CN109020619A - 一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及新型功能材料技术领域，公开了一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，由聚氨酯接枝丙烯酸乳液、3‑氨基丙基三乙氧基硅烷、聚乙二醇、防水剂等制备得到，该材料防水、防腐蚀性能优异，耐紫外性强，能够通过毛细孔逐渐渗透至混凝土内部，与混凝土基材中的羟基结合，形成透气阻外的硅酸盐凝胶产物，抑制水分侵入的同时保证了里外结构的稳定，并且大大提高了混凝土的强度，能够实现长期服役，制备得到的纳米二氧化硅微球负载锆材料，使得混凝土结构更加密实，防止裂纹的形成，与现有防水涂料产品相比较，防水耐腐蚀性能显著提高，裂纹数量明显降低。
Description
技术领域
本发明属于新型功能材料技术领域，具体涉及一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料。
背景技术
1756年，英国工程师J.斯米顿在研究某些石灰在水中硬化的特性时发现:要获得水硬性石灰，必须采用含有粘土的石灰石来烧制;用于水下建筑的砌筑砂浆，最理想的成分是由水硬性石灰和火山灰配成。这个重要的发现为近代水泥的研制和发展奠定了理论基础。
混凝土，是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水(可含外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。混凝土是当代最主要的土木工程材料之一。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。这些特点使其使用范围十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热工程等，混凝土也是重要的材料。
混凝土在实际使用中常常会出现耐久性差，出现劣化的问题，尤其是在潮湿和酸碱性环境中，与水分紧密接触后，侵蚀加重，对混凝土结构造成微结构的破坏，进一步的危害内部结构，造成钢筋锈蚀。现有的防治方法是在混凝土表面涂刷一层防水涂料，然而只能够起到阻止外部水分侵蚀，而内部水分向外排除时，又会破坏表面的防护涂层，涂层寿命得不到有效保障。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，与现有防水涂料产品相比较，防水耐腐蚀性能显著提高，裂纹数量明显降低。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，按照重量份计由以下成分制成：聚氨酯接枝丙烯酸乳液70-74份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷7-10份、聚乙二醇11-13份、防水剂1.0-1.1份、六偏磷酸钠0.45-0.50份、羧酸钠0.35-0.38份、乙二胺四乙酸0.25-0.30份、1,5-二甲基己胺0.20-0.23份、凡士林0.65-0.70份、水20-25份；所述防水剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15.5-15.8克正硅酸四乙酯，置于烧杯中，向烧杯中加入120-130毫升乙醇，加热至55-60℃，使用玻璃棒搅拌25-30分钟，倒入三口烧瓶中，在40-42℃恒温加热，800-850转/分钟速度搅拌下，滴加10-12毫升盐酸溶液，恒温搅拌反应50-60分钟，静置冷却至常温，密封放置33-36小时，得到凝胶液，向凝胶液中加入40-45毫升乙二醇，搅拌混合均匀，然后加入3.6-3.7克醋酸钠和4.5-4.6克氯化锆，使用磁力搅拌器搅拌30-35分钟，得到混合物料；
（2）将混合物料放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加压升温反应，设置反应压力为0.55-0.60MPa，反应温度为210-220℃，反应时间为7-8小时，反应结束后自然冷却至室温，将得到的产物使用去离子水和无水乙醇依次洗涤3-4次，然后在80-90℃烘箱中干燥5-6小时，得到纳米二氧化硅微球负载锆材料即为所述防水剂。
作为对上述方案的进一步描述，将所述制备得到的防水剂加入到聚氨酯接枝丙烯酸乳液中，并加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷和聚乙二醇，在38-40℃下恒温高速搅拌1.0-1.5小时，然后加入剩余重量份的物料在均质机中充分搅拌混合，加热升温至43-45℃，乳化反应2-3小时得到复合乳液即为所述防水材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述制备得到的防水材料黏度在270-280mpa·s之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述聚氨酯接枝丙烯酸乳液固含量在40-42%之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液pH值在3.4-3.6范围。
作为对上述方案的进一步描述，所述防水材料涂覆量为55-58克/平方米，涂覆后置于36-40℃下烘箱中干燥8-10小时，继续在干燥条件下室温养护4-5天即可。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有混凝土防护方法和材料性能不足的问题，本发明提供了一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，该材料防水、防腐蚀性能优异，耐紫外性强，能够通过毛细孔逐渐渗透至混凝土内部，与混凝土基材中的羟基结合，形成透气阻外的硅酸盐凝胶产物，抑制水分侵入的同时保证了里外结构的稳定，并且大大提高了混凝土的强度，能够实现长期服役，制备得到的纳米二氧化硅微球负载锆材料，使得混凝土结构更加密实，防止裂纹的形成，与现有防水涂料产品相比较，防水耐腐蚀性能显著提高，裂纹数量明显降低，本发明制备得到的适用于混凝土的耐腐蚀防水材料解决了现有混凝土防护方法和材料性能不足的问题，并具有较高的抗折、抗压强度，耐酸碱性、耐候性强，不受环境变化影响，兼顾了防水性能和耐久性能的提高，提高了有新材料的开发利用，能够实现提高混凝土综合性能以及扩展混凝土适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明所提供的技术方案。
实施例1
一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，按照重量份计由以下成分制成：聚氨酯接枝丙烯酸乳液70份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷7份、聚乙二醇11份、防水剂1.0份、六偏磷酸钠0.45份、羧酸钠0.35份、乙二胺四乙酸0.25份、1,5-二甲基己胺0.20份、凡士林0.65份、水20份；所述防水剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15.5克正硅酸四乙酯，置于烧杯中，向烧杯中加入120毫升乙醇，加热至55℃，使用玻璃棒搅拌25分钟，倒入三口烧瓶中，在40℃恒温加热，800转/分钟速度搅拌下，滴加10毫升盐酸溶液，恒温搅拌反应50分钟，静置冷却至常温，密封放置33小时，得到凝胶液，向凝胶液中加入40毫升乙二醇，搅拌混合均匀，然后加入3.6克醋酸钠和4.5克氯化锆，使用磁力搅拌器搅拌30分钟，得到混合物料；
（2）将混合物料放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加压升温反应，设置反应压力为0.55MPa，反应温度为210℃，反应时间为7小时，反应结束后自然冷却至室温，将得到的产物使用去离子水和无水乙醇依次洗涤3次，然后在80℃烘箱中干燥5小时，得到纳米二氧化硅微球负载锆材料即为所述防水剂。
作为对上述方案的进一步描述，将所述制备得到的防水剂加入到聚氨酯接枝丙烯酸乳液中，并加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷和聚乙二醇，在38℃下恒温高速搅拌1.0小时，然后加入剩余重量份的物料在均质机中充分搅拌混合，加热升温至43℃，乳化反应2小时得到复合乳液即为所述防水材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述制备得到的防水材料黏度在270-280mpa·s之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述聚氨酯接枝丙烯酸乳液固含量在40-42%之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液pH值在3.4-3.6范围。
作为对上述方案的进一步描述，所述防水材料涂覆量为55克/平方米，涂覆后置于36℃下烘箱中干燥8小时，继续在干燥条件下室温养护4天即可。
实施例2
一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，按照重量份计由以下成分制成：聚氨酯接枝丙烯酸乳液72份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷8.5份、聚乙二醇12份、防水剂1.05份、六偏磷酸钠0.47份、羧酸钠0.36份、乙二胺四乙酸0.27份、1,5-二甲基己胺0.21份、凡士林0.67份、水23份；所述防水剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15.6克正硅酸四乙酯，置于烧杯中，向烧杯中加入125毫升乙醇，加热至58℃，使用玻璃棒搅拌28分钟，倒入三口烧瓶中，在41℃恒温加热，830转/分钟速度搅拌下，滴加11毫升盐酸溶液，恒温搅拌反应55分钟，静置冷却至常温，密封放置34小时，得到凝胶液，向凝胶液中加入42毫升乙二醇，搅拌混合均匀，然后加入3.65克醋酸钠和4.55克氯化锆，使用磁力搅拌器搅拌33分钟，得到混合物料；
（2）将混合物料放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加压升温反应，设置反应压力为0.58MPa，反应温度为215℃，反应时间为7.5小时，反应结束后自然冷却至室温，将得到的产物使用去离子水和无水乙醇依次洗涤3次，然后在85℃烘箱中干燥5.5小时，得到纳米二氧化硅微球负载锆材料即为所述防水剂。
作为对上述方案的进一步描述，将所述制备得到的防水剂加入到聚氨酯接枝丙烯酸乳液中，并加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷和聚乙二醇，在39℃下恒温高速搅拌1.2小时，然后加入剩余重量份的物料在均质机中充分搅拌混合，加热升温至44℃，乳化反应2.5小时得到复合乳液即为所述防水材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述制备得到的防水材料黏度在270-280mpa·s之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述聚氨酯接枝丙烯酸乳液固含量在40-42%之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液pH值在3.4-3.6范围。
作为对上述方案的进一步描述，所述防水材料涂覆量为56克/平方米，涂覆后置于38℃下烘箱中干燥9小时，继续在干燥条件下室温养护4.5天即可。
实施例3
一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，按照重量份计由以下成分制成：聚氨酯接枝丙烯酸乳液74份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷10份、聚乙二醇13份、防水剂1.1份、六偏磷酸钠0.50份、羧酸钠0.38份、乙二胺四乙酸0.30份、1,5-二甲基己胺0.23份、凡士林0.70份、水25份；所述防水剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15.8克正硅酸四乙酯，置于烧杯中，向烧杯中加入130毫升乙醇，加热至60℃，使用玻璃棒搅拌30分钟，倒入三口烧瓶中，在42℃恒温加热，850转/分钟速度搅拌下，滴加12毫升盐酸溶液，恒温搅拌反应60分钟，静置冷却至常温，密封放置36小时，得到凝胶液，向凝胶液中加入45毫升乙二醇，搅拌混合均匀，然后加入3.7克醋酸钠和4.6克氯化锆，使用磁力搅拌器搅拌35分钟，得到混合物料；
（2）将混合物料放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加压升温反应，设置反应压力为0.60MPa，反应温度为220℃，反应时间为8小时，反应结束后自然冷却至室温，将得到的产物使用去离子水和无水乙醇依次洗涤4次，然后在90℃烘箱中干燥6小时，得到纳米二氧化硅微球负载锆材料即为所述防水剂。
作为对上述方案的进一步描述，将所述制备得到的防水剂加入到聚氨酯接枝丙烯酸乳液中，并加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷和聚乙二醇，在40℃下恒温高速搅拌1.5小时，然后加入剩余重量份的物料在均质机中充分搅拌混合，加热升温至45℃，乳化反应3小时得到复合乳液即为所述防水材料。
作为对上述方案的进一步描述，所述制备得到的防水材料黏度在270-280mpa·s之间。
作为对上述方案的进一步描述，所述聚氨酯接枝丙烯酸乳液固含量在40-42%之间。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述盐酸溶液pH值在3.4-3.6范围。
作为对上述方案的进一步描述，所述防水材料涂覆量为58克/平方米，涂覆后置于40℃下烘箱中干燥10小时，继续在干燥条件下室温养护5天即可。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略所述聚氨酯接枝丙烯酸乳液的添加，使用等量的丙烯酸乳液代替，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，省略所述3-氨基丙基三乙氧基硅烷的添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，省略所述防水剂的制备添加，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，防水剂制备中，省略步骤（1）中氯化锆的添加，其余保持一致。
对比例5
与实施例3的区别仅在于，防水剂制备中，步骤（2）中反应温度为240℃，反应时间为5小时，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-5的方法制备适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，以在混凝土表面涂覆丙烯酸乳液涂料的方法作为对照组，以相同厂家生产的硅酸盐水泥加工制备混凝土试块（长宽厚为20cm·10cm·5cm）作为试验对象，按照各组方法加工制备防水材料，外涂在混凝土试块表面，涂覆后使用保鲜膜覆盖7天，使得充分结合，做好标记作为试样（每组制备5个），进行各项性能测试，保持试验中无关变量一致，对制备得到的各组样品性能进行评估，统计有效平均值，结果如下表所示：
（耐酸性试验中，将试样使用质量浓度为15%的盐酸溶液浸泡，浸泡28天后取出，在50℃烘箱中烘干48小时，将盐酸侵蚀面向内打磨，打磨厚度为15毫米，得到磨粉用硝酸滴定法测量氯离子含量，计算氯离子含量占磨粉质量的比重作为氯离子浓度）
本发明制备得到的适用于混凝土的耐腐蚀防水材料解决了现有混凝土防护方法和材料性能不足的问题，并具有较高的抗折、抗压强度，耐酸碱性、耐候性强，不受环境变化影响，兼顾了防水性能和耐久性能的提高，提高了有新材料的开发利用，能够实现提高混凝土综合性能以及扩展混凝土适用领域的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
Claims (6)
1.一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，其特征在于，按照重量份计由以下成分制成：聚氨酯接枝丙烯酸乳液70-74份、3-氨基丙基三乙氧基硅烷7-10份、聚乙二醇11-13份、防水剂1.0-1.1份、六偏磷酸钠0.45-0.50份、羧酸钠0.35-0.38份、乙二胺四乙酸0.25-0.30份、1,5-二甲基己胺0.20-0.23份、凡士林0.65-0.70份、水20-25份；所述防水剂的制备方法包括以下步骤：
（1）称取15.5-15.8克正硅酸四乙酯，置于烧杯中，向烧杯中加入120-130毫升乙醇，加热至55-60℃，使用玻璃棒搅拌25-30分钟，倒入三口烧瓶中，在40-42℃恒温加热，800-850转/分钟速度搅拌下，滴加10-12毫升盐酸溶液，恒温搅拌反应50-60分钟，静置冷却至常温，密封放置33-36小时，得到凝胶液，向凝胶液中加入40-45毫升乙二醇，搅拌混合均匀，然后加入3.6-3.7克醋酸钠和4.5-4.6克氯化锆，使用磁力搅拌器搅拌30-35分钟，得到混合物料；
（2）将混合物料放入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，加压升温反应，设置反应压力为0.55-0.60MPa，反应温度为210-220℃，反应时间为7-8小时，反应结束后自然冷却至室温，将得到的产物使用去离子水和无水乙醇依次洗涤3-4次，然后在80-90℃烘箱中干燥5-6小时，得到纳米二氧化硅微球负载锆材料即为所述防水剂。
2.如权利要求1所述一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，其特征在于，将所述制备得到的防水剂加入到聚氨酯接枝丙烯酸乳液中，并加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷和聚乙二醇，在38-40℃下恒温高速搅拌1.0-1.5小时，然后加入剩余重量份的物料在均质机中充分搅拌混合，加热升温至43-45℃，乳化反应2-3小时得到复合乳液即为所述防水材料。
3.如权利要求1所述一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，其特征在于，所述制备得到的防水材料黏度在270-280mpa·s之间。
4.如权利要求1所述一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，其特征在于，所述聚氨酯接枝丙烯酸乳液固含量在40-42%之间。
5.如权利要求1所述一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，其特征在于，步骤（1）所述盐酸溶液pH值在3.4-3.6范围。
6.如权利要求1所述一种适用于混凝土的耐腐蚀防水材料，其特征在于，所述防水材料涂覆量为55-58克/平方米，涂覆后置于36-40℃下烘箱中干燥8-10小时，继续在干燥条件下室温养护4-5天即可。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication | ||
| WW01 | Invention patent application withdrawn after publication |
Application publication date: 20181218 |