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Abstract

本发明公开了一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是，包括如下重量份的原料：水泥：30‑50份；硅酸钠：8‑20份；络合剂：2‑10份；粉末状有机酸：3‑6份；可再分散性乳胶粉：2‑8份；超支化聚合物：0.5‑4份；粉煤灰：10‑20份；矿粉：6‑12份；减水剂：0.1‑1.5份，其通过增加水泥基渗透结晶型防水材料的弹性，减少裂缝处的内应力，提高混凝土的抗压强度。

Description

一种水泥基渗透结晶型防水材料
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种水泥基渗透结晶型防水材料。
背景技术
盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。
管片采用钢筋混凝土结构作为主体，混凝土在使用过程中，容易受周围环境的物理、化学、生物作用，使混凝土内的某些成分发生反应变性、溶解析出、结晶膨胀及基体开裂等，从而造成混凝土性能的下降出现裂缝、剥离、剥落、蜂窝、漏水、钢筋外露、钢筋锈蚀、承载力不足等问题，不仅直接降低混凝土的性能，更主要的是它会加速混凝土中钢筋的锈蚀。
授权公告号为CN102167547A、授权公告日为2011年08月31日的中国专利公开了一种水泥基渗透结晶型防水材料，其以重量百分比计包括如下组分：水泥30-50％、膨胀剂5-10％、石英砂8-20％、矿物添加剂5-12％、减水剂20-35％、缓凝剂0.2-1.0％、结晶沉淀剂1-15％、络合剂1-12％、钙离子补偿剂1-13％、晶体生长剂0.1-1.0％。
现有技术的不足之处在于，现有的水泥基防水材料渗透后进行晶体生长从而填充混凝土中的微裂缝，目前的水泥基防水材料难以控制晶体生长的大小，而生长后的晶体又是刚性的，晶体生长以后会在裂缝中间形成内应力，降低混凝土的抗压强度。
发明内容
本发明的目的是提供一种水泥基渗透结晶型防水材料，其通过增加水泥基渗透结晶型防水材料的弹性，减少裂缝处的内应力，提高混凝土的抗压强度。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种水泥基渗透结晶型防水材料，包括如下重量份的原料：水泥：30-50份；硅酸钠：8-20份；络合剂：2-10份；粉末状有机酸：3-6份；可再分散性乳胶粉：2-8份；超支化聚合物：0.5-4份；粉煤灰：10-20份；矿粉：6-12份；减水剂：0.1-1.5份。
采用上述技术方案，水泥是该水泥基渗透结晶型防水材料的基体，用于提高与待修补的混凝土基体的粘接性，硅酸钠是该水泥基渗透结晶型防水材料的主要活性物质，其作用分为三部分，一部分硅酸钠直接与混凝土内部的钙离子发生化学反应，直接生成不溶性结晶物；络合物能够和混凝土中的钙离子发生络合反应，形成可溶性的络合物，在混凝土内部迁移和渗透，渗透到一定深度后，与另一部分的硅酸钠发生离子交换反应，生成硅酸钙结晶，络合剂重新恢复活性，可继续与混凝土中的钙离子络合；最后一部分的硅酸钠与溶解后的粉末状有机酸发生反应，生成交联网状的硅胶弹性体，有利于提高裂缝处的弹性，有效缓解内应力，从而提高混凝土的整体抗压强度。可再分散性乳胶粉是一种水溶性乳胶粉末，溶于水后渗透到混凝土裂缝内部，当水分蒸发，重新形成弹性体填充在裂缝中，有效缓解内应力，从而提高混凝土的整体抗压强度。超支化聚合物的分子具有类似球形的紧凑结构，流体力学回转半径小，分子链缠结少，所以粘度较小，而且分子中带有许多羟基、羧基等端基，有效提高可再分散性乳胶粉的流动性和分散性，从而有利于辅助可分散性乳胶粉提高修复后的混凝土的抗压强度。
进一步优选为：包括如下重量份的原料：水泥：30-50份；硅酸钠：10-15份；络合剂：5-8份；粉末状有机酸：5-6份；可再分散性乳胶粉：4-6份；超支化聚合物：1-1.5份；粉煤灰：12-15份；矿粉：6-10份；减水剂：1-1.5份。
进一步优选为：包括如下重量份的原料：水泥：40份；硅酸钠：13份；络合剂：6份；粉末状有机酸：5份；可再分散性乳胶粉：6份；超支化聚合物：1.5份；粉煤灰：14份；矿粉：8份；减水剂：0.8份。
进一步优选为：硅酸钠的分子式为SiO2·nNa2O·H2O，n的取值范围为2.5-3。
进一步优选为：络合剂为EDTA、柠檬酸和草酸中的至少一种。
进一步优选为：粉末状有机酸为柠檬酸、苯甲酸、EDTA、富马酸中的至少一种。
进一步优选为：可再分散性乳胶粉为VAE胶粉。
进一步优选为：超支化聚合物为端羟基超支化聚酯，所述超支化聚合物的羟基数为10-12/mol，羟值为600mg·KOH/g，酸值<20mg·KOH/g，分子量为1100g/mol。
进一步优选为：可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的添加质量比为4:1。
综上所述，本发明具有以下有益效果：1、硅酸钠是该水泥基渗透结晶型防水材料的主要活性物质，其作用分为三部分，一部分硅酸钠直接与混凝土内部的钙离子发生化学反应，直接生成不溶性结晶物；络合物能够和混凝土中的钙离子发生络合反应，形成可溶性的络合物，在混凝土内部迁移和渗透，渗透到一定深度后，与另一部分的硅酸钠发生离子交换反应，生成硅酸钙结晶，络合剂重新恢复活性，可继续与混凝土中的钙离子络合；最后一部分的硅酸钠与溶解后的粉末状有机酸发生反应，生成交联网状的硅胶弹性体，有利于提高裂缝处的弹性，有效缓解内应力，从而提高混凝土的整体抗压强度；2、可再分散性乳胶粉是一种水溶性乳胶粉末，溶于水后渗透到混凝土裂缝内部，当水分蒸发，重新形成弹性体填充在裂缝中，有效缓解内应力，从而提高混凝土的整体抗压强度；超支化聚合物可有效提高可再分散性乳胶粉的流动性和分散性，从而有利于辅助可分散性乳胶粉提高修复后的混凝土的抗压强度；3、优化了可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的添加比例以及整体配方，使得可分散性乳胶粉对抗压强度的增强效果达到最优。
具体实施方式
以下对本发明作进一步详细说明。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的保护范围内都受到专利法的保护。
实施例1：一种水泥基渗透结晶型防水材料，包括如下重量份的原料：水泥：40份；硅酸钠：13份；络合剂：6份；粉末状有机酸：5份；可再分散性乳胶粉：6份；超支化聚合物：1.5份；粉煤灰：14份；矿粉：8份；减水剂：0.8份。
其中，水泥为硅酸盐水泥；硅酸钠的分子式为SiO2·nNa2O·H2O，n的取值为2.8；络合剂为EDTA，粉末状有机酸为柠檬酸；可再分散性乳胶粉为VAE粉，超支化聚合物为端羟基超支化聚酯，超支化聚合物的羟基数为10-12/mol，羟值为600mg·KOH/g，酸值<20mg·KOH/g，分子量为1100g/mol；矿粉为S95矿粉；减水剂选用木质素磺酸盐减水剂。
实施例2-5：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，各组分相同，仅含量不同。实施例1-5的组分和含量参见表1。
表1实施例1-5的组分和含量表
实施例6-15：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，各组分相同，仅可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的含量不同。实施例6-15的组分和含量参见表2。
表2实施例6-15的组分和含量表
实施例16：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，硅酸钠的分子式为SiO2·nNa2O·H2O，n的取值为2.5。
实施例17：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，硅酸钠的分子式为SiO2·nNa2O·H2O，n的取值为3。
实施例18：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，络合剂为柠檬酸。
实施例19：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，络合剂为柠檬酸。
实施例20：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，络合剂为草酸。
实施例21：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，粉末状有机酸为苯甲酸。
实施例22：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，粉末状有机酸为EDTA。
实施例23：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，粉末状有机酸为富马酸。
实施例24：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，超支化聚合物为端羟基超支化聚酯，超支化聚合物的羟基数为20-24/mol，羟值为560mg·KOH/g，酸值<25mg·KOH/g，分子量为2400g/mol。
试验部分：
制作如下对比例用于和实施例对比。
对比例1：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，不添加超支化聚合物。
对比例2：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，不添加可分散性乳胶粉。
对比例3：一种水泥基渗透结晶型防水材料，与实施例1的区别在于，不添加粉末状有机酸。
修复前后的混凝土抗压性能试验：
(1)试验样品：实施例1-15、对比例1-3；肉眼观测，选择裂缝程度比较接近的相同型号的废弃管片，每个管片上均匀选择5×5的点阵，用混凝土回弹仪测试其抗压强度，计算平均值。选择抗压强度最为接近的54个管片作为测试对象。将54个管片按照平均抗压强度从低到高依次排列，分别从排在1-18、19-36、37-54位的管片中取出1个合为一组，以此类推，每组三个，共18组，对应18个试验样品。将试验样品与水按照5:2的比例混配均匀后待用；
(2)试验过程：a、修补前，首先对裂缝处混凝土表面进行预处理，除去基层表面上的浮灰、水泥浮浆、返霜、油渍和污垢等物，并用水冲洗干净；对于表面上的突起、疙瘩以及起壳、分层等疏松部位，应将其铲除，并用水冲洗干净；对表面上的蜂窝、麻面的松动石子应剔除，然后用水充分浸透基层混凝土；b、用半硬的鬃毛刷子或尼龙刷子将水泥基渗透结晶型防水材料采用圆形涂刷方法，均匀涂到经处理的管片表面，管片经过8h的静放干燥；c、在管片满足进养护池的条件后，立即将管片驳运至养护池进行7天水养护。在驳运和下池过程中注意操作，防止人为的因素损伤管片。管入池时需注意管片与水的温度差不得大于20℃；在水中养护时，管片必须全部浸没水中；吊入水池前必须对有螺纹的预埋件涂嵌黄油或加闷盖，以免产生埋件锈蚀或被腐蚀等现象。在管片从水池中吊出后，放在堆场上连续7天保湿养护；d、养护完成后，取相同位置的5×5的点阵，用混凝土回弹仪测试其抗压强度，计算平均值；e、计算管片抗压强度的增长率，抗压强度增长率＝(修复后抗压强度-修复前抗压强度)/修复前抗压强度×100％；
(3)试验结果：试验结果如表3所示。
表3修复前后的混凝土抗压性能试验结果
对比实施例1和对比例1-3的结果可知，可再分散性乳胶粉对提高修补后的混凝土的抗压强度具有关键性的作用，超支化聚合物起到辅助提高混凝土的抗压强度的作用将两者联合使用，能够大大提高修补裂缝后的混凝土的抗压强度。粉末状态有机酸同样对提高修补后的混凝土的强度具有一定作用，但提高效果没有前两者的联合效果好。
对比实施例1和实施例6-8的试验结果可知，在保持可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的比例为4:1的条件下，随着再分散性乳胶粉和超支化聚合物添加量的增加，抗压强度增长率呈现先增大后减小的趋势，分析原因是随着可分散性乳胶粉和超支化聚合物添加量的增加，对裂缝进行了修补，裂缝处的弹性体含量增多，有利于减少内应力的产生，从而提高混凝土的抗压强度，随着弹性体含量的进一步增加，裂缝处的水泥基渗透结晶型防水材料本身强度降低，从而导致混凝土的强度增长率反而降低。
对比实施例1和实施例9-15的结果可知，采用控制其中一个组分的添加量不变的方法调节可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的比例，结果发现，不论保持哪种组分的添加量不变，随着可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的比例的增大，抗压强度增长率均呈现先增大后减小的趋势，其中可再分散性乳胶粉含量变化对抗压强度增长率的影响更大，再一次表明了可再分散性乳胶粉对提高混凝土的抗压强度起主导作用，而超支化聚合物其辅助作用。
对比实施例1-5的试验结果可知，采用实施例1的配方时，该水泥基渗透结晶型防水材料具有最高的抗压强度增长率，为最优配方。

Claims (9)

1.一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是，包括如下重量份的原料： 水泥：30-50份；硅酸钠：8-20份；络合剂：2-10份；粉末状有机酸：3-6份；可再分散性乳胶粉：2-8份；超支化聚合物：0.5-4份；粉煤灰：10-20份；矿粉：6-12份；减水剂：0.1-1.5份。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是，包括如下重量份的原料： 水泥：30-50份；硅酸钠：10-15份；络合剂：5-8份；粉末状有机酸：5-6份；可再分散性乳胶粉：4-6份；超支化聚合物：1-1.5份；粉煤灰：12-15份；矿粉：6-10份；减水剂：1-1.5份。
3.根据权利要求2所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是，包括如下重量份的原料： 水泥：40份；硅酸钠：13份；络合剂：6份；粉末状有机酸：5份；可再分散性乳胶粉：6份；超支化聚合物：1.5份；粉煤灰：14份；矿粉：8份；减水剂：0.8份。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是：所述硅酸钠的分子式为SiO2·nNa2O·H2O，所述n的取值范围为2.5-3。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是：所述络合剂为EDTA、柠檬酸和草酸中的至少一种。
6.根据权利要求1或2或3所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是：所述粉末状有机酸为柠檬酸、苯甲酸、EDTA、富马酸中的至少一种。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是：所述可再分散性乳胶粉为VAE胶粉。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是：所述超支化聚合物为端羟基超支化聚酯，所述超支化聚合物的羟基数为10-12/mol，羟值为600mg·KOH/g，酸值<20mg·KOH/g，分子量为1100g/mol。
9.根据权利要求1或2所述的一种水泥基渗透结晶型防水材料，其特征是：所述可再分散性乳胶粉和超支化聚合物的添加质量比为4:1。
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