CN107628788B - 用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料及其制备方法。该防水材料由液料和粉料组成；液料由如下重量份的组分组成：丙烯酸丁酯20‑40份，甲基丙烯酸2‑5份，内乳化剂0.5‑10份，叔碳酸乙烯酯5‑20份，β‑羧乙基丙烯酸酯10‑20份，引发剂0.1‑0.5份，偶联剂0.1‑0.5份，硅溶胶2‑10份，成膜助剂0.1‑0.5，消泡剂0.1‑0.5份，去离子水45‑55份；粉料由如下重量份的组分组成：水泥2‑4份，石英砂0.5‑1.5份，减水剂0.003‑0.005份；液料与粉料重量比为1:1‑2。该防水材料的粘接强度高达3.4MPa且具有60％的断裂伸长率，用于修复混凝土裂缝效果非常好。

Description

用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及防水材料技术领域，尤其涉及一种用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料及其制备方法。

背景技术

目前高铁无砟轨道、道路、渡槽等混凝土结构物在长期受到荷载及不同自然环境下，极可能会出现开裂问题。当混凝土出现裂缝损伤后，水就会进入裂缝破坏混凝土结构，裂缝不断产生扩大。严重威胁到建筑的安全。

现有技术公开了一种道路裂缝修复材料，采用水泥、纳米氧化锌基沥青、矿渣粉等物料，包括用于填充裂缝下部的灌浆料和用于填充裂缝上部的填缝料,两者组合使用，具有耐久性的优势。然而现场使用需要加热且沥青具有污染性，施工很不方便。

现有技术公开了一种高铁无砟轨道混凝土道床板裂缝修复维护材料，成分包括纳米二氧化硅、偏硅酸钠、氢氧化钠、交联剂、促硬剂、表面活性剂、三聚磷酸钠、硫酸钠，在干燥环境下，能快速凝结硬化，具有高粘结力和高渗透性的特点，该修复材料属于刚性修复材料。

现有技术公开了一种智能混凝土裂缝自修复材料，包括活性化学组分，反应促进剂，Al³⁺助剂，硅酸根助剂，Ca²⁺助剂等，按1:10:20的质量比例将母料与石英砂、水泥混合均匀得到的混凝土裂缝自修复涂料；该发明主要采用水泥及无机物渗透结晶自修复设计，仍属于刚性修复材料。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料及其制备方法，主要目的是提供一种具有较高柔性、粘接强度及防水性的水泥基防水材料，所述防水材料可取代刚性修复材料而用于修复混凝土裂缝。

为达到上述目的，本发明主要提供了如下技术方案：

一方面，本发明实施例提供了一种用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料，所述防水材料由液料和粉料组成；

所述液料由如下重量份的组分组成：丙烯酸丁酯20-40份，甲基丙烯酸2-5份，内乳化剂0.5-10份，叔碳酸乙烯酯5-20份，β-羧乙基丙烯酸酯10-20份，引发剂0.1-0.5份，偶联剂0.1-0.5份，硅溶胶2-10份，成膜助剂0.1-0.5，消泡剂0.1-0.5份，去离子水45-55份；

所述粉料由如下重量份的组分组成：水泥2-4份，石英砂0.5-1.5份，减水剂0.003-0.005份；

所述液料与所述粉料的重量比为1:1-2。

作为优选，所述液料与所述粉料的重量比为1:1.3-1.7。

作为优选，所述液料由如下重量份的组分组成：丙烯酸丁酯30-40份，甲基丙烯酸3-4份，内乳化剂4-7份，叔碳酸乙烯酯10-15份，β-羧乙基丙烯酸酯15-20份，引发剂0.2-0.3份，偶联剂0.2-0.3份，硅溶胶3-5份，成膜助剂0.3-0.5，消泡剂0.2-0.5份，去离子水45-55份。

作为优选，所述引发剂为过硫酸钠、过氧化-3,5,5-三甲基乙酸叔丁酯及偶氮二异丁腈中的至少一种；所述内乳化剂为烯丙基聚氧丙烯醚、马来酸单十六醇酯丙基磺酸钠及聚乙烯醇中的至少一种。

作为优选，所述成膜助剂为伊斯曼生产的型号为Texanol、型号为OE300及丙二醇中的至少一种；所述消泡剂为毕克化学的型号为BYK-019、BYK-51及BYK-066N中的至少一种。

作为优选，所述水泥为42.5硅酸盐水泥、52.5硅酸盐水泥、62.5硅酸盐水泥及72.5硅酸盐水泥中的至少一种；所述石英砂为40目石英砂、80目石英砂、120目石英砂及325目石英砂中的至少一种；所述减水剂为聚羧酸减水剂。

另一方面，本发明实施例提供了上述水泥基防水材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

按液料和粉料配方准备各组分；

将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、内乳化剂、叔碳酸乙烯酯、β-羧乙基丙烯酸酯、引发剂、偶联剂及硅溶胶混合反应后得到纳米乳液；

向所述纳米乳液中加入成膜助剂和消泡剂混合后得到所述液料；

将水泥、石英砂及减水剂混合得到所述粉料；

使用时，所述液料与所述粉料的重量配比为1:1-2。

作为优选，所述纳米乳液的制备方法具体为：

将水加入反应器，再将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸及50％重量的内乳化剂作为A料滴加至反应器内，同时滴加引发剂水溶液；A料滴加结束后，将叔碳酸乙烯酯、β-羧乙基丙烯酸酯及剩余50％内乳化作为B料滴加至反应器内，B料滴加结束后进行第一次保温，保温结束后向反应器中滴加偶联剂和硅溶胶，滴加结束后进行第二次保温，保温结束后并降温得到的产物为所述纳米乳液。

作为优选，所述纳米乳液的合成温度为70℃-85℃；所述第一次保温和所述第二次保温的反应温度均为70℃-85℃；向所述纳米乳液中加入成膜助剂和消泡剂是在40℃以下进行；所述纳米乳液的粒径为40nm-80nm。

再一方面，本发明实施例提供了上述水泥基防水材料在修复混凝土裂缝中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明采用自设计产品内乳化体系，显著降低乳液的粒径，通过采用分段合成工艺，有效改善修复材料的粘接强度，满足高强混凝土和超高强混凝土的裂缝的修复要求，且具有较高的延伸率，提高了基层混凝土抗开裂性，同时耐水性及耐候性优异。

本发明的修复材料产品粘接强度高达3.4MPa、有60％的断裂伸长率、抗开裂效果好、耐候性好，补强作用好，且生产简单便捷，效率高，成本低，无污染，可量产。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下以较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、技术方案、特征及其功效，详细说明如后。下述说明中的多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

实施例1(制备液料)

取40份去离子水加入反应器，然后温度升至80℃，将38份丙烯酸丁酯和2份甲基丙烯酸加入另一混合器，并加入0.25份烯丙基聚氧丙烯醚混合乳化作为A料，缓慢滴加入反应器，同时滴加0.3份质量浓度为15％的过硫酸铵水溶液，A料滴加完毕，将5份叔碳酸乙烯酯，12份β-羧乙基丙烯酸酯，0.25份烯丙基聚氧丙烯醚混合均匀，分散预乳化得到预乳化B料，并缓慢滴加入反应器，A、B料于2小时内滴加聚合，滴加完毕保温1.5小时，并加入0.5份偶联剂KH570，缓慢滴加5份硅溶胶，0.5h滴加完毕，将温度降至35℃，加入0.1份Texanol和0.2份BYK-019，得到液料组分。

实施例2(制备液料)

取50份去离子水加入反应器，然后温度升至75℃，将25份丙烯酸丁酯和3份甲基丙烯酸，3份烯聚乙烯醇加入混合器进行预乳化作为A料，缓慢滴加入反应器，并同时滴加0.5份质量浓度为15％的过硫酸铵水溶液，A料滴加完毕后，将8份叔碳酸乙烯酯，20份β-羧乙基丙烯酸酯，3份聚乙烯醇混合均匀，分散预乳化得到预乳化B料，并于2小时内滴加聚合，滴加完毕保温1.5小时，并加入0.4份偶联剂KH570，缓慢滴加5份硅溶胶，0.5h滴加完毕，将温度降至35℃，加入0.2份OE-300和0.3份BYK-066N，得到液料组分。

实施例3(制备液料)

取48份去离子水加入反应器，然后温度升至85℃，将30份丙烯酸丁酯和3份甲基丙烯酸，4份烯丙基聚氧丙烯醚加入混合器进行预乳化作为A料，缓慢滴加入反应器，同时滴加0.2份质量浓度为15％的过硫酸铵水溶液，A料滴加完毕，将15份叔碳酸乙烯酯，6份β-羧乙基丙烯酸酯，4份烯丙基聚氧丙烯醚混合均匀分散预乳化得到预乳化B料，并于2小时内滴加聚合，滴加完毕保温1.5小时，并加入0.5份偶联剂KH570，缓慢滴加8份硅溶胶，0.5h滴加完毕，将温度降至35℃，加入0.5份丙二醇和0.4份BYK-51，得到液料组分。

实施例4(制备液料)

取53份去离子水加入反应器，然后温度升温至85℃，将28份丙烯酸丁酯、5份甲基丙烯酸和3.5份烯丙基聚氧丙烯醚加入混合器进行预乳化作为A料，缓慢滴加入反应器，同时滴加0.5份质量浓度为15％的过硫酸铵水溶液，A料滴加完毕，将8份叔碳酸乙烯酯，15份β-羧乙基丙烯酸酯，3.5份烯丙基聚氧丙烯醚混合均匀，分散预乳化得到预乳化B料，并于2小时内滴加聚合；滴加完毕保温1.5小时，并加入0.2份偶联剂KH570，缓慢滴加10份硅溶胶，0.5h滴加完毕，将温度降至35℃，加入0.2份Texanol和0.4份BYK-019，得到液料组分。

实施例5(制备液料)

取50份去离子水于反应器，升温至70℃，将20份丙烯酸丁酯，2份甲基丙烯酸，1份烯丙基聚氧丙烯醚与混合器混合均匀乳化作为A料，滴加入反应器，同时滴加0.1份质量浓度为15％的过硫酸铵水溶液，A料滴加完毕后，将15份叔碳酸乙烯酯，15份β-羧乙基丙烯酸酯，0.5份烯丙基聚氧丙烯醚分散预乳化得到预乳液B料，并于2小时内滴加聚合，滴加完毕保温1.5小时，并加入0.3份偶联剂KH570，缓慢滴加7份硅溶胶，0.5h滴加完毕，将温度降至35℃，加入0.5份丙二醇和0.5份BYK-019，得到液料组分。

实施例6(制备液料)

取45份去离子水于反应器，升温至75℃，将22份丙烯酸丁酯，2份甲基丙烯酸，2份马来酸单十六醇酯丙基磺酸钠放入混合器预乳化作为A料，滴加入反应器，同时滴加0.3份质量浓度为15％的过硫酸铵水溶液，A料滴加完毕后，将15份叔碳酸乙烯酯，10份β-羧乙基丙烯酸酯，2份马来酸单十六醇酯丙基磺酸钠混合均匀，分散预乳化得到预乳液B料，并于2小时内滴加聚合，滴加完毕保温1.5小时，并加入0.3份偶联剂KH570，缓慢滴加7份硅溶胶，0.5h滴加完毕，将温度降至35℃，加入0.1份Texanol和0.3份BYK-51，得到液料组分。

实施例7(制备粉料)

将510份42.5的硅酸盐水泥加入搅拌釜，然后加入70份325目的石英砂，100份80目石英砂，加入0.7聚羧酸减水剂，搅拌均匀得到粉料组分。

实施例8(制备粉料)

将200份42.5硅酸盐水泥，160份72.5的硅酸盐水泥加入搅拌釜，然后加入100份80目的石英砂，20份120目的石英砂，20份加入0.5聚羧酸减水剂，搅拌均匀得到粉料组分。

实施例9(制备防水材料)

将1份的水加入容器，在搅拌的状态下分别加入10份液料组分和15份粉料组分搅拌均匀直至没有颗粒为止，即得到修复裂缝用水泥基防水材料；采用实施例1-6的液料和实施例7的粉料分别制备得到6种防水材料，即1号-6号防水材料。

对比例1

本对比例1与实施例9不同之处在于，液料选用市售的纯丙乳液(固含量50％)，粉料为实施例7制备的粉料，制备得到7号材料。

依据《聚合物水泥基防水涂料》(GB/T23445-2009)中Ⅲ型的测试方法，对上述1-7号防水材料的耐热性、粘接强度、耐水性及不透水性，测试结果如表1所示；测试1-7号防水材料的力学性能，测试结果如表2所示；对4号防水材料的性能进行全面测试，测试结果如表3。

表1.1-7号防水材料耐久性测试结果

表2.1-7号防水材料力学性能测试结果

表3.4号防水材料力学性能测试结果

由表1对本发明实施例制备的1-7号防水材料的耐久性测试结果可知：1-6号防水材料在耐热性方面的拉伸强度保持率为95％-99％，断裂伸长率为52％-61％，在耐水性方面的拉伸强度保持率为99％-105％，断裂伸长率为55％-60％，粘结强度为3.1-3.4MPa；而对比例1制备的7号防水材料在耐热性方面的拉伸强度保持率为90％，断裂伸长率为40％，在耐水性方面的拉伸强度保持率为87％，断裂伸长率为38％，粘结强度为1.2MPa。由此可知，本发明方法制备的水泥基防水材料的延伸性由于对比例1的防水材料的延伸性，本发明的粘结强度基本是对比例1粘结强度的2-2.5倍。

由表2对本发明实施例制备的1-7号防水材料的力学性能测试结果可知：本发明实施例1-6制备的1-6号防水材料的拉伸强度略优于对比例1制备的7号防水材料力学性能；1-6号防水材料断裂延伸率优于7号防水材料；1-6号防水材料吸水率明显低于7号防水材料的吸水率，1-6号防水材料的抗渗性略优于7号防水材料。由上述对比可知，本发明实施例制备的1-6号防水材料的断裂延伸率和吸水率明显优于对比例1制备的防水材料。

由表3对本发明实施例制备的4号防水材料的全面性能测试结果可知：4号防水材料的基本性能均远优于GB/T23445-2009中要求的技术指标。

本发明制备的1-6号防水材料与对比例1的防水材料区别是液料成分不同，本发明液料由如下重量份的组分组成：丙烯酸丁酯20-40份，甲基丙烯酸2-5份，内乳化剂0.5-10份，叔碳酸乙烯酯5-20份，β-羧乙基丙烯酸酯10-20份，引发剂0.1-0.5份，偶联剂0.1-0.5份，硅溶胶2-10份，成膜助剂0.1-0.5，消泡剂0.1-0.5份，去离子水45-55份。尤其实施例4液料用于制备防水材料的性能最优，即4号防水材料的延伸性最好，达到60％左右，粘结强度最高，达到3.4MPa。

本发明采用分段滴加工艺，主要是为了合成核壳结构乳液，通过先滴加A料在体系中形成核结构，然后再通过滴加B料在核外部形成壳结构，而外层壳结构主要提高粘接强度，和拉伸强度，而后通过采用偶联剂与未反应完全的单体进行反应，并通过硅溶胶改性接枝到分子链上提高产品的稳定性。

本发明的水泥基防水材料可修复混凝土裂缝，其修复效果较好。由于本发明采用的自设计产品内乳化体系是通过采用内乳化剂直接嵌入分子链，一方面可通过嵌段结构改善产品的拉伸强度和延伸率，另一方面可在不影响产品的耐水性前提下增加乳化剂用量，显著降低乳液的粒径，有效改善修复材料的粘接强度，满足高强混凝土和超高强混凝土的裂缝的修复要求，故同时具有较高的延伸率，提高了基层混凝土抗开裂性，同时耐水性及耐候性优异。

本发明的水泥基防水材料的粘接强度高达3.4MPa，具有60％的断裂伸长率，其抗开裂效果好、耐候性好、补强作用好、且生产简单便捷，效率高，成本低，无污染，可量产。

本发明实施例中未尽之处，本领域技术人员均可从现有技术中选用。

以上公开的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以上述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料，其特征在于，所述防水材料由液料和粉料组成；其中，

所述液料由如下重量份的组分组成：丙烯酸丁酯20-40份，甲基丙烯酸2-5份，内乳化剂0.5-10份，叔碳酸乙烯酯5-20份，β-羧乙基丙烯酸酯10-20份，引发剂0.1-0.5份，偶联剂0.1-0.5份，硅溶胶2-10份，成膜助剂0.1-0.5，消泡剂0.1-0.5份，去离子水45-55份；所述引发剂为过硫酸钠、过氧化-3,5,5-三甲基乙酸叔丁酯及偶氮二异丁腈中的至少一种；所述内乳化剂为烯丙基聚氧丙烯醚、马来酸单十六醇酯丙基磺酸钠及聚乙烯醇中的至少一种；所述成膜助剂为伊斯曼生产的型号为Texanol、型号为OE300及丙二醇中的至少一种；所述消泡剂为毕克化学的型号为BYK-019、BYK-51及BYK-066N中的至少一种；

所述粉料由如下重量份的组分组成：水泥2-4份，石英砂0.5-1.5份，减水剂0.003-0.005份；

所述液料与所述粉料的重量比为1:1-2。

2.根据权利要求1所述的用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料，其特征在于，所述液料由如下重量份的组分组成：丙烯酸丁酯30-40份，甲基丙烯酸3-4份，内乳化剂4-7份，叔碳酸乙烯酯10-15份，β-羧乙基丙烯酸酯15-20份，引发剂0.2-0.3份，偶联剂0.2-0.3份，硅溶胶3-5份，成膜助剂0.3-0.5，消泡剂0.2-0.5份，去离子水45-55份。

3.根据权利要求1-2任一项所述的用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料，其特征在于，所述水泥为42.5硅酸盐水泥、52.5硅酸盐水泥、62.5硅酸盐水泥及72.5硅酸盐水泥中的至少一种；所述石英砂为40目石英砂、80目石英砂、120目石英砂及325目石英砂中的至少一种；所述减水剂为聚羧酸减水剂。

4.权利要求1-3任一项所述的用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

按液料和粉料配方准备各组分；

将去离子水、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、内乳化剂、叔碳酸乙烯酯、β-羧乙基丙烯酸酯、引发剂、偶联剂及硅溶胶混合反应后得到纳米乳液；

向所述纳米乳液中加入成膜助剂和消泡剂混合后得到所述液料；

将水泥、石英砂及减水剂混合得到所述粉料；

使用时，所述液料与所述粉料的重量配比为1:1-2。

5.根据权利要求4所述的用于修复混凝土裂缝的水泥基防水材料的制备方法，其特征在于，所述纳米乳液的制备方法具体为：

将水加入反应器，再将丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸及50％重量的内乳化剂作为A料滴加至反应器内，同时滴加引发剂水溶液；A料滴加结束后，将叔碳酸乙烯酯、β-羧乙基丙烯酸酯及剩余50％内乳化作为B料滴加至反应器内，B料滴加结束后进行第一次保温，保温结束后向反应器中滴加偶联剂和硅溶胶，滴加结束后进行第二次保温，保温结束后并降温得到的产物为所述纳米乳液。

6.权利要求1-3任一项所述的防水材料在修复混凝土裂缝中的应用。