CN109504254B

CN109504254B - 一种混凝土防腐材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109504254B
Application number: CN201811311431.4A
Authority: CN
Inventors: 王振军; 张含笑; 刘卓然; 何锐; 王笑风; 杨博; 郭豪彦
Original assignee: Changan University
Current assignee: Xi'an Sipai New Material Technology Co ltd
Priority date: 2018-11-06
Filing date: 2018-11-06
Publication date: 2020-10-09
Anticipated expiration: 2038-11-06
Also published as: CN109504254A

Abstract

本发明公开了一种混凝土防腐材料及其制备方法。所公开的混凝土防腐材料由以下原料制成：丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、乳化剂、氧化石墨烯、类水滑石、氢氧化钙、络合剂、碳纳米管、氮化硅晶须、偶联剂、光稳定剂和水。所公开的制备方法包括：将配方量的丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、乳化剂混合得到混合物A；将配方量的类水滑石、氢氧化钙、氮化硅晶须、偶联剂和水混合得到混合物B；将混合物A、混合物B和配方量的乙二胺四甲叉磷酸钠、巯基乙胺、光稳定剂、氧化石墨烯、碳纳米管混合得混凝土防腐材料。本发明的混凝土防腐材料具有良好的柔韧性、抗紫外老化性，与混凝土表面具有较好的粘结力。

Description

一种混凝土防腐材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土防护材料，具体涉及一种混凝土防腐材料及其制备方法。

背景技术

混凝土是土木工程中用量最大、应用最广的建筑类材料，在基础设施中起着举足轻重的作用。在复杂多变的环境条件下，混凝土结构不可避免地受到服役环境物理、化学和生物等综合作用，由于其是一种多孔性介质材料，腐蚀因子往往能够通过混凝土中的大小不一的孔隙，渗透于混凝土内部，对混凝土结构造成严重的腐蚀，安全性能和承载能力大幅降低，致使混凝土寿命明显缩短甚至出现结构急剧破坏，并带来严重的经济和社会问题。

目前采用的比较常规的方法是对混凝土表面涂层进行处理，使用树脂类涂料、低聚合度硅氧烷或有机/无机防腐薄膜进行防腐处理，阻止水气的渗入和水蒸气的透出，有效地降低氯离子、和水的渗透。

但在工程实践应用过程中发现，普通混凝土防腐材料与混凝土表面粘结性能差，且还存在韧性不足和抗紫外老化能力弱等问题，此外，防腐涂层与混凝土材料的热膨胀系数不同，当温度交替变化时，在二者之间的界面容易形成应力集中，使涂层疲劳老化，从而因界面破坏而产生剥落。所以，现有混凝土防腐材料很难改善和提高混凝土结构的耐久性，而且特别不适应于高寒高海拔及强高紫外线地区。

针对以上技术现状和混凝土结构易被腐蚀破坏等问题，亟需开发一种用于混凝土的耐酸碱腐蚀、抗疲劳和紫外老化，且能完善混凝土表面微结构的复合改性防腐涂层。

发明内容

针对现有技术的缺陷或不足，本发明提供了一种混凝土防腐材料。

本发明提供的混凝土防腐材料由以下原料组成：以质量分数计，丙烯酸羟丙酯8％～10％、醇酸树脂35％～42％、乳化剂2％～4％、氧化石墨烯0.02％～0.04％、类水滑石3％～5％、氢氧化钙1％～3％、络合剂0.055％～0.075％、碳纳米管0.07％～0.12％、氮化硅晶须0.2％～0.3％、偶联剂2％～3.5％、光稳定剂0.8％～1.2％、水40％～44％；所述的乳化剂为双乙酰酒石酸单双甘油酯、聚乙二醇双硬脂酸酯、十二烷基苯磺酸钠中的一种或者两种以上的混合；所述的络合剂为由乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺的混合物；所述的偶联剂为硼酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂KH-570中的两种或两种以上的混合；所述的光稳定剂为聚合型受阻哌啶紫外光稳定剂。

另一方面，本发明还提供了上述混凝土防腐材料的制备方法。

本发明所提供的混凝土防腐材料的制备方法包括：

1)将上述配方量的丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、乳化剂混合得到混合物A；

2)将上述配方量的类水滑石、氢氧化钙、氮化硅晶须、偶联剂和水混合得到混合物B；

3)将混合物A、混合物B和上述配方量的络合剂、光稳定剂、氧化石墨烯、碳纳米管混合得混凝土防腐材料。

优选的，本发明的方法包括：

1)将配方量的丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、乳化剂剪切混合得到混合物A；

2)将配方量的类水滑石、氢氧化钙、氮化硅晶须、偶联剂加入到水中搅拌混合得到混合物B；

3)将混合物A、配方量的络合剂、光稳定剂、氧化石墨烯、碳纳米管加入到混合物B中搅拌混合得混合物C；

4)将混合物C经超声处理得混凝土防腐材料。

本发明的混凝土防腐材料具有良好的柔韧性、抗紫外老化性，与混凝土表面具有较好的粘结力，能有效阻止水分等腐蚀因子渗透到混凝土内部，从而提高混凝土的耐酸碱腐蚀性，改善混凝土结构的耐久性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，需要说明的是本发明并不局限于以下实施例。

本发明中的各组分至少可发挥以下作用：

丙烯酸羟丙酯和醇酸树脂的掺入可使得醇酸树脂体系形成交联网状结构，提高涂层的抗疲劳开裂性能，且能改善与混凝土的界面粘结力；

氧化石墨烯、类水滑石和氢氧化钙在水溶液中偏碱性，激发水泥混凝土表面，二次反应，填充混凝土表面并紧密结合，封闭微小孔隙；

络合剂乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺及乳化剂的加入及超声分散仪可以促进无机填料氧化石墨烯、类水滑石、氢氧化钙、碳纳米管、氮化硅晶须的分散，促进氧化石墨烯和类水滑石向混凝土内部渗透，堵塞填充毛细孔并与水泥水化产物发生原位反应形成稳定的络合物，进一步完善混凝土表面的微结构，从而改善提高复合改性涂层的界面粘结力；

碳纳米管和氮化硅晶须一方面可以提高防腐涂层的表面光泽度，形成防腐涂层的加密骨架，进一步提高其韧性和变形能力，另一方面可形成多层的网状结构，延长雨水和介质渗入的通道，提高涂料的耐酸碱腐蚀能力；

聚合型受阻哌啶紫外光稳定剂的加入可以有效提高涂料的抗紫外老化性能；

偶联剂可以对无机填料进行表面改性，促进无机填料与有机物的结合，在利用超声分散仪和磁力搅拌器，进一步提高材料的相容性，将各类材料的性质发挥到最大化，制得最优的复合改性混凝土防腐材料。

本发明的制备原料可优选：丙烯酸羟丙酯密度为1.044g/mL，折射率：1.445，固含量≥30％；所述的醇酸树脂平均粒径为16.75nm，吸水率5.79％，附着力1级，表干时间1.5h～2h；所述的乳化剂HLB值7.0-9.0；所述的氧化石墨烯是由石墨烯通过Hummers氧化法制得，直径1～5μm，单层比＞99％，纯度＞99％，厚度为0.8～1.2nm；所述的类水滑石为白色微粉末状阴离子层状化合物，具有阴离子交换特性，颗粒大小为2～5μm，镁铝物质的质量比为3.5～5.0，密度为2.5g/cm³；所述的络合剂中乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺按质量分数为:(60～66)：(34～40)，其中乙二胺四甲叉磷酸钠为黄棕色透明液体，相对密度不小于1.25，活性组分为30.0～36％；巯基乙胺相对密度为0.934g，折射率1.5300，酸度系数8.35，纯度为96％；所述的碳纳米管由为羧基化多壁碳纳米管，管径为30～50nm，长度为20～50μm，含氧量为35.8％；所述的氮化硅晶须为β型结构，相对密度3.18，莫氏硬度9，拉伸强度13720Mpa，弹性模量382200Mpa；所述偶联剂中各组分的有效含量不小于99.6％，挥发分不大于0.2％。

实施例1：

本实施例给出的一种复合改性混凝土防腐材料，以重量百分数计，由以下原材料组成：丙烯酸羟丙酯10％、醇酸树脂35.235％、乳化剂4％、氧化石墨烯0.04％、类水滑石3％、氢氧化钙3％、络合剂0.055％、碳纳米管0.07％、氮化硅晶须0.3％、偶联剂3.5％、光稳定剂0.8％、水40％。

其中的乳化剂为双乙酰酒石酸单双甘油脂，偶联剂为硼酸酯偶联剂；丙烯酸羟丙酯密度为1.044g/mL，折射率：1.445，固含量≥30％；醇酸树脂平均粒径为16.75nm，吸水率5.79％，附着力1级，表干时间1.5h～2h；乳化剂HLB值7.0-9.0；氧化石墨烯是由石墨烯通过Hummers氧化法制得，直径1～5μm，单层比＞99％，纯度＞99％，厚度为0.8～1.2nm；类水滑石为白色微粉末状阴离子层状化合物，具有阴离子交换特性，颗粒大小为2～5μm，镁铝物质的质量比为3.5～5.0，密度为2.5g/cm³；络合剂中乙二胺四甲叉磷酸钠为黄棕色透明液体，相对密度不小于1.25，活性组分为30.0～36％；巯基乙胺相对密度为0.934g，折射率1.5300，酸度系数8.35，纯度为96％；碳纳米管由为羧基化多壁碳纳米管，管径为30～50nm，长度为20～50μm，含氧量为35.8％；氮化硅晶须为β型结构，相对密度3.18，莫氏硬度9，拉伸强度13720Mpa，弹性模量382200Mpa；偶联剂中组分的有效含量不小于99.6％，挥发分不大于0.2％。

其中络合剂中乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺按重量比为60:40。

上述一种复合改性混凝土防腐材料的制备方法，按照以下步骤执行：

步骤一、按上述原材料的质量配比分别称量各原材料，备用；

步骤二、将所述的丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、双乙酰酒石酸单双甘油脂在剪切机中以1200r/min速率剪切乳化2min得到混合物A，备用；

步骤三、将类水滑石、氢氧化钙、氮化硅晶须、偶联剂依次加入到水中，使用磁力搅拌器以800r/min的速率搅拌8～15min得到混合物B；

步骤四、将混合物A加入到混合物B中，并依次加入乙二胺四甲叉磷酸钠、巯基乙胺、光稳定剂、氧化石墨烯、碳纳米管，用玻璃棒搅拌10～20min制得混合物C；

步骤五、将混合物C放入KH-600KDE超声分散仪中超声分散2h，超声功率为600W，即制得所述的复合改性混凝土防腐材料。

实施例2：

本实施例给出的一种复合改性混凝土防腐材料，以重量百分数计，由以下原材料组成：丙烯酸羟丙酯8％、醇酸树脂42％、乳化剂2％、氧化石墨烯0.02％、类水滑石3％、氢氧化钙1％、络合剂0.055％、碳纳米管0.07％、氮化硅晶须0.2％、偶联剂2％、光稳定剂0.8％、水40.855％。

其中乳化剂为聚乙二醇双硬脂酸脂，偶联剂为铝酸酯偶联剂，络合剂由乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺按质量分数:66：34。

实施例3：

本实施例给出的一种复合改性混凝土防腐材料，以重量百分数计，由以下原材料组成：丙烯酸羟丙酯9％、醇酸树脂37.015％、乳化剂3％、氧化石墨烯0.03％、类水滑石4％、氢氧化钙2％、络合剂0.065％、碳纳米管0.09％、氮化硅晶须0.25％、偶联剂2.5％、光稳定剂0.95％、水41.1％；乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，偶联剂为硅烷偶联剂KH-570，络合剂由乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺按质量分数:63：37。

实施例4：

本实施例给出的一种复合改性混凝土防腐材料，以重量百分数计，由以下原材料组成：丙烯酸羟丙酯8.5％、醇酸树脂35％、乳化剂2.5％、氧化石墨烯0.02、类水滑石5％、氢氧化钙1.5％、络合剂0.06％、碳纳米管0.08％、氮化硅晶须0.24％、偶联剂2％、光稳定剂1.1％、水44％；乳化剂为双乙酰酒石酸单双甘油脂和聚乙二醇双硬脂酸脂，偶联剂为硼酸酯偶联剂，络合剂由乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺按质量分数:62：38。

对比例1：市售普通混凝土防腐材料

本对比例给出的普通混凝土防腐材料主要成分为河南森塔化工有限公司生产的ST-H06-5型双组份聚酰胺固化环氧底漆，固含量35％，表干时间30min。

将对比例1和实施例1～4制得的涂层材料分别等量涂抹于相同龄期相同强度的混凝土试件表面，并按照试验规程在相同条件下进行指标测试。

具体参数如表1所示。从表1可以看出本发明所得复合改性混凝土防腐材料较对比例1有显著的提升，抗紫外老化能力得以大幅改善，除实施例1出现1级老化外，其余实施例均为出现紫外老化现象，而对比例老化等级达到了4级，很好的体现了抗紫外老化作用。同时，本发明的抗渗性能也明显优于如对比例，吸水率不到1％，而对照组吸水率达到了7.12％。并且，实施例1～4中除实施例1在酸性条件下出现轻微的变色外，其余实施例的附着力、耐酸碱腐蚀等性能均满足规范要求且大幅度优于对比例。

综合来看，本发明的复合改性混凝土涂层性质均一稳定，外观良好，附着力均在规范要求范围内，耐酸碱性能优异，能有效阻止水分子渗入混凝土结构内，提高了混凝土结构的抗冻性和耐久性。同时，改复合改性混凝土涂层还具有抗紫外老化性能，能扩大混凝土结构的推广应用范围，对解决现有涂层和混凝土结构耐久性差、不耐老化等问题有较强的技术和经济优势。

表1样品的各项性能测试结果

Claims

1.一种混凝土防腐材料，其特征在于，所述混凝土防腐材料由以下原料制成：以质量分数计，丙烯酸羟丙酯8％～10％、醇酸树脂35％～42％、乳化剂2％～4％、氧化石墨烯0.02％～0.04％、类水滑石3％～5％、氢氧化钙1％～3％、络合剂0.055％～0.075％、碳纳米管0.07％～0.12％、氮化硅晶须0.2％～0.3％、偶联剂2％～3.5％、光稳定剂0.8％～1.2％、水40％～44％；所述乳化剂为双乙酰酒石酸单双甘油酯、聚乙二醇双硬脂酸酯、十二烷基苯磺酸钠中的一种或者两种以上的混合；所述络合剂为由乙二胺四甲叉磷酸钠和巯基乙胺的混合物；所述偶联剂为硼酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、硅烷偶联剂KH-570中的两种或两种以上的混合；所述光稳定剂为聚合型受阻哌啶紫外光稳定剂。

2.一种混凝土防腐材料的制备方法，其特征在于，方法包括：

1)将权利要求1所述配方量的丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、乳化剂混合得到混合物A；

2)将权利要求1所述配方量的类水滑石、氢氧化钙、氮化硅晶须、偶联剂和水混合得到混合物B；

3)将混合物A、混合物B和权利要求1所述配方量的络合剂、光稳定剂、氧化石墨烯、碳纳米管混合得混凝土防腐材料。

3.权利要求2所述混凝土防腐材料的制备方法，其特征在于，方法包括：

(1)将配方量的丙烯酸羟丙酯、醇酸树脂、乳化剂剪切混合得到混合物A；

(2)将配方量的类水滑石、氢氧化钙、氮化硅晶须、偶联剂加入到水中搅拌混合得到混合物B；

(3)将混合物A、配方量的络合剂、光稳定剂、氧化石墨烯、碳纳米管加入到混合物B中搅拌混合得混合物C；

(4)将混合物C经超声处理得混凝土防腐材料。