CN110655417A - 一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法 - Google Patents
一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110655417A CN110655417A CN201910969994.0A CN201910969994A CN110655417A CN 110655417 A CN110655417 A CN 110655417A CN 201910969994 A CN201910969994 A CN 201910969994A CN 110655417 A CN110655417 A CN 110655417A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- protective agent
- silane
- ethyl orthosilicate
- water
- concrete
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000003223 protective agent Substances 0.000 title claims abstract description 178
- 239000004567 concrete Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 title claims abstract description 36
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 106
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 72
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 claims abstract description 72
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 20
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims abstract description 8
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 25
- ALVYUZIFSCKIFP-UHFFFAOYSA-N triethoxy(2-methylpropyl)silane Chemical compound CCO[Si](CC(C)C)(OCC)OCC ALVYUZIFSCKIFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 23
- 239000002985 plastic film Substances 0.000 claims description 8
- 229920006255 plastic film Polymers 0.000 claims description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 3
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 18
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 238000011049 filling Methods 0.000 abstract description 6
- 230000002209 hydrophobic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 29
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 28
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 10
- 230000004224 protection Effects 0.000 description 10
- 230000003487 anti-permeability effect Effects 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 238000001723 curing Methods 0.000 description 6
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 239000000378 calcium silicate Substances 0.000 description 4
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 description 4
- OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N calcium;dioxido(oxo)silane Chemical compound [Ca+2].[O-][Si]([O-])=O OYACROKNLOSFPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 4
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 4
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 4
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 4
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 acrylic ester Chemical class 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 3
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 3
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 3
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 2
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 2
- 238000006068 polycondensation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 230000009979 protective mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 239000000565 sealant Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 2
- WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N (3-aminopropyl)triethoxysilane Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)CCCN WYTZZXDRDKSJID-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MOMKYJPSVWEWPM-UHFFFAOYSA-N 4-(chloromethyl)-2-(4-methylphenyl)-1,3-thiazole Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1C1=NC(CCl)=CS1 MOMKYJPSVWEWPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 241000264877 Hippospongia communis Species 0.000 description 1
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001413 alkali metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L calcium dihydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[Ca+2] AXCZMVOFGPJBDE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000000920 calcium hydroxide Substances 0.000 description 1
- 229910001861 calcium hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 238000005536 corrosion prevention Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000007598 dipping method Methods 0.000 description 1
- 238000002845 discoloration Methods 0.000 description 1
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 1
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000012466 permeate Substances 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 235000019983 sodium metaphosphate Nutrition 0.000 description 1
- 229920001909 styrene-acrylic polymer Polymers 0.000 description 1
- UQMOLLPKNHFRAC-UHFFFAOYSA-N tetrabutyl silicate Chemical compound CCCCO[Si](OCCCC)(OCCCC)OCCCC UQMOLLPKNHFRAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N tributyl phosphate Chemical compound CCCCOP(=O)(OCCCC)OCCCC STCOOQWBFONSKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XYRAEZLPSATLHH-UHFFFAOYSA-N trisodium methoxy(trioxido)silane Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].CO[Si]([O-])([O-])[O-] XYRAEZLPSATLHH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/60—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only artificial stone
- C04B41/61—Coating or impregnation
- C04B41/70—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions
- C04B41/71—Coating or impregnation for obtaining at least two superposed coatings having different compositions at least one coating being an organic material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Aftertreatments Of Artificial And Natural Stones (AREA)
- Paints Or Removers (AREA)
Abstract
本发明涉及一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法。本发明中的复合纳米材料防护剂是由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成。本发明提出一种“先堵后封”的施工工艺，利用正硅酸乙酯防护剂填充混凝土表层孔隙以及通过硅烷防护剂形成憎水层，使得混凝土表层吸水率大幅降低，抵抗有害介质侵蚀的能力大幅提升，进一步提高了结构的耐久性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
近些年来，我国基础建设工程得到快速发展，而混凝土作为一种多孔材料，表面存在大量的孔隙，其抗渗透性能较差，因此，为保证这些混凝土结构建筑物在使用年限内具有足够的安全性能以及耐久性能，必须要提高混凝土结构表层的抗渗透性能。
提高混凝土抗渗透性能的一个有效措施是在其表面涂刷防护涂层，现在施工过程中常用的表面防护材料有环氧树脂防护剂、硅烷防护剂以及近些年兴起的纳米防护剂，这三种材料虽然可以在一定程度上保护混凝土结构，但依然存在不足之处。
环氧树脂防护剂，它是通过在结构表面自身成膜来阻止外界水分以及有害介质渗入，这种材料虽然防护效果以及与结构表层的粘附性能较好，但是其成本较高，同时施工工艺相对复杂并且耐候性较差，长期暴露在光照环境下会加速老化，如变色、强度降低，甚至粉化、脱层等，因此很难做到大范围内的使用推广。硅烷防护剂由于其分子结构小而简单，因此可以深层渗透至混凝土毛细孔壁与水泥水化产物通过键合反应生成一层透气性憎水膜，进而起到防水抗渗效果，这种材料具有施工简便快捷，延长结构使用寿命并降低后续维修成本，保持混凝土自然外观以及表面光泽的特点，但成本较高并且混凝土表面一旦出现裂缝，水分或水汽进入，硅烷涂层基本失效，不能达到长期防护的效果。纳米防护剂是一种新型的防护材料，比如基于正硅酸乙酯(TEOS)的表层防护剂，它可以通过化学反应填充孔隙起到防水抗渗的作用，同时这种材料造价低廉施工简便快捷，每平米施工成本仅在20元左右，但是这种材料对于孔隙的填充程度有限。
中国专利文献CN101747085A公开了一种混凝土表面密封剂与施工方法，该混凝土表面密封剂配方组成及其质量分数为：纳米TiO2 4.5％，异丁基三乙氧基硅烷75％，纯水20.5％，该发明通过掺入微量活性催化剂，将纳米TiO2和异丁基三乙氧基硅烷在纯水中分散成胶体材料，并通过纳米TiO2的作用增强混凝土表面的抗污性和抗菌性，通过异丁基三乙氧基硅烷在混凝土表面形成一定厚度的保护膜，对混凝土进行持续保护。但是该专利使用了纳米TiO2并掺入活性催化剂，这使得成本大幅提升，工程经济实用性有限。中国专利文献CN103232267A公开了一种环保型混凝土表面防护用纳米级底渗层材料及其制备方法，该发明提供一种由无机纳米二氧化硅溶液、苯丙乳液纯丙乳液、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、门偏磷酸钠、磷酸三丁酯、以及硅酸丁酯、醋酸丁酯、甲基硅酸钠、丙烯酸酯、醋酸乙酯中的一种制成的纳米级底渗层材料；该发明能快速渗入混凝土内部一定深度，并与混凝土基材发生反应，封闭混凝土内部孔隙，且与表面防护层材料的粘结性能较佳，可保证混凝土防护体系在外界环境作用下与混凝土表面粘结牢固，延缓混凝土病害的发生。该专利虽然对混凝土抗渗性能有所提升，但是该防护材料含有8种组分，制备工艺相对复杂，不利于工程现场配置。
发明内容
针对现有技术的不足，尤其是针对目前工程所使用的表层防护材料存在的缺点以及单一防护材料进行防护成本偏高和防护效果有待提高的工程现状，本发明提供一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法，用以解决现有防护技术造价高、使用年限较短，防护效果有待提升的问题。本发明中的复合纳米材料防护剂由正硅酸乙酯(TEOS)防护剂和硅烷防护剂组成，在工程造价合理的前提下，采用“先堵后封”的方法大幅提高了防护效果。
本发明的技术方案如下：
一种复合纳米材料防护剂，包括正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂；
所述正硅酸乙酯防护剂由无水乙醇、水和正硅酸乙酯组成，所述的硅烷防护剂由异丁基三乙氧基硅烷和水组成。
本发明的复合纳米材料防护剂包括正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂两种防护剂成分，首先使用正硅酸乙酯防护剂喷涂在混凝土结构表层，正硅酸乙酯(TEOS)水解、聚缩反应生成大量纳米级SiO2，并与混凝土内部水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应生成水化硅酸钙凝胶，填充结构表面孔隙，降低结构表面的吸水率以及水蒸气渗透系数。待正硅酸乙酯防护涂层充分反应后，在其表层喷涂硅烷防护剂，由于硅烷材料具有小分子结构，可以迅速穿透胶结性表面通过毛细孔扩散到混凝土内部，在孔隙中与水化剩余的水分子反应，形成聚硅氧烷互穿网络结构，通过牢固的化学键合反应，在孔隙内壁与裸露的混凝土表面形成透气性憎水膜，进一步降低了混凝土结构表面的渗透性能。本发明充分发挥了两种材料的功能特性，提高结构表层防水抗渗性能，保证了结构的使用耐久性能。
为了充分发挥正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂各自的最佳防水效果，实现二者最大范围的协同防水。本发明对正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂各自的组分进行优化配比，实现最佳防水效果。
根据本发明，优选的，所述的正硅酸乙酯防护剂的组分质量百分比为：
无水乙醇：50％～70％，水：12.5％～37.5％，正硅酸乙酯：12.5％～37.5％；
进一步优选，无水乙醇：50％～66％，水：12.5％～20％，正硅酸乙酯：20％～37.5％；
最优选，无水乙醇：50％，水：12.5％，正硅酸乙酯：37.5％；即：乙醇：水：正硅酸乙酯的质量比为4:1:3。
根据本发明，正硅酸乙酯防护剂中，由于正硅酸乙酯微溶于水，所以采用乙醇作为正硅酸乙酯的溶剂并为其水解提供催化环境。这种组成搭配更有利于喷涂在混凝土结构表层后正硅酸乙酯水解、聚缩反应。
根据本发明，优选的，所述的硅烷防护剂的组分质量百分比为：
异丁基三乙氧基硅烷：90％～99％，水：1％～10％；
进一步优选，异丁基三乙氧基硅烷：90％～95％，水：5％～10％；
最优选，异丁基三乙氧基硅烷：90.9％，水：9.1％。即：异丁基三乙氧基硅烷和水的质量比为10:1。
根据本发明，优选的，所述的正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂的用量搭配分别控制在200～400mL/m2和100～300mL/m2。
本发明的复合纳米材料防护剂对混凝土表面进行防护的方法是在现有技术的基础上改进得到的，可参考：JTJ275—2019《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》附录E。
根据本发明复合纳米材料防护剂的特点，优选的防护方法如下：
一种对混凝土表面进行防护的方法，包括使用本发明的复合纳米材料防护剂，步骤如下：
(1)对混凝土结构表层进行修补与清洁；
(2)待混凝土结构处于面干状态后喷涂正硅酸乙酯防护剂，每次喷涂用量为200-400mL/m2，喷涂2遍后密封养护3-12小时，洒水养护5-7天；
(3)养护结束后，喷涂硅烷防护剂，喷涂用量为100-300mL/m2，使被涂表面饱和溢流。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述喷涂用量为200mL/m2。
根据本发明优选的，步骤(2)中所述密封养护的时间为6小时。
根据本发明优选的，步骤(3)中所述喷涂用量为200mL/m2。
根据本发明优选的，所述混凝土结构的龄期不小于28d。
根据本发明优选的，步骤(2)中喷涂正硅酸乙酯防护剂后使用塑料薄膜贴盖住，以防挥发；
进一步优选的，喷涂正硅酸乙酯防护剂过程中，以200mL/m2的用量从上至下，从左至右喷涂，喷上的部位立即用塑料薄膜贴盖住，以防挥发，边缘封盖严密；待20-30min后，边揭开薄膜边喷涂第二遍，用量为200mL/m2，喷涂过后的部位同样立即盖好；喷涂2遍过后，塑料薄膜需保持封盖6h，洒水养护5-7天。
根据本发明，优选的，步骤(3)中喷涂硅烷防护剂的过程中，以200mL/m2的用量喷涂，喷涂1遍；在立面中则自下向上地喷涂，使被涂立面至少有5s保持湿润状态；在顶面，则至少有5s保持湿润状态。
本发明的技术特点如下：
现有的防护剂包括环氧树脂防护剂、硅烷防护剂、纳米防护剂(如正硅酸乙酯)，三种防护剂的机理如图1所示。环氧树脂防护剂施工工艺相对复杂并且耐候性较差；硅烷防护剂成本较高并且混凝土表面一旦出现裂缝，水分或水汽进入，硅烷涂层基本失效，不能达到长期防护的效果；纳米防护剂对于孔隙的填充程度有限。现有的单一防护材料进行防护成本偏高，而且防护效果有待提高。
本发明采用硅烷防护剂和正硅酸乙酯(TEOS)防护剂复合而成的复合纳米材料防护剂，在工程造价合理的前提下，大幅提高了防护效果，具有深远的工程意义。本发明复合纳米材料防护剂的防护机理如图2所示。
首先利用正硅酸乙酯(TEOS)水解、聚缩反应生成大量纳米级SiO2，并与混凝土内部水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应生成水化硅酸钙，作用原理如下：
nSi(OC2H5)4+2nH2O→nSiO2+4nC2H5OH
SiO2+Ca(OH)2+H2O→Cao-SiO2-H2O
在利用复合纳米材料防护剂对混凝土表面进行防护的过程中，将配制而成的正硅酸乙酯(TEOS)防护剂喷涂在混凝土结构表层，利用反应生成的水化硅酸钙凝胶填充结构表面孔隙，降低结构表面的吸水率以及水蒸气渗透系数；待正硅酸乙酯防护剂充分反应后，在其表层继续喷涂硅烷防护剂，由于硅烷防护剂具有小分子结构，可以迅速穿透水化硅酸钙凝胶表面通过毛细孔扩散到混凝土内部，在孔隙中与水化剩余的水分子反应，形成聚硅氧烷互穿网络结构，通过牢固的化学键合反应，在孔隙内壁与裸露的混凝土表面形成透气性憎水膜，进一步降低了混凝土结构表面的渗透性能。本发明充分发挥了两种材料的功能特性，提出“先堵后封”的施工工艺，提高结构表层防水抗渗性能，保证了结构的使用耐久性能。
本发明利用了正硅酸乙酯(TEOS)防护剂填充孔隙的作用特点以及硅烷防护剂形成憎水膜的作用特点，合理使用两种材料，提出“先堵后封”的施工工艺，可以有效延长防护层使用寿命以及降低工程造价。
本发明的有益效果：
1、本发明中的复合纳米材料防护剂由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成。正硅酸乙酯防护剂是由乙醇、蒸馏水以及正硅酸乙酯组成，其中由于正硅酸乙酯微溶于水，所以采用乙醇作为正硅酸乙酯的溶剂并为其水解提供催化环境；硅烷防护剂，是由高纯度未经稀释的异丁基三乙氧基硅烷和蒸馏水组成，以蒸馏水对异丁基三乙氧基硅烷进行适当的稀释。
2、研究表明，硅烷浓度越高，硅烷浸渍深度越大，硅烷对混凝土吸水率及氯离子吸收量降低效果越明显，并且喷涂2次及以上硅烷防护剂对混凝土结构防护作用效果显著，但是硅烷防护剂施工成本较高，因此本发明提供了由硅烷防护剂和正硅酸乙酯(TEOS)防护剂组成的一种复合纳米材料防护剂，解决了单一硅烷材料防护成本过高以及单一正硅酸乙酯防护剂填充孔隙程度有限、防护效果有待提升的问题。
3、本发明提出一种“先堵后封”的施工工艺，利用正硅酸乙酯防护剂填充混凝土表层孔隙以及通过硅烷防护剂形成憎水层，使得混凝土表层吸水率大幅降低，抵抗有害介质侵蚀的能力大幅提升，进一步提高了结构的耐久性能。
4、本发明通过室内试验得到正硅酸乙酯(TEOS)防护剂和硅烷防护剂最佳配比、最佳浸渍工艺，充分发挥了两种防护材料的功能特性。
5、本发明的复合纳米材料防护剂造价合理，将正硅酸乙酯(TEOS)防护剂和硅烷防护剂结合不仅大大降低了成本，而且大大提升了防护效果。施工简洁高效方便，经过表层防护处理的混凝土结构具有优良的防水抗渗性能，使用寿命更长。
附图说明
图1现有防护剂的防护机理图。
图2本发明防护剂的防护机理图。
图3为现场试验效果图，图中，A为硅烷防护剂防护部分，B为复合纳米材料防护剂防护部分，C为硅烷防护剂防护部分细节图，D为复合纳米材料防护剂防护部分细节图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明进一步说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
本发明所提出的一种复合纳米材料防护层，是由正硅酸乙酯(TEOS)防护剂和硅烷防护剂组成。
实施例1
一种复合纳米材料防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：57％；水：14％；正硅酸乙酯(TEOS)：29％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：90.9％；水：9.1％。
实施例2
一种复合纳米材料防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：50％；水：12.5％；正硅酸乙酯(TEOS)：37.5％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：90.9％；水：9.1％。
实施例3
一种复合纳米材料防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：70％；水：15％；正硅酸乙酯(TEOS)：15％。
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：90％；水：10％。
实施例4
一种复合纳米材料防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：66％；水：14％；正硅酸乙酯(TEOS)：20％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：91％；水：9％。
实施例5
一种复合纳米材料防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：60％；水：20％；正硅酸乙酯(TEOS)：20％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：92％；水：8％。
实施例6
一种复合纳米材料防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：55％；水：12.5％；正硅酸乙酯(TEOS)：32.5％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：95％；水：5％。
实施例7
一种对混凝土表面进行防护的方法，包括步骤如下：
(1)对混凝土结构表层进行修补与清洁：用水泥浆修补蜂窝、露石等明显缺陷并修补宽度大于0.2mm的裂缝；清除表面碎屑、不牢固的附着物以及表层灰尘油污等有害物及污染物并用高压水枪进行冲洗；
(2)待混凝土结构处于面干状态后喷涂正硅酸乙酯防护剂，混凝土结构的龄期不小于28d；喷涂时准备好塑料薄膜，将正硅酸乙酯防护剂以200mL/m2的用量从上至下，从左至右喷涂，喷上的部位需立即用塑料薄膜贴盖住，以防挥发，边缘尽量封盖严密；待20-30min后，边揭开薄膜边喷涂第二遍，用量仍为200mL/m2，喷涂过后的部位同样立即用塑料薄膜盖好；喷涂2遍后，采用塑料薄膜密封养护6h，撤掉薄膜，洒水养护5-7天；
(3)养护结束后，喷涂硅烷防护剂，使被涂表面饱和溢流：在立面上，则自下向上地喷涂，使被涂立面至少有5s保持“看上去是湿的”的状态；在顶面上，则至少有5s保持“看上去是湿的镜面”的状态；每遍喷涂量为200mL/m2，喷涂1遍。
对比例1
一种防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：50％；水：39％；正硅酸乙酯(TEOS)：11％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：90％；水：10％。
对比例2
一种防护剂，由正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂组成；其中，
所述正硅酸乙酯防护剂的质量百分比组分为：
无水乙醇：75％；水：12.5％；正硅酸乙酯(TEOS)：12.5％；
所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：
异丁基三乙氧基硅烷：90％；水：10％。
试验例1
在实验室条件下，按照实施例7的方法，采用实施例1-2和对比例1-2的防护剂对试件进行防护处理，处理后所测得吸水率如表1所示。
表1各防护剂处理试件后的吸水率
从上述表1中可知，本发明中的复合纳米材料防护剂可以有效填充孔隙，降低表层吸水率，提高混凝土结构表层防水抗渗透性能。中国JTJ275—2019《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中对硅烷浸渍混凝土结构防护作用效果指标要求硅烷浸渍后混凝土的吸水率值不大于0.01mm/min1/2。可见，本发明中的复合纳米材料防护剂均满足要求且具有大幅降低混凝土吸水率的效果。
同时，正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂各成分的搭配只有在合理的范围之内，二者协同防护效果才能达到最佳。任何一个防护剂组成控制不当，都会影响防水抗渗透性能。
试验例2
为探究分析本发明中复合纳米材料防护剂的防护效果，于2017年4月在G104国道京福线药王大桥处进行了现场应用。按照实施例7中复合纳米材料防护剂对混凝土表面进行防护的方法，首先进行了2遍正硅酸乙酯防护剂的喷涂，待正硅酸乙酯防护剂密封养护至规定时间后使用硅烷防护剂喷涂1遍。其中，实验组采用实施例2所述的复合纳米材料防护剂；对照组只采用硅烷防护剂进行混凝土表面的防护，防护步骤与实验组相同，所述硅烷防护剂的质量百分比组分为：异丁基三乙氧基硅烷：90％；水：10％。
防护至2019年，防护剂对混凝土结构的防护效果如图3所示，其中：A为硅烷防护剂防护部分，B为复合纳米材料防护剂防护部分，C为硅烷防护剂防护部分细节图，D为复合纳米材料防护剂防护部分细节图。通过现场试验发现，实施例2的复合纳米材料防护剂与硅烷防护剂均有混凝土结构防护效果，但是实施例2的复合纳米材料防护剂的防护效果明显优于硅烷防护剂的防护效果。
本发明中的复合纳米材料防护剂施工工艺简单快捷、环保、工程造价合理、性价比高、防水抗渗效果极为明显，同时本发明所使用试剂不含有碱金属离子，不会对混凝土造成损伤，具有经济实用价值以及工程应用价值。
以上所述是对本发明技术方案的介绍和说明，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合纳米材料防护剂，其特征在于，该复合纳米材料防护剂包括正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂；
所述正硅酸乙酯防护剂由无水乙醇、水和正硅酸乙酯组成，所述的硅烷防护剂由异丁基三乙氧基硅烷和水组成。
2.根据权利要求1所述的复合纳米材料防护剂，其特征在于，所述的正硅酸乙酯防护剂的组分质量百分比为：
无水乙醇：50％～70％，水：12.5％～37.5％，正硅酸乙酯：12.5％～37.5％。
3.根据权利要求1所述的复合纳米材料防护剂，其特征在于，所述的正硅酸乙酯防护剂的组分质量百分比为：
无水乙醇：50％～66％，水：12.5％～20％，正硅酸乙酯：20％～37.5％。
4.根据权利要求1所述的复合纳米材料防护剂，其特征在于，所述的硅烷防护剂的组分质量百分比为：
异丁基三乙氧基硅烷：90％～99％，水：1％～10％。
5.根据权利要求1所述的复合纳米材料防护剂，其特征在于，所述的硅烷防护剂的组分质量百分比为：
异丁基三乙氧基硅烷：90％～95％，水：5％～10％。
6.根据权利要求1所述的复合纳米材料防护剂，其特征在于，所述的正硅酸乙酯防护剂和硅烷防护剂的用量搭配分别控制在200～400mL/m2和100～300mL/m2。
7.一种对混凝土表面进行防护的方法，包括使用权利要求1所述的复合纳米材料防护剂，步骤如下：
(1)对混凝土结构表层进行修补与清洁；
(2)待混凝土结构处于面干状态后喷涂正硅酸乙酯防护剂，每次喷涂用量为200-400mL/m2，喷涂2遍后密封养护3-12小时，洒水养护5-7天；
(3)养护结束后，喷涂硅烷防护剂，喷涂用量为100-300mL/m2，使被涂表面饱和溢流。
8.根据权利要求7所述的对混凝土表面进行防护的方法，其特征在于，步骤(2)中所述每次喷涂用量为200mL/m2。
9.根据权利要求7所述的对混凝土表面进行防护的方法，其特征在于，步骤(2)中所述密封养护的时间为6小时；
优选的，步骤(3)中所述喷涂用量为200mL/m2。
10.根据权利要求7所述的对混凝土表面进行防护的方法，其特征在于，步骤(2)中喷涂正硅酸乙酯防护剂后使用塑料薄膜贴盖住，以防挥发。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910969994.0A CN110655417B (zh) | 2019-10-12 | 2019-10-12 | 一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910969994.0A CN110655417B (zh) | 2019-10-12 | 2019-10-12 | 一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110655417A true CN110655417A (zh) | 2020-01-07 |
| CN110655417B CN110655417B (zh) | 2020-10-20 |
Family
ID=69040801
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910969994.0A Active CN110655417B (zh) | 2019-10-12 | 2019-10-12 | 一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110655417B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111410556A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-07-14 | 戚城 | 一种高性能混凝土表面防护剂及其制备方法 |
| CN112159251A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-01 | 国网福建省电力有限公司经济技术研究院 | 一种混凝土补强液及其制备方法 |
| CN113999048A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-01 | 中建西部建设西南有限公司 | 一种路面混凝土改性剂及其应用 |
| CN114261007A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-01 | 中建商品混凝土有限公司 | 一种混凝土表面功能化重组材料及其使用方法 |
| CN115160841A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-10-11 | 高速铁路建造技术国家工程研究中心 | 一种混凝土防护材料及其制备和施工方法 |
| CN118495896A (zh) * | 2024-07-19 | 2024-08-16 | 浙江天造环保科技有限公司 | 一种机制砂与再生机制砂混凝土及其制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101628827A (zh) * | 2009-07-29 | 2010-01-20 | 河北理工大学 | 一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法 |
| CN103553708A (zh) * | 2013-10-03 | 2014-02-05 | 浙江大学 | 制备快速固化海洋工程混凝土渗透型防护剂的方法 |
| CN103804021A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-05-21 | 济南大学 | 一种具有自清洁功能的原位反应型混凝土防护剂 |
| KR101580081B1 (ko) * | 2015-07-21 | 2015-12-28 | 고재형 | 콘크리트 보호용 친환경 수용성 도료 조성물 |
| CN105254332A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-20 | 重庆大学 | 一种用纳米二氧化硅进行钢筋混凝土防腐蚀的方法 |
| CN105712740A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-29 | 济南大学 | 一种纳米核壳结构有机-无机复合型混凝土防护剂及其制备方法和应用 |
-
2019
- 2019-10-12 CN CN201910969994.0A patent/CN110655417B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101628827A (zh) * | 2009-07-29 | 2010-01-20 | 河北理工大学 | 一种陶瓷基体上疏水涂层及其制备方法 |
| CN103553708A (zh) * | 2013-10-03 | 2014-02-05 | 浙江大学 | 制备快速固化海洋工程混凝土渗透型防护剂的方法 |
| CN103804021A (zh) * | 2013-12-24 | 2014-05-21 | 济南大学 | 一种具有自清洁功能的原位反应型混凝土防护剂 |
| KR101580081B1 (ko) * | 2015-07-21 | 2015-12-28 | 고재형 | 콘크리트 보호용 친환경 수용성 도료 조성물 |
| CN105254332A (zh) * | 2015-09-18 | 2016-01-20 | 重庆大学 | 一种用纳米二氧化硅进行钢筋混凝土防腐蚀的方法 |
| CN105712740A (zh) * | 2016-02-01 | 2016-06-29 | 济南大学 | 一种纳米核壳结构有机-无机复合型混凝土防护剂及其制备方法和应用 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111410556A (zh) * | 2020-03-02 | 2020-07-14 | 戚城 | 一种高性能混凝土表面防护剂及其制备方法 |
| CN112159251A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-01 | 国网福建省电力有限公司经济技术研究院 | 一种混凝土补强液及其制备方法 |
| CN113999048A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-01 | 中建西部建设西南有限公司 | 一种路面混凝土改性剂及其应用 |
| CN113999048B (zh) * | 2021-11-24 | 2022-10-14 | 中建西部建设西南有限公司 | 一种路面混凝土改性剂及其应用 |
| CN114261007A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-04-01 | 中建商品混凝土有限公司 | 一种混凝土表面功能化重组材料及其使用方法 |
| CN115160841A (zh) * | 2022-07-20 | 2022-10-11 | 高速铁路建造技术国家工程研究中心 | 一种混凝土防护材料及其制备和施工方法 |
| WO2024016538A1 (zh) * | 2022-07-20 | 2024-01-25 | 高速铁路建造技术国家工程研究中心 | 一种混凝土防护材料及其制备和施工方法 |
| CN118495896A (zh) * | 2024-07-19 | 2024-08-16 | 浙江天造环保科技有限公司 | 一种机制砂与再生机制砂混凝土及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110655417B (zh) | 2020-10-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110655417B (zh) | 一种复合纳米材料防护剂及其对混凝土表面进行防护的方法 | |
| CN106675395B (zh) | 一种建筑表面用渗透型有机硅防护剂及其制备方法 | |
| CN104193289B (zh) | 一种疏水性防护涂料及其制备方法 | |
| US11802092B2 (en) | Concrete curing agent, curing coating layer and preparation method thereof | |
| CN106699006A (zh) | 混凝土密封固化剂 | |
| KR100661210B1 (ko) | 침투 발수 기능과 방수성을 가지는 실리콘 레진 에멀젼피막재 및 그 제조방법 | |
| KR100954450B1 (ko) | 축중합 스마트 세라믹계 도료용 조성물, 이를 이용한 콘크리트구조물 또는 강구조물의 표면처리방법 | |
| CN103755286A (zh) | 一种高效水泥基渗透结晶型防水涂料及其制备方法和施工方法 | |
| CN112266638A (zh) | 一种基于无机硅酸盐的憎水剂及其制备方法和应用 | |
| CN102432336B (zh) | 有机/无机复合混凝土耐腐蚀保护膜涂层的制备及应用 | |
| KR100787477B1 (ko) | 콘크리트 표면 보호용 자기세정 침투성 성능개선제 | |
| CN102320860A (zh) | 一种适用于大风干旱地区混凝土养护剂及其制备方法 | |
| CN111410556B (zh) | 一种高性能混凝土表面防护剂及其制备方法 | |
| CN111349389A (zh) | 一种塑胶跑道无溶剂单组份面漆及其制备工艺 | |
| CN111205025B (zh) | 一种防水砂浆 | |
| KR100526418B1 (ko) | 콘크리트 무기보수제를 이용한 콘크리트 표면처리 방법 | |
| CN106518160B (zh) | 一种透气耐候的半渗透型清水混凝土保护剂及其制备方法 | |
| CN115948084B (zh) | 一种混凝土自清洁有机无机杂化防水涂料及其制备方法 | |
| CN112299750A (zh) | 一种水性渗透结晶型防水剂 | |
| CN104072054A (zh) | 一种水泥基渗透结晶型防水涂料 | |
| Öztürk | Alkoxysilanes consolidation of stone and earthen building materials | |
| CN113773747B (zh) | 一种具有荷叶效果的清水混凝土保护剂及其制备方法和应用 | |
| Zheng et al. | A review on silane and siloxane materials: enhancing durability of cementitious materials through surface treatments | |
| KR100502278B1 (ko) | 콘크리트 표면 마감코팅을 위한 유·무기 가교형 복합폴리머계 코팅제 조성물 및 제조 방법 | |
| CN108585946B (zh) | 一种环保水性地下混凝土表面保护液及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200907 Address after: 250000 No. 27 South Grand Road, Shandong, Ji'nan Applicant after: SHANDONG University Applicant after: Shandong high speed Group Co.,Ltd. Address before: 250061, No. ten, No. 17923, Lixia District, Ji'nan City, Shandong Province Applicant before: SHANDONG University Applicant before: QILU TRANSPORTATION DEVELOPMENT GROUP Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |