土采用合适的防水材料，才能保证实际工程每一次的使用都是有效的，杜绝发生时灵时不灵的结果。而现有的专利中没有一个配方提到能够针对不同孔隙率的对象混凝土通过调整组分比例可以达到反应速度可控的效果。
因此，如果开发一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，将会大大促进该类产品在我国建筑防水领域的应用和发展。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，该防水材料具有长效防水、耐久性、耐老化、抗渗性好、抗开裂、渗透力强等性能，可针对不同孔隙率状况的混凝土调达到最优的防水效果。
本发明还提供了该反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料的制备方法和应用，其制备方法简单，成本低，并且应用施工方便。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述的一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30～40份，表面活性剂0.05～0.15份，反应延迟剂0～1份，还原剂0.1～0.2份，反应促进剂0～5份，抗冻结剂0.06～0.1份，金属离子封锁剂0.1～0.3份，表面强化剂0.4～0.8份，防锈剂0.2～0.4份，去离子水53～69份。
其中针对孔隙率较大(C30以下)的水泥混凝土，所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30～40份，表面活性剂0.05～0.15份，反应延迟剂0～0.5份，还原剂0.1～0.2份，反应促进剂2.5～5份，抗冻结剂0.06～0.1份，金属离子封锁剂0.1～0.3份，表面强化剂0.4～0.8份，防锈剂0.2～0.4份，水53～69份。
其中针对孔隙率较小(C30以上)的水泥混凝土，所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30～40份，表面活性剂0.05～0.15份，反应延迟剂0.5～1份，还原剂0.1～0.2份，反应促进剂0～2.5份，抗冻结剂0.06～0.1份，金属离子封锁剂0.1～0.3份，表面强化剂0.4～0.8份，防锈剂0.2～0.4份，水53～69份。
作为优选，所述硅酸钠为模数3.0～3.6、20℃波美度为37～42的硅酸钠水溶液。硅酸钠水溶液是主成分，也是结晶沉淀剂，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。
所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。主要作用是降低界面的表面张力，促进材料的渗透。另外，表面活性剂还能起到分散的作用，阻碍硅酸钠胶体粒子的团聚，使得硅酸钠保持以纳米级的尺寸，有利于沿着毛细管渗透。
所述反应延迟剂为硼酸钠或乙二胺四乙酸四钠。其对钙离子有鳌合作用，与混凝土中钙离子作用，生成可溶性络合复盐，从而避免了硅酸根与钙离子的过早结合而生成沉淀。
所述还原剂为硫脲或硫代硫酸钠。硫脲或硫代硫酸钠可抑制硅酸根发生氧化反应，从而达到促进渗透的作用。
所述反应促进剂为三乙醇胺，均为表面活性剂，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，促进未水化的水泥颗粒进一步水化，增加毛细孔中钙离子的含量，从而促进了硅酸根与钙离子的结合。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，生成不可溶的络合复盐，实现密实孔隙，提高混凝土强度和韧性。
所述抗冻结剂为碳酸钾或碳酸钠，能显著降低冰点，不仅能保证材料在-10℃温度下不发生冻结，还能使混凝土液相不冻结或部分冻结，保证混凝土不遭受冻害。
所述金属离子封锁剂为六偏磷酸钠或偏磷酸镁，能提高水化产物的耐水性及耐酸性。
所述表面强化剂为氟硅酸钠或六氟硅酸镁，能固定混凝土表面的氢氧化钙等产物，防止表面风化，提高表面的强度、硬度和耐磨性。
所述防锈剂为氢氧化二氨合银或亚硝酸钠，能防止混凝土中的钢筋锈蚀。
所述去离子水，电阻率大于等于10兆欧厘米。
本发明所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入去离子水，再依次将表面活性剂、反应延迟剂、还原剂、反应促进剂、抗冻结剂、金属离子封锁剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中搅拌30-60min，制得混合溶液；
(2)继续加入硅酸钠配制成的水溶液，在反应釜中将混合溶液充分搅拌均匀，最后经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得本发明的水性渗透结晶型防水材料。
本发明所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料在混凝土抗渗性中的应用。
其中，所述应用的步骤为：
(1)首先对应用的混凝土基面进行预处理：除去混凝土基面表面的油污或其他杂物，表面保持干燥；
(2)采用涂刷或喷涂的施工方式将反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料应用到混凝土基面，重复涂刷或喷涂2～3遍，且湿润养护3天或以上即可。
本发明所述的所有原材料均为市售建筑材料或工业助剂。
本发明控制反应速度的方法是调整反应延迟剂和反应促进剂的比例，对于孔隙率较大(C30以下)的水泥混凝土，应减少反应延迟剂，同时增加反应促进剂；对于孔隙率较小(C30以上)的水泥混凝土，应增加反应延迟剂，同时减少反应促进剂。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明制备的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，具有长效防水、耐久性、耐老化、抗渗性好、抗开裂、渗透力强等性能，通过调整反应延迟剂和反应促进剂这两种组分的比例即可实现对任何状态(不同孔隙率状况)的混凝土达到良好的防水效果。
2、本发明中的表面活性剂和还原剂，将原本胶体状的硅酸钠变成了纳米级别的硅酸钠粒子，阻碍了粒子的团聚，使粒子得以均匀分散，并且降低了溶液与混凝土接触面的界面张力，使防水材料能够更容易渗透。
3、本发明中的抗冻结剂能显著降低冰点，不仅能保证材料在-10℃温度下不发生冻结，还能使混凝土液相不冻结或部分冻结，保证混凝土不遭受冻害。
4、本发明中的金属离子封锁剂能固化住反应产物中的碱金属和碱土金属，使生成物不容易水解，提高水化产物的耐水性及耐酸性。
5、本发明中的表面强化剂能固定混凝土表面的氢氧化钙等产物，防止表面风化，提高表面的强度、硬度和耐磨性。
6、本发明中的防锈剂能防止混凝土中的钢筋锈蚀，提高钢筋混凝土的寿命。
7、本发明的制备方法简单，成本低，无污染，并且应用施工方便。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
组方：
硅酸钠35份，表面活性剂为十二烷基磺酸钠0.07份，反应延迟剂为硼酸钠0.1份，还原剂为硫脲0.12份，反应促进剂为三乙醇胺3.0份，抗冻结剂为碳酸钾0.07份，金属离子封锁剂为六偏磷酸钠0.15份，表面强化剂为六氟硅酸镁0.4份，防锈剂为氢氧化二氨合银0.3份，去离子水60.79份。
制备方法：
(1)按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入去离子水，再依次将表面活性剂、反应延迟剂、还原剂、反应促进剂、抗冻结剂、金属离子封锁剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中搅拌30min，制得混合溶液；
(2)继续加入硅酸钠配制成的水溶液，硅酸钠水溶液模数3.0、20℃波美度为37，在反应釜中将混合溶液充分搅拌均匀，最后经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得本发明的水性渗透结晶型防水材料。
实施例2
组方：
硅酸钠为37份，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠0.1份，反应延迟剂为乙二胺四乙酸四钠0.3份，还原剂为硫代硫酸钠0.17份，反应促进剂为三乙醇胺4.5份，抗冻结剂为碳酸钠0.09份，金属离子封锁剂为偏磷酸镁0.25份，表面强化剂为六氟硅酸镁0.6份，防锈剂为亚硝酸钠0.2份，去离子水56.79份。
制备方法：
(1)按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入去离子水，再依次将表面活性剂、反应延迟剂、还原剂、反应促进剂、抗冻结剂、金属离子封锁剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中搅拌40min，制得混合溶液；
(2)继续加入硅酸钠配制成的水溶液，硅酸钠水溶液模数3.6、20℃波美度为42，在反应釜中将混合溶液充分搅拌均匀，最后经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得本发明的水性渗透结晶型防水材料。
实施例3
组方：
硅酸钠36份，表面活性剂为十二烷基磺酸钠0.13份，反应延迟剂为硼酸钠0.7份，还原剂为硫代硫酸钠0.18份，反应促进剂为三乙醇胺0.5份，抗冻结剂为碳酸钾0.10份，金属离子封锁剂为偏磷酸镁0.20份，表面强化剂为氟硅酸钠0.5份，防锈剂为氢氧化二氨合银0.4份，去离子水61.29份。
制备方法：
(1)按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入去离子水，再依次将表面活性剂、反应延迟剂、还原剂、反应促进剂、抗冻结剂、金属离子封锁剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中搅拌45min，制得混合溶液；
(2)继续加入硅酸钠配制成的水溶液，硅酸钠水溶液模数3.3、20℃波美度为40，在反应釜中将混合溶液充分搅拌均匀，最后经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得本发明的水性渗透结晶型防水材料。
实施例4
组方：
硅酸钠38份，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠0.08份，反应延迟剂为乙二胺四乙酸四钠0.9份，还原剂为硫脲0.13份，反应促进剂为三乙醇胺2.0份，抗冻结剂为0.06份，金属离子封锁剂为六偏磷酸钠0.28份，表面强化剂为六氟硅酸镁0.8份，防锈剂为亚硝酸钠0.25份，去离子水57.5份。
制备方法：
(1)按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入去离子水，再依次将表面活性剂、反应延迟剂、还原剂、反应促进剂、抗冻结剂、金属离子封锁剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中搅拌45min，制得混合溶液；
(2)继续加入硅酸钠配制成的水溶液，硅酸钠水溶液模数3.3、20℃波美度为40，在反应釜中将混合溶液充分搅拌均匀，最后经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得本发明的水性渗透结晶型防水材料。
实施例5
实施例5与实施例1的制备方法相同，不同之处在于：硅酸钠30份，表面活性剂0.05份，反应延迟剂0份，还原剂0.1份，反应促进剂5份，抗冻结剂0.06份，金属离子封锁剂0.1份，表面强化剂0.8份，防锈剂0.25份，水53份。
实施例6
实施例6与实施例3的制备方法相同，不同之处在于：硅酸钠40份，表面活性剂0.15份，反应延迟剂1份，还原剂0.1份，反应促进剂0份，抗冻结剂0.10份，金属离子封锁剂0.30份，表面强化剂0.5份，防锈剂0.4份，水69份。
实施例7
反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料在混凝土抗渗性中的应用方法。
具体步骤为：
(1)首先对应用的混凝土基面进行预处理：除去混凝土基面表面的油污或其他杂物，表面保持干燥；
(2)采用涂刷或喷涂的施工方式将实施例1至6制备的任意一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料应用到混凝土基面，重复涂刷或喷涂2～3遍，且湿润养护3天或以上即可。
试验例1
本发明制备的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料的抗透水压力比检测。参照DBJ01-54-2001《界面渗透型防水涂料质量检验评定标准》，该标准中的“抗透水压力比”所采用的的基准砂浆是满足“孔隙率较大”这个标准的，因此以“抗透水压力比”作为实施例1和实施例2效果评判的标准(其中实施例1和实施例2所采用的配方是针对孔隙率较大(C30以下)的水泥混凝土)，并与现有技术中的产品对比例1和2，以及和本发明类似的对比例3采用同样检测方法的进行对比，其检测结果由表1所示。
对比例1为专利CN101671154A实施例1的抗透水压力比。
对比例2为专利CN101671154A实施例2的抗透水压力比。
对比例3与实施例1的组方和制备方法相同，不同之处在于组方中不含有反应延迟剂和反应促进剂。
表1抗透水压力比检测
由表1可知，本发明实施例1和2制备的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，针对孔隙率较大的水泥混凝土，本发明的抗透水压力比较高，防水效果明显优于对比例中现有技术的产品，同时与不含有反应延迟剂和反应促进剂的产品相比也具有明显的优势。
试验例2
本发明制备的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料的渗入高度的检测。参照JC/T1018-2006《水性渗透型无机防水剂》，该标准中只有“渗入高度”这一指标是反映防水材料效果好坏的直接指标，而且该指标采用的基准混凝土是满足“孔隙率较小”这个标准的，因此以“渗入高度”作为实施例3和实施例4效果评判的标准(其中实施例3和实施例4所采用的配方是针对孔隙率较小(C30以上)的水泥混凝土)，并与现有技术中的产品对比例4和5，以及和本发明类似的对比例6采用同样检测方法的进行对比，其检测结果由表2所示。
对比例4为专利CN102226073A实施例1的渗入高度。
对比例5为专利CN102226073A实施例2的渗入高度。
对比例3与实施例3的组方和制备方法相同，不同之处在于组方中不含有反应延迟剂和反应促进剂。
表2渗入高度检测
由表2可知，本发明实施例3和4制备的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，针对孔隙率较小的水泥混凝土，本发明的渗入高度较低，防水效果明显优于对比例中现有技术的产品，同时与不含有反应延迟剂和反应促进剂的产品相比也具有明显的优势。
Claims (10)
1.一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30~40份，表面活性剂0.05~0.15份，反应延迟剂0~1份，还原剂0.1~0.2份，反应促进剂0~5份，抗冻结剂0.06~0.1份，金属离子封锁剂0.1~0.3份，表面强化剂0.4~0.8份，防锈剂0.2~0.4份，去离子水53~69份。
2.根据权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30~40份，表面活性剂0.05~0.15份，反应延迟剂0~0.5份，还原剂0.1~0.2份，反应促进剂2.5~5份，抗冻结剂0.06~0.1份，金属离子封锁剂0.1~0.3份，表面强化剂0.4~0.8份，防锈剂0.2~0.4份，去离子水53~69份。
3.根据权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，主要由以下重量份的原料所制成：硅酸钠30~40份，表面活性剂0.05~0.15份，反应延迟剂0.5~1份，还原剂0.1~0.2份，反应促进剂0~2.5份，抗冻结剂0.06~0.1份，金属离子封锁剂0.1~0.3份，表面强化剂0.4~0.8份，防锈剂0.2~0.4份，去离子水53~69份。
4.根据权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述硅酸钠为模数3.0~3.6、20℃波美度为37~42的硅酸钠水溶液。
5.根据权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述反应延迟剂为硼酸钠或乙二胺四乙酸四钠。
7.根据权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述还原剂为硫脲或硫代硫酸钠。
8.一种如权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）按配方比例称量各原料，然后在反应釜中先加入去离子水，再依次将表面活性剂、反应延迟剂、还原剂、反应促进剂、抗冻结剂、金属离子封锁剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中搅拌30-60min，制得混合溶液；
（2）继续加入硅酸钠配制成的水溶液，在反应釜中将混合溶液充分搅拌均匀，最后经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得本发明的水性渗透结晶型防水材料。
9.一种如权利要求1所述的反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料在混凝土防水中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用的步骤为：
（1）首先对应用的混凝土基面进行预处理：除去混凝土基面表面的油污或其他杂物，表面保持干燥；
（2）采用涂刷或喷涂的施工方式将反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料应用到混凝土基面，重复涂刷或喷涂2~3遍，且湿润养护3天以上即可。
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