CN109879634A - 一种防水密实剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防水密实剂的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。本发明以大豆为原料制得豆浆和豆粕，将其投入胃蛋白酶制得酶解液，将混合反应液与酶解液混合搅拌、浓缩干燥制得改性粘结剂，最后将改性粘结剂、硅砂等物料混合均匀即得防水密实剂，本发明中多肽成分在高温以及碱液环境中能够打开肽链生成大量的氨基和羧基等物质，将金属离子牢固黏附于植物纤维结构中，提高水泥固化后的力学强度，豆粕经过酸液浸泡和高温高压水解，分解生成氨基酸、多肽等物质，有助于防水密实剂在水泥固化过程中加强各成分之间的交联程度，氧化铝填充植物纤维管，增强了致密性，达到提高防渗透能力的目的，具有广阔的应用前景。

Description

一种防水密实剂的制备方法

技术领域

本发明涉及一种防水密实剂的制备方法，属于建筑材料制备技术领域。

背景技术

在经济快速发展的今天，城市规模不断扩大，随着现代混凝土工程技术的不断提高，不可避免地暴露出了一些问题，如：有些大坝、桥面板在浇筑后2～3d内就出现了贯穿性裂缝，许多现浇梁、板在刚拆除模板甚至浇筑后6～12h内就出现了不同程度的裂缝，开裂主要是由非受力变形变化引起的，即由温度应力和混凝土的收缩等非受力变形引起的。因此，通过控制混凝土早期体积收缩来减小混凝土早期开裂风险，对于改善混凝土长期耐久性能具有重要意义。

目前，提高水泥构筑物耐久性的传统方法是：在表面涂刷防水涂料，使用年限最多为3～5年；采用外防护卷材，使用年限最多为5～8年，均不是最佳方法。而在混凝土拌合过程中加入防水密实剂，能提高硬化混凝土的抗渗性和抗开裂性。密实剂是一种新一代特种混凝土密实材料，是由多种富含水泥活性、强化成分的无机盐料，经过科学的技术工艺复配而成。密实剂能有效阻止水分子渗透，提高混凝土抗渗性能，同时能够提高混凝土强度，具有抗渗性能好、耐碱酸、耐高低温、氯离子含量低、无味、无毒、无污染、对钢筋无腐蚀等特点，在防止混凝土水分渗透中具有重要作用，实际工程中应用广泛。

我国目前的防水密实剂产品种类较多，有无机防水密实剂、有机防水密实剂和复合防水密实剂。其中无机防水密实剂主要包括氯盐类、水玻璃系（硅酸钠类）、铝盐类等。水玻璃系（硅酸钠类）防水密实剂多以水玻璃为基料辅以硫酸铜、硫酸铝钾等配置而成油状液体，主要是利用硅酸钠与水泥水化产物氢氧化钙生成不溶性硅酸钙，堵塞毛细通道，提高水泥密实性；无机铝盐防水密实剂多以铝盐和碳酸钙为主要原料，辅以多种无机盐，掺量一般为水泥用量的3%～5%。有机类防水密实剂通常是表面活性剂，主要有甲基硅醇钠、氟硅醇钠、三乙醇胺类、皂类等。

现有技术中的防水密实剂虽能有效的提高混凝土的抗渗性，但还存在一些缺陷：如：无机盐防水密实剂不仅可能锈蚀钢筋，而且后期防水效果不好；有机类防水密实剂剂由于具有引气作用，对混凝土强度有不良影响；而复合型防水剂虽然在作用上结合了无机防水材料好有机防水材料的特点，但目前的产品类型多样性少，对使用环境要求高。在工程应用中，多数防水密实剂会加大收缩，而收缩过大又是引起混凝土开裂的主要原因之一。随着防水密实剂掺入量的增加，强度会降低，并且其长期浸渍的情况下防水性也会降低，且由于三乙醇胺用量不当，易对混凝土后期硬化性能造成严重危害，氯化铁则对内部钢筋有腐蚀作用，已被限制使用。此外，现有的混凝土防水密实剂由于其配方上存在一定的不科学性，加入混凝土后其抗渗性和抗开裂性等不甚理想，难以达到工程使用防水密实剂的技术要求。

因此，发明出一种能够解决上述问题的防水密实剂具有十分重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对目前的防水密实剂使水泥的结构强度下降，防水、防渗透能力不足的缺陷，提供了一种防水密实剂的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

防水密实剂的具体制备步骤为：

将改性粘结剂、硝酸铝、硅砂投入共混机中混合均匀制得混合改性剂，将氢氧化钠和水投入反应釜中制得预制溶液，将反应釜内温度升高至70～80℃，向反应釜中加入预制溶液质量10～15%的混合改性剂，搅拌均匀即得防水密实剂；

改性粘结剂的具体制备步骤为：

（1）将热处理反应液与氯化铝粉末投入锥形瓶中，向锥形瓶中滴加质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为32～36kHz的条件下振荡2～3h，振荡后将锥形瓶置于电阻加热套中，升高加热套温度至100～110℃，恒温静置100～120min，制得混合反应液；

（2）将混合反应液与酶解液 投入反应釜中混合均匀，向反应釜中滴加质量分数为6～8%的盐酸调节pH值至中性，将反应釜内物料投入高速分散仪中，在转速为1200～1300r/min的条件下混合搅拌30～40min，搅拌后置于真空干燥箱中，在真空度为50～100Pa和温度为50～60℃的条件下干燥10～12h制得改性粘结剂；

热处理反应液的具体制备步骤为：

（1）将大豆与蒸馏水投入研磨机中，研磨后固液分离分离得到豆浆和豆粕，将豆浆投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，升高加热套温度至90～100℃，恒温加热80～100min，制得混合浆液，将混合浆液冷却至25～28℃，向烧杯中加入胃蛋白酶，在此温度条件下静置4～6h制得酶解液；

（2）将豆粕与质量分数为6～10%的盐酸投入烧瓶中，将烧瓶置于水浴温度为40～50℃的水浴锅中，密封三口烧瓶并用搅拌器以400～500r/min的转速混合搅拌40～50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次；

（3）将滤渣与去离子水投入反应釜中，向反应釜内充入氮气，升高反应釜内气压至1.2～1.6MPa，升高反应釜内温度至180～200℃，在此温度和气压条件下用搅拌器以500～600r/min的转速混合搅拌60～80min，制得热处理反应液。

优选的按重量份数计，改性粘结剂为12～14份、硝酸铝为0.8～1.0份、硅砂为3～4份。

氢氧化钠和水的质量比为1：50。

改性粘结剂的具体制备步骤（1）中热处理反应液与氯化铝粉末的质量比为20:1。

改性粘结剂的具体制备步骤（2）中混合反应液与酶解液的质量比为1:5 。

热处理反应液的具体制备步骤（1）中大豆与蒸馏水的质量比为1:5，向烧杯中加入的胃蛋白酶的质量为混合浆液质量的2～4%。

热处理反应液的具体制备步骤（2）中豆粕与质量分数为6～10%的盐酸的质量为1:8。

热处理反应液的具体制备步骤（3）中滤渣与去离子水的质量比为1:5。

本发明的有益技术效果是：

（1）本发明首先将大豆与蒸馏水混合、研磨分离得到豆浆和豆粕，随后将豆浆升温加热，加热后冷却向其中投入胃蛋白酶制得酶解液，然后将豆粕与盐酸混合反应，反应后过滤得到滤渣，再将滤渣投入水中进行高温高压处理得到热处理反应液，向热处理反应液中添加氯化铝粉末，调节pH值至碱性后振荡制得混合反应液，然后将混合反应液与酶解液混合搅拌、浓缩干燥制得改性粘结剂，最后将改性粘结剂、硅砂等物料混合，再投入热碱溶液中混合均匀即得防水密实剂，本发明从大豆中提取大豆蛋白，经过生物质酶酶解使蛋白质分解生成多肽等物质，多肽成分在随后的高温以及碱液环境中能够打开肽链生成大量的氨基和羧基等物质，有利于与豆粕中提取的植物纤维形成氢键和共价键吸附，并利用羧基络合铝离子，使金属离子牢固黏附于植物纤维结构中，植物纤维能够有效提高水泥固化后的力学强度，同时多肽成分能够与水泥中各成分之间形成大量的化学键合力吸附作用，使水泥在固化过程中经过防水密实剂的作用加强内部空间交联结构强度，从而避免水泥强度下降和易开裂的现象；

（2）本发明从豆粕中提取植物纤维、纤维素等成分，经过酸液浸泡和高温高压处理，使部分植物纤维分解生成碳链较短的糖类有机物，同时豆粕中蛋白质含量丰富，经过酸液浸泡和高温高压水解，分解生成氨基酸、多肽等物质，有助于防水密实剂在水泥固化过程中加强各成分之间的交联程度，使水泥的力学强度得到提高，本发明还将铝离子引入植物纤维中，利用络合作用吸附于植物纤维结构中，经过碱液反应和高温水煮在植物纤维结构中生成氧化铝成分，氧化铝填充植物纤维管，植物纤维表面具有丰富的有机自由基团粘结水泥各结构成分，增强致密性，以提高防渗透能力，氧化铝在水泥中形成薄膜也有助于隔离水分，再次提高防渗水效果，具有广阔的应用前景。

具体实施方式

将大豆与蒸馏水按质量比1:5投入研磨机中，研磨后固液分离分离得到豆浆和豆粕，将豆浆投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，升高加热套温度至90～100℃，恒温加热80～100min，制得混合浆液，将混合浆液冷却至25～28℃，向烧杯中加入混合浆液质量2～4%的胃蛋白酶，在此温度条件下静置4～6h制得酶解液，备用；将上述豆粕与质量分数为6～10%的盐酸按质量比为1:8投入烧瓶中，将烧瓶置于水浴温度为40～50℃的水浴锅中，密封三口烧瓶并用搅拌器以400～500r/min的转速混合搅拌40～50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次；将上述滤渣与去离子水按质量比1:5投入反应釜中，向反应釜内充入氮气，升高反应釜内气压至1.2～1.6MPa，升高反应釜内温度至180～200℃，在此温度和气压条件下用搅拌器以500～600r/min的转速混合搅拌60～80min，制得热处理反应液；将上述热处理反应液与氯化铝粉末按质量比20:1投入锥形瓶中，向锥形瓶中滴加质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为32～36kHz的条件下振荡2～3h，振荡后将锥形瓶置于电阻加热套中，升高加热套温度至100～110℃，恒温静置100～120min，制得混合反应液；将上述混合反应液与备用的酶解液按质量比1:5 投入反应釜中混合均匀，向反应釜中滴加质量分数为6～8%的盐酸调节pH值至中性，将反应釜内物料投入高速分散仪中，在转速为1200～1300r/min的条件下混合搅拌30～40min，搅拌后置于真空干燥箱中，在真空度为50～100Pa和温度为50～60℃的条件下干燥10～12h制得改性粘结剂；按重量份数计，将12～14份上述改性粘结剂、0.8～1.0份硝酸铝、3～4份硅砂投入共混机中混合均匀制得混合改性剂，将氢氧化钠和水按质量比1:50投入反应釜中制得预制溶液，将反应釜内温度升高至70～80℃，向反应釜中加入预制溶液质量10～15%的混合改性剂，搅拌均匀即得防水密实剂。

实施例1

酶解液的制备：

将大豆与蒸馏水按质量比1:5投入研磨机中，研磨后固液分离分离得到豆浆和豆粕，将豆浆投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，升高加热套温度至90℃，恒温加热80min，制得混合浆液，将混合浆液冷却至25℃，向烧杯中加入混合浆液质量2%的胃蛋白酶，在此温度条件下静置4h制得酶解液，备用。

热处理反应液的制备：

将上述豆粕与质量分数为6%的盐酸按质量比为1:8投入烧瓶中，将烧瓶置于水浴温度为40℃的水浴锅中，密封三口烧瓶并用搅拌器以400r/min的转速混合搅拌40min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3次；将上述滤渣与去离子水按质量比1:5投入反应釜中，向反应釜内充入氮气，升高反应釜内气压至1.2MPa，升高反应釜内温度至180℃，在此温度和气压条件下用搅拌器以500r/min的转速混合搅拌60min，制得热处理反应液。

混合反应液的制备：

将上述热处理反应液与氯化铝粉末按质量比20:1投入锥形瓶中，向锥形瓶中滴加质量分数为8%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为32kHz的条件下振荡2h，振荡后将锥形瓶置于电阻加热套中，升高加热套温度至100℃，恒温静置100min，制得混合反应液。

改性粘结剂的制备：

将上述混合反应液与备用的酶解液按质量比1:5 投入反应釜中混合均匀，向反应釜中滴加质量分数为6%的盐酸调节pH值至中性，将反应釜内物料投入高速分散仪中，在转速为1200r/min的条件下混合搅拌30min，搅拌后置于真空干燥箱中，在真空度为50Pa和温度为50℃的条件下干燥10h制得改性粘结剂。

防水密实剂的制备：

按重量份数计，将12份上述改性粘结剂、0.8份硝酸铝、3份硅砂投入共混机中混合均匀制得混合改性剂，将氢氧化钠和水按质量比1:50投入反应釜中制得预制溶液，将反应釜内温度升高至70℃，向反应釜中加入预制溶液质量10～15%的混合改性剂，搅拌均匀即得防水密实剂。

实施例2

酶解液的制备：

将大豆与蒸馏水按质量比1:5投入研磨机中，研磨后固液分离分离得到豆浆和豆粕，将豆浆投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，升高加热套温度至95℃，恒温加热90min，制得混合浆液，将混合浆液冷却至26℃，向烧杯中加入混合浆液质量3%的胃蛋白酶，在此温度条件下静置5h制得酶解液，备用。

热处理反应液的制备：

将上述豆粕与质量分数为8%的盐酸按质量比为1:8投入烧瓶中，将烧瓶置于水浴温度为45℃的水浴锅中，密封三口烧瓶并用搅拌器以450r/min的转速混合搅拌45min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣4次；将上述滤渣与去离子水按质量比1:5投入反应釜中，向反应釜内充入氮气，升高反应釜内气压至1.4MPa，升高反应釜内温度至190℃，在此温度和气压条件下用搅拌器以550r/min的转速混合搅拌70min，制得热处理反应液。

混合反应液的制备：

将上述热处理反应液与氯化铝粉末按质量比20:1投入锥形瓶中，向锥形瓶中滴加质量分数为10%的氢氧化钠溶液调节pH值至11，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为34kHz的条件下振荡2h，振荡后将锥形瓶置于电阻加热套中，升高加热套温度至105℃，恒温静置110min，制得混合反应液。

改性粘结剂的制备：

将上述混合反应液与备用的酶解液按质量比1:5 投入反应釜中混合均匀，向反应釜中滴加质量分数为7%的盐酸调节pH值至中性，将反应釜内物料投入高速分散仪中，在转速为1250r/min的条件下混合搅拌35min，搅拌后置于真空干燥箱中，在真空度为80Pa和温度为55℃的条件下干燥11h制得改性粘结剂。

防水密实剂的制备：

按重量份数计，将13份上述改性粘结剂、0.9份硝酸铝、3份硅砂投入共混机中混合均匀制得混合改性剂，将氢氧化钠和水按质量比1:50投入反应釜中制得预制溶液，将反应釜内温度升高至75℃，向反应釜中加入预制溶液质量13%的混合改性剂，搅拌均匀即得防水密实剂。

实施例3

酶解液的制备：

将大豆与蒸馏水按质量比1:5投入研磨机中，研磨后固液分离分离得到豆浆和豆粕，将豆浆投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，升高加热套温度至100℃，恒温加热100min，制得混合浆液，将混合浆液冷却至28℃，向烧杯中加入混合浆液质量4%的胃蛋白酶，在此温度条件下静置6h制得酶解液，备用。

热处理反应液的制备：

将上述豆粕与质量分数为10%的盐酸按质量比为1:8投入烧瓶中，将烧瓶置于水浴温度为50℃的水浴锅中，密封三口烧瓶并用搅拌器以500r/min的转速混合搅拌50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣5次；将上述滤渣与去离子水按质量比1:5投入反应釜中，向反应釜内充入氮气，升高反应釜内气压至1.6MPa，升高反应釜内温度至200℃，在此温度和气压条件下用搅拌器以600r/min的转速混合搅拌80min，制得热处理反应液。

混合反应液的制备：

将上述热处理反应液与氯化铝粉末按质量比20:1投入锥形瓶中，向锥形瓶中滴加质量分数为12%的氢氧化钠溶液调节pH值至12，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为36kHz的条件下振荡3h，振荡后将锥形瓶置于电阻加热套中，升高加热套温度至110℃，恒温静置120min，制得混合反应液。

改性粘结剂的制备：

将上述混合反应液与备用的酶解液按质量比1:5 投入反应釜中混合均匀，向反应釜中滴加质量分数为8%的盐酸调节pH值至中性，将反应釜内物料投入高速分散仪中，在转速为1300r/min的条件下混合搅拌40min，搅拌后置于真空干燥箱中，在真空度为100Pa和温度为60℃的条件下干燥12h制得改性粘结剂。

防水密实剂的制备：

按重量份数计，将14份上述改性粘结剂、1.0份硝酸铝、4份硅砂投入共混机中混合均匀制得混合改性剂，将氢氧化钠和水按质量比1:50投入反应釜中制得预制溶液，将反应釜内温度升高至80℃，向反应釜中加入预制溶液质量15%的混合改性剂，搅拌均匀即得防水密实剂。

对比例1：与实例1的制备方法基本相同，唯有不同的是未加入酶解液。

对比例2：与实例2的制备方法基本相同，唯有不同的是未加入改性粘结剂。

对比例3：南京市某公司生产的防水密实剂。

对本发明制得的防水密实剂和对比例中的防水密实剂进行检测，检测结果如表1所示：

抗压强度测试

按照标准GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》，用万能压力试验机测试基准样7天和28天抗压强度。

抗渗性能测试

砂浆透水压力比：是指受检砂浆抗渗压力与基准砂浆抗渗压力之比。

砼渗透高度比：是指受检混凝土抗渗高度与基准混凝土抗渗高度之比。

48h吸水量比：是指受检砂浆的吸水量与基准砂浆的吸水量之比。

表1性能测定结果

由表1数据可知，本发明制得的防水密实剂，显著提高了混凝土抗折和抗压强度，并具有膨胀补偿作用，提高密实度，减少裂缝产生，提高抗水渗透性，且易于浇筑，施工快速，减少现场人力，提高劳动生产率，效果良好，降低工程费用，适合大面积推广与使用，具有广阔的使用前景。

Claims (8)

1.一种防水密实剂的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：

将改性粘结剂、硝酸铝、硅砂投入共混机中混合均匀制得混合改性剂，将氢氧化钠和水投入反应釜中制得预制溶液，将反应釜内温度升高至70～80℃，向反应釜中加入预制溶液质量10～15%的混合改性剂，搅拌均匀即得防水密实剂；

所述的改性粘结剂的具体制备步骤为：

（1）将热处理反应液与氯化铝粉末投入锥形瓶中，向锥形瓶中滴加质量分数为8～12%的氢氧化钠溶液调节pH值至11～12，将烧杯置于超声振荡仪中，在频率为32～36kHz的条件下振荡2～3h，振荡后将锥形瓶置于电阻加热套中，升高加热套温度至100～110℃，恒温静置100～120min，制得混合反应液；

（2）将混合反应液与酶解液 投入反应釜中混合均匀，向反应釜中滴加质量分数为6～8%的盐酸调节pH值至中性，将反应釜内物料投入高速分散仪中，在转速为1200～1300r/min的条件下混合搅拌30～40min，搅拌后置于真空干燥箱中，在真空度为50～100Pa和温度为50～60℃的条件下干燥10～12h制得改性粘结剂；

所述的热处理反应液的具体制备步骤为：

（1）将大豆与蒸馏水投入研磨机中，研磨后固液分离分离得到豆浆和豆粕，将豆浆投入烧杯中，将烧杯置于电阻加热套中，升高加热套温度至90～100℃，恒温加热80～100min，制得混合浆液，将混合浆液冷却至25～28℃，向烧杯中加入胃蛋白酶，在此温度条件下静置4～6h制得酶解液；

（2）将豆粕与质量分数为6～10%的盐酸投入烧瓶中，将烧瓶置于水浴温度为40～50℃的水浴锅中，密封三口烧瓶并用搅拌器以400～500r/min的转速混合搅拌40～50min，搅拌后过滤得到滤渣，用蒸馏水清洗滤渣3～5次；

（3）将滤渣与去离子水投入反应釜中，向反应釜内充入氮气，升高反应釜内气压至1.2～1.6MPa，升高反应釜内温度至180～200℃，在此温度和气压条件下用搅拌器以500～600r/min的转速混合搅拌60～80min，制得热处理反应液。

2.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：优选的按重量份数计，所述的改性粘结剂为12～14份、硝酸铝为0.8～1.0份、硅砂为3～4份。

3.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：所述的氢氧化钠和水的质量比为1：50。

4.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：改性粘结剂的具体制备步骤（1）中所述的热处理反应液与氯化铝粉末的质量比为20:1。

5.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：改性粘结剂的具体制备步骤（2）中所述的混合反应液与酶解液的质量比为1:5 。

6.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：热处理反应液的具体制备步骤（1）中所述的大豆与蒸馏水的质量比为1:5，向烧杯中加入的胃蛋白酶的质量为混合浆液质量的2～4%。

7.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：热处理反应液的具体制备步骤（2）中所述的豆粕与质量分数为6～10%的盐酸的质量为1:8。

8.根据权利要求1所述的一种防水密实剂的制备方法，其特征在于：热处理反应液的具体制备步骤（3）中所述的滤渣与去离子水的质量比为1:5。