CN106946518B - 一种速凝水泥基渗透结晶型自修复防水材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料及其制备方法，所述速凝水泥基渗透结晶型自修复防水材料是由下述重量份的组分组成：硅酸盐水泥55～75份，石英砂25～45份，缓冲剂3～10份，活性组分A4～12份，活性组分B4～15份，膨胀剂2～6份，钙离子补充剂1～12份，减水剂1～4份。本发明所公开的防水材料通过简单的物理混合方法制得，初凝时间短，氯离子含量低，可以渗透进入水泥基材料内部形成结晶体堵塞微裂缝，提高了其抗折抗压能力和二次抗渗能力，同时也赋予水泥基材料长久的自修复性能和良好的防水、耐久性能。此外，所述速凝水泥基渗透结晶型自修复防水材料制备方法简单，对设备和工艺的要求不高，有很强的应用能力。

Description

一种速凝水泥基渗透结晶型自修复防水材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防水建筑材料技术领域，具体涉及一种速凝水泥基渗透结晶型自修复防水材料及其制备方法。
背景技术
水泥基渗透结晶型防水材料简称CCCW(Cementitious CapillaryCrystallineWaterproofing Materials)，通常以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为主要成分，掺入活性化学物质制成。由于其抗渗性能和自修复性能良好，并且可以防止钢筋锈蚀，对人体无害，所以从上个世纪产品问世到现在，水泥基渗透结晶防水材料先后在欧洲和美国、日本、新加坡等地得到推广应用。在上世纪八十年代被我国引进后，已先后应用于地铁、桥面、水利工程、污水处理厂等工程项目中，取得了显著的防水效果。
目前国内的渗透结晶型防水材料一般都是以国外进口的母料为基础进行复配，如CN 101362867 A、CN 103408986 A等国内专利，由于进口母料导致生产成本增加，不利于渗透结晶型防水材料在国内的应用与发展，打破国外对于母料的垄断显得尤为必要。而一些国内的渗透结晶型防水材料配方，如CN 104844079 A、CN 103803833 A等，虽然产品表现出了防水、抗渗性能，但是有些仅表现出一次抗渗能力，不具有自修复能力或自修复能力较差，二次抗渗压力检测也不一定达标。中国发明专利CN100347249C公开了一种建筑用水泥基渗透结晶型防水材料及其制备方法，该材料具有渗透性，生成的晶体能深入封堵结构内部的孔隙，改善内部结构，防水具有永久性；微细裂缝能自修复；背水面防水与修补效果更佳，然而该发明使用了硅氧烷乳液，并且需要把浆料烘干磨成粉，这就导致了一方面该产品的制备方法更加复杂，不能简易施工，这会导致在现场施工中出现由于工人的操作水平导致的产品质量参差不齐；另一方面，该产品的生产成本相对还是偏高，不利于大规模的工程投入建设。伴随着防水工程量的不断增加以及人们环保意识的提高，添加聚合物乳液的渗透结晶型防水材料显得不合时宜，急需一款新型的无机渗透结晶型防水材料。此外，国内一些产品把氯化钙作为渗透结晶型防水材料的促凝剂与钙离子补充剂，虽然氯化钙会对产品的早强和防冻有一定的提高作用，但是氯离子会促进混凝土的冻融和钢筋的锈蚀，长远来看会影响混凝土的耐久性和建筑物的寿命，所以必须控制产品的氯离子含量。而在实际应用过程中，往往会在防水层上继续施工，双组份的渗透结晶型防水材料制备麻烦，而且大多数产品没有考虑到凝结时间的影响。想要缩短施工的工期和降低施工费用，就要求有一种渗透结晶型防水材料能够简单易制备，并且可以快速凝结。
因此，开发一种简单易制备的新型的速凝水泥基渗透结晶型自修复防水材料对于国内建筑材料的发展有着重要的意义。
发明内容
针对以上技术的不足，本发明目的在于提供一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料及其制备方法，通过简单物理混合的方法，以制备出初凝时间短，氯离子含量低的新型无机渗透结晶型防水材料，以使水泥基材料更加密实，提高其抗折抗压强度，并具有良好的遇水自修复和二次抗渗压力性能。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，以重量份数计，其原料组成为：
硅酸盐水泥 55～75份
石英砂 25～45份
缓冲剂 3～10份
活性组分 A4～12份
活性组分 B4～15份
膨胀剂 2～6份
钙离子补充剂 1～12份
减水剂 1～4份
所述活性组分A为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸四钠和草酸钠的一种或多种；
所述活性组分B为硅酸钠、磷酸钠和偏铝酸钠的一种或多种；
所述缓冲剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾的一种或多种。
为进一步实现本发明目的，优选地，所述速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料由下述重量份的组分组成：
硅酸盐水泥 65份
石英砂 35份
缓冲剂 5份
活性组分 A8份
活性组分 B5份
膨胀剂 2份
钙离子补充剂 3份
减水剂 2份。
优选地，所述缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钠与碳酸钠。
优选地，所述活性组分A为质量比为3:1的乙二胺四乙酸与草酸钠。
优选地，所述活性组分B为质量比为1:1的硅酸钠与偏铝酸钠。
优选地，所述膨胀剂为硫酸钠与硫酸铝钾的一种或两种。
优选地，所述钙离子补充剂为氢氧化钙与硫酸钙的一种或两种。
优选地，所述减水剂为亚甲基二萘磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸钠的一种或多种。
所述速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的制备方法，包括以下步骤：以重量份计，称取硅酸盐水泥55～75份，石英砂25～45份，缓冲剂3～10份，活性组分A4～12份，活性组分B4～15份，膨胀剂2～6份，钙离子补充剂1～12份，减水剂1～4份，采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入23～26份的水中，搅拌均匀，得速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
优选地，所述搅拌均匀的搅拌时间为3～5min。
本发明中，碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾，可以调节混凝土的初凝时间，起到缓冲剂的作用，可以为晶体生长提供一个适合的pH环境，促进水泥的水化，使之产生更多的水化硅酸钙和C-S-H凝胶，能起到提高混凝土密实性的效果。
乙二胺四乙酸，乙二胺四乙酸四钠，为钙离子螯合剂，可以与钙离子形成络合物并渗透进水泥基材料内部并参与结晶反应进程形成结晶体堵塞孔隙与裂缝。
草酸钠，磷酸钠可以与钙离子形成难解离的络合物，可以直接形成晶体堵塞孔隙与裂缝，减少混凝土孔隙率。
硅酸钠，可以与钙离子发生反应生成CaSiO3晶体堵塞孔隙与裂缝。而且硅酸钠还可以与混凝土中的Ca(OH)2发生作用生成C-S-H凝胶，提高混凝土的防水能力。
偏铝酸钠与混凝土中的Ca(OH)2以及未水化的水泥发生反应，生成交联结构的凝胶，提高混凝土的防水能力。
硫酸钠、硫酸铝钾，作为膨胀剂，可以与混凝土里面的水化产物反应生成具有膨胀性的难溶于水的针状钙矾石晶体，堵塞孔隙与裂缝，提高混凝土的抗折和抗裂能力，提高混凝土的防水能力。
氢氧化钙，硫酸钙，钙离子补充剂，为混凝土补充钙离子，在混凝土里面发生同离子效应，促进晶体的生长过程，提高混凝土的防水能力。
亚甲基二萘磺酸钠、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠，是常见的减水剂，也可以作为阴离子表面活性剂。其分子包含亲水与疏水两性的基团，可以降低混凝土中水的表面张力和界面张力，从而起到分散、润湿和润滑的作用。这三种作用可以提高混凝土的流动性与和易性，减少单位用水量并改善混凝土的工作性。而且，木质素磺酸钙的加入还可以增加活性物质在混凝土中的渗透深度，进一步提高混凝土的防水能力。
与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：
1、本发明产品通过在硅酸盐水泥与石英砂里面加入了活性物质，钙离子补充剂与减水剂组成速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。其中活性物质包括了络合剂，结晶反应剂。应用本发明所提供的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的水泥基材料，在干燥的条件下，水泥基材料处于休眠状态。当水泥基材料内部出现微小裂缝或孔隙时，在有水渗入的情况下水泥基材料将发生一系列的作用完成自修复过程而达到防水的效果。
2、本发明产品的活性物质溶于水，其中的结晶反应剂与水泥水化产物作用生成CaSiO3晶体、CaCO3晶体、针状钙矾石晶体等填充孔隙与裂缝，并能够使混凝土变得密实，提高其抗折抗压能力。此外，络合剂在溶于水的状态下先与游离的钙离子形成络合物，并沿着混凝土内部的裂缝渗透至内部，在遇到SiO3 2-的时候，不稳定的钙离子络合物便释放出Ca2+与SiO3 2-形成更稳定的水化硅酸钙堵塞孔隙与裂缝，而活性物质再次被释放参与下一次结晶的过程，从而保证了混凝土的二次抗渗能力。此外，配合减水剂木质素磺酸钙的使用，提高了混凝土的工作性，也使防水材料有更深的渗透深度，提高了防水材料的防水效果。
3、本发明产品有高效渗透结晶能力，能快速凝结，达到良好的防水抗渗作用。
4、本发明产品相对普通的水泥砂浆有较高的抗折抗压强度，抗裂性好。
5、本发明产品有良好的自修复能力，二次抗渗压力较高，而且制备方法简单，对设备和工艺的要求不高，对于水泥基材料的成本降低与使用寿命的提高有很好的作用。
附图说明
图1为实施例2制备的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的砂浆层截面SEM照片；
图2为实施例4制备的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的砂浆层截面SEM照片。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，由下述重量份的原料组分组成：42.5R硅酸盐水泥55份，70～140目石英砂25份，缓冲剂10份，活性组分A4份，活性组分B 4份，膨胀剂2份，钙离子补充剂1份，减水剂1份，水23份；其中，缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钾与碳酸钾，活性组分A为质量比为2:1的乙二胺四乙酸与草酸钠，活性组分B为质量比为1:1:1的硅酸钠、磷酸钠与偏铝酸钠，膨胀剂为质量比为1:1的硫酸钠与硫酸铝钾，钙离子补充剂为硫酸钙，减水剂为亚甲基二萘磺酸钠。
按上述质量比称取各组分原料，把硅酸盐水泥、石英砂、缓冲剂、活性组分A、活性组分B、膨胀剂、钙离子补充剂、减水剂采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入称好的水中，搅拌5min至均匀，即为所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
实施例2
一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，由下述重量份的原料组分组成：42.5R硅酸盐水泥65份，70～140目石英砂35份，缓冲剂5份，活性组分A 8份，活性组分B 5份，膨胀剂2份，钙离子补充剂3份，减水剂2份，水26份；其中，缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钠与碳酸钠，活性组分A为质量比为3:1的乙二胺四乙酸与草酸钠，活性组分B为质量比为1:1的硅酸钠与偏铝酸钠，膨胀剂为硫酸铝钾，钙离子补充剂为氢氧化钙，减水剂为木质素磺酸钙。
按上述质量比称取各组分原料，把硅酸盐水泥、石英砂、缓冲剂、活性组分A、活性组分B、膨胀剂、钙离子补充剂、减水剂采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入称好的水中，搅拌3min至均匀，即为所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
图1为实施例2制备的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的砂浆层截面SEM照片。从SEM图可以看出，本发明产品内部产生了大量的针状结晶物，这些针状结晶物起到堵塞毛细管和密实作用，从而达到防水目的和提高材料的使用寿命。说明本实施例方法不仅有效可行，而且制备方法简单，成本低。
实施例3
一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，由下述重量份的原料组分组成：42.5R硅酸盐水泥75份，70～140目石英砂45份，缓冲剂3份，活性组分A12份，活性组分B 4份，膨胀剂6份，钙离子补充剂12份，减水剂4份，水25份；其中，缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钾与碳酸钾，活性组分A为质量比为2:1的乙二胺四乙酸与草酸钠，活性组分B为质量比为1:1的硅酸钠与偏铝酸钠，膨胀剂为1:1的硫酸钠与硫酸铝钾，钙离子补充剂为1:1的氢氧化钙与硫酸钙，减水剂为木质素磺酸钠。
按上述质量比称取各组分原料，把硅酸盐水泥、石英砂、缓冲剂、活性组分A、活性组分B、膨胀剂、钙离子补充剂、减水剂采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入称好的水中，搅拌4min至均匀，即为所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
实施例4
一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，由下述重量份的原料组分组成：42.5R硅酸盐水泥65份，70～140目石英砂35份，缓冲剂10份，活性组分A8份，活性组分B 4份，膨胀剂2份，钙离子补充剂3份，减水剂2份，水26份；其中，缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钠与碳酸钠，活性组分A为质量比为3:1的乙二胺四乙酸与草酸钠，活性组分B为质量比为1:2的硅酸钠与偏铝酸钠，膨胀剂为硫酸铝钾，钙离子补充剂为氢氧化钙，减水剂为木质素磺酸钙。
按上述质量比称取各组分原料，把硅酸盐水泥、石英砂、缓冲剂、活性组分A、活性组分B、膨胀剂、钙离子补充剂、减水剂采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入称好的水中，搅拌4min至均匀，即为所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
图2为实施例4制备的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的砂浆层截面SEM照片。从SEM图可以看出，本发明产品内部产生了大量的针状结晶物，这些针状结晶物起到堵塞毛细管和密实作用，从而达到防水目的和提高材料的使用寿命。说明本实施例方法不仅有效可行，而且制备方法简单，成本低。
实施例5
一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，由下述重量份的原料组分组成：42.5R硅酸盐水泥65份，70～140目石英砂35份，缓冲剂8份，活性组分A 12份，活性组分B15份，膨胀剂2份，钙离子补充剂3份，减水剂2份，水26份；其中，缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钠与碳酸钠，活性组分A为质量比为2:1的乙二胺四乙酸与草酸钠，活性组分B为质量比为1:1的硅酸钠与偏铝酸钠，膨胀剂为质量比为1:1的硫酸钠与硫酸铝钾，钙离子补充剂为氢氧化钙，减水剂为木质素磺酸钙。
按上述质量比称取各组分原料，把硅酸盐水泥、石英砂、缓冲剂、活性组分A、活性组分B、膨胀剂、钙离子补充剂、减水剂采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入称好的水中，搅拌3～5min至均匀，即为所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
本发明的五个实施例均在30min初凝。
本发明实施例1、3和5制备的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的砂浆层截面SEM照片与图1和图2相似，不一一提供。
表1 为速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料实施例1～5的性能测试结果。
表1
从测试结果可以看出本发明产品完全达到国标GB18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料》标准，具有良好的二次抗渗压力，达到优良的防水效果。
本发明产品通过在硅酸盐水泥与石英砂里面加入了活性物质，钙离子补充剂与减水剂组成速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。其中活性物质包括了络合剂，结晶反应剂。应用本发明所提供的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的水泥基材料，在干燥的条件下，水泥基材料处于休眠状态。当水泥基材料内部出现微小裂缝或孔隙时，在有水渗入的情况下水泥基材料将发生一系列的作用完成自修复过程而达到防水的效果。
本发明产品的活性物质溶于水，其中的结晶反应剂与水泥水化产物作用生成CaSiO3晶体、CaCO3晶体、针状钙矾石晶体等填充孔隙与裂缝，并能够使混凝土变得密实，提高其抗折抗压能力。此外，络合剂在溶于水的状态下先与游离的钙离子形成络合物，并沿着混凝土内部的裂缝渗透至内部，在遇到SiO3 2-的时候，不稳定的钙离子络合物便释放出Ca2+与SiO3 2-形成更稳定的水化硅酸钙堵塞孔隙与裂缝，而活性物质再次被释放参与下一次结晶的过程，从而保证了混凝土的二次抗渗能力。此外，配合减水剂木质素磺酸钙的使用，提高了混凝土的工作性，也使防水材料有更深的渗透深度，提高了防水材料的防水效果。
本发明产品有高效渗透结晶能力，能快速凝结，达到良好的防水抗渗作用。
本发明产品相对普通的水泥砂浆有较高的抗折抗压强度，抗裂性好。
本发明产品有良好的自修复能力，二次抗渗压力较高，而且制备方法简单，对设备和工艺的要求不高，对于水泥基材料的成本降低与使用寿命的提高有很好的作用。
上述的具体实施例只是为了说明本发明的实质性内容，并非以此限定本发明的实施范围，对依本发明的原理、构成以及结构进行的等效变化，均涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，以重量份数计，其原料组成为：
硅酸盐水泥55～75份
石英砂25～45份
缓冲剂3～10份
活性组分A4～12份
活性组分B 4～15份
膨胀剂2～6份
钙离子补充剂1～12份
减水剂1～4份
所述活性组分A为乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸四钠和草酸钠的一种或多种；
所述活性组分B为硅酸钠、磷酸钠和偏铝酸钠的一种或多种；
所述缓冲剂为碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸钾的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料由下述重量份的组分组成：
硅酸盐水泥65份
石英砂35份
缓冲剂5份
活性组分A8份
活性组分B5份
膨胀剂2份
钙离子补充剂3份
减水剂2份。
3.根据权利要求1或2所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述缓冲剂为质量比为1:1的碳酸氢钠与碳酸钠。
4.根据权利要求1或2所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述活性组分A为质量比为3:1的乙二胺四乙酸与草酸钠。
5.根据权利要求1或2所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述活性组分B为质量比为1:1的硅酸钠与偏铝酸钠。
6.根据权利要求1或2所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述膨胀剂为硫酸钠与硫酸铝钾的一种或两种。
7.根据权利要求1或2所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述钙离子补充剂为氢氧化钙与硫酸钙的一种或两种。
8.根据权利要求1或2所述的速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料，其特征在于，所述减水剂为亚甲基二萘磺酸钠、木质素磺酸钙和木质素磺酸钠的一种或多种。
9.权利要求1所述速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以重量份计，称取硅酸盐水泥55～75份，石英砂25～45份，缓冲剂3～10份，活性组分A4～12份，活性组分B4～15份，膨胀剂2～6份，钙离子补充剂1～12份，减水剂1～4份，采用机械搅拌或人工搅拌至混合均匀后缓慢加入23～26份的水中，搅拌均匀，得速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料。
10.根据权利要求9所述速凝水泥基渗透结晶自修复防水材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌均匀的搅拌时间为3～5min。
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