CN111205767A - 一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料及其制备方法 - Google Patents

一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料及其制备方法，所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料包括如下按质量份计算的组分：78～96份聚甲基氢硅氧烷；4～8份气相疏水二氧化硅；0～0.5份Op‑10；0～2.5份司盘‑80；0～1.0份增稠剂；0～15份水。本发明所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料能够在混凝土表面形成超疏水结构，阻止液体水和氯离子的腐蚀；同时混凝土内部的水汽能通过该涂层逸出，减少其对混凝土内部的侵蚀。所述超疏水涂料具有良好渗透性、防水性和抗冻融性，适合混凝土结构的防腐、抗冻融，且固含量高，干燥时间短，有利于快速施工，且能够极大延长混凝土的使用寿命。

Description

一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及防水建筑材料领域，具体地，本发明涉及一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料及其制备方法。
背景技术
混凝土结构一直被认为是一种节能、经济、用途极为广泛的人工耐久性材料，是目前应用较为广泛的结构形式之一。但随着结构物的老化和环境污染的加剧，其耐久性问题越来越引起国内外广大研究者的关注。据统计，美国混凝土的修复费用每年2500亿美元，其中1500亿用于桥梁混凝土的修复。加拿大仅维护和修复一座遭受碱集料破坏的25米高大坝，累计费用就高达15亿加元。我国建筑基础设施的腐蚀损失每年达1000亿元。
常见的提高混凝土耐久性的方法有：1、添加外加剂和矿物粉渣，能够有效的提高混凝土使用寿命，但目前多数外加剂和矿物粉渣中有微量有害杂质；2、在混凝土表面涂刷防护层，能够有效的降低水、氯离子等有害介质对混凝土的侵蚀。目前混凝土防护涂料主要有三种：1、渗透型涂料，中国专利CN104926366A介绍了一种能够渗透到混凝土内部3-5mm的涂料，它能够有效的防止氯离子的进入，但受到高水压可能会出现渗漏；2、成膜型涂料，中国专利CN108546483A介绍了一种成膜型涂料，该涂料涂刷于混凝土表面后能够完全封闭水的进入且可以承受一定的水压，但混凝土内部的水汽会破坏涂层，从而失去防护效果；3、复合涂层，中国专利CN106431103A介绍了一种复合涂层，使用至少两种涂料前后刷涂于混凝土表面，该方法将渗透与成膜结合，但该种涂层施工复杂，成本高。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料。所述超疏水涂料能够在混凝土表面形成超疏水结构，阻止液体水和氯离子的腐蚀；同时混凝土内部的水汽能通过该涂层逸出，减少其对混凝土内部的侵蚀。所述超疏水涂料具有良好渗透性、防水性和抗冻融性，适合混凝土结构的防腐、抗冻融，且固含量高，干燥时间短，有利于快速施工，且能够极大延长混凝土的使用寿命。
本发明采取的技术方案是：
一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，包括如下按质量份计算的组分：
Figure BDA0002392806080000021
本发明通过使用气相疏水二氧化硅在混凝土表面形成超疏水结构，使其表面达到超疏水性，能够完全隔绝水的浸入。利用硅烷偶联剂聚甲基氢硅氧烷的强渗透性和透气防水性，可增加涂料的渗透深度，阻止液体水和氯离子的进入，同时混凝土内部的水汽能通过该涂层逸出，减少其对混凝土内部的侵蚀，也能够增强混凝土的抗冻融性。使用乳化剂能够将液状涂料变为膏状，运输和使用更为方便。
优选地，所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料包括如下按质量份计算的组分：
聚甲基氢硅氧烷 80～90份；
气相疏水二氧化硅 4～6份；
Op-10 0.2～0.5份；
司盘-80 1.0～2.5份；
增稠剂 0.2～1.0份；
水 4～15份。
本发明中，乳化剂op-10和司盘-80的合理搭配使用，能够将涂料HLB值控制在在3.0～8.0，最终得到的膏状涂料为油包水体系。
优选地，所述聚甲基氢硅氧烷的固含量为90.0％～99.5％。采用固含量较高的聚甲基氢硅氧烷可增加涂料的渗透深度，降低氯离子在混凝土内部的侵蚀。
优选地，所述气相疏水二氧化硅为纳米级，其粒径7～30nm，比表面积为80～300m2/g。纳米级的气相疏水二氧化硅能够随着涂料渗入到混凝土内部，极大地提高了涂层的防水性，同时也为混凝土表面提供了纳米级结构，使混凝土表面形成超疏水涂层，完全隔绝水的进入。
优选地，所述增稠剂为TT-60。
所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的制备方法，包括如下步骤：
S1：向反应釜中加入水、op-10和司盘-80，常温下在800～1200rpm搅拌均匀。
S2：向步骤S1的体系中加入增稠剂，并将转速调高至1500～2500rpm，然后滴加聚甲基氢硅氧烷，分散剪切20～40min。此步骤中聚甲基氢硅氧烷的加入方式宜采用滴加的方式，快速加入可能导致破乳，滴加同时需要高速搅拌，可使其充分分散。
S3：降低转速至在800～1200rpm，加入气相疏水二氧化硅，分散剪切20～40min，得到乳白色膏体。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用聚甲基氢硅氧烷，提高了所述涂料的渗透效果和透气防水效果，采用气相疏水二氧化硅作为疏水材料可同时起到增稠和防水效果；本发明所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料具有良好渗透性、防水性以及抗冻融性，适合混凝土结构的防腐、抗冻融，且固含量高，干燥时间短，有利于快速施工。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
以下实施例所使用的聚甲基氢硅氧烷来源为广东翁江化学试剂有限公司的聚甲基氢硅氧烷，固含量为92.4％。
其他未特别说明来源的原料均为普通市售产品。
实施例1
一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，按质量份计算其组成如下：
聚甲基氢硅氧烷 90份；
气相疏水二氧化硅 4份；
Op-10 0.2份；
司盘-80 1.0份；
TT-60 0.5份；
水 4.3份。
其中，所述气相疏水二氧化硅为赢创德固赛气相疏水型二氧化硅R972，粒径为7-16nm，比表面积为80-280m2/g。
本实施例所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的制备过程如下：
S1：向2L反应釜中加入43g水、2g op-10和10g司盘-80，常温下在1000rpm搅拌分散剪切10min；
S2：向步骤S1的体系中加入5g TT-60，并将转速调高至2000rpm，然后滴加900g聚甲基氢硅氧烷，分散剪切30min；
S3：降低转速至在1000rpm，加入40g气相疏水二氧化硅，分散剪切30min，得到稳定的乳白色膏体。
实施例2
一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，按质量份计算其组成如下：
聚甲基氢硅氧烷 94份；
气相疏水二氧化硅 6.0份；
其中，所述气相疏水二氧化硅为赢创德固赛气相疏水型二氧化硅R104，粒径为7-16nm，比表面积为80-280m2/g。
本实施例所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的制备过程如下：向2L反应釜中加入940g聚甲基氢硅氧烷并将转速升至2000rpm，然后滴加剪切30min后转速将至1000rpm，再加入60g疏水二氧化硅，分散剪切30min，得到稳定的透明膏体。
实施例3
一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，按质量份计算其组成如下：
聚甲基氢硅氧烷 84份；
气相疏水二氧化硅 6份；
Op-10 0.5份；
司盘-80 2.5份；
TT-60 0.2份；
水 6.8份；
所述气相疏水二氧化硅为赢创德固赛气相疏水型二氧化硅R816，粒径为7-16nm，比表面积为80-280m2/g。
本发明所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的制备过程出了组份用量外其他与实施例1基本相同，此处不再赘述。
实施例4
一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，按质量份计算其组成如下：
聚甲基氢硅氧烷 78.0份；
气相疏水二氧化硅 5.0份；
Op-10 0.5份；
司盘-80 2.5份；
TT-60 1.0份；
水 13.0份。
其中，所述气相疏水二氧化硅为赢创德固赛气相疏水型二氧化硅R8200，粒径为7-16nm，比表面积为80-280m2/g。
本实施例所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的制备过程出了组份用量外其他与实施例1基本相同，此处不再赘述。
对比例1
一种用于混凝土的涂料，其组成和实施例1大体相似，区别在于，本对比例1用同等质量份的粒径为80～100nm的二氧化硅粉末替代实施例1中的气相疏水二氧化硅。
对实施例和对比例的涂料进行性能测试，测试方法或测试标准如下：
水接触角和滚动角测试：利用接触角测量仪进行测量，所用仪器为光学接触角测量仪(DSA 20，德国Krüss)、仪器配有自动滴液系统和可倾斜样品台，测量温度为室温(24℃)，相对湿度为65％～70％，所用水滴大小均采用5μL，对所有样品均选取四个点进行测量，择其平均值作为其接触角大小。
吸水率、浸渍深度、氯化物吸收量的降低效果、冻融质量损失率：按照《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》测试。
测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002392806080000051
Figure BDA0002392806080000061
如表1数据显示实施例1～4所述用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的性能可知，本发明提供的超疏水涂料用于混凝土表面，使其吸水率、浸渍深度、氯化物吸收量的降低效果和冻融质量损失率等均高于标准要求很多，且混凝土表面水接触角均在150°以上，滚动角低于10°，符合对超疏水表面的要求；该涂料能够大面积应用于混凝土结构表面，24小时能够表干，72小时能够遇水。由此证明，本发明所提供的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，能够达到《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》的要求。实施例2所述的超疏水涂料在上述所述的性能测试方面效果较好，但涂料的储存稳定性相较其他实施例所述的超疏水涂料稍差。由实施例1和对比例1的对比可知，对比例1所述的涂料的性能相比对比例1效果相差甚远，表明采用普通的纳米二氧化硅无法实现疏水效果，只有使用气相疏水二氧化硅才能够起到混凝土外部防水效果，虽然聚甲基氢硅氧烷能够渗透到混凝土内部，并有一定的抗渗性，但不使用气相疏水二氧化硅的情况下涂料的技术效果不符合规范要求。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，其特征在于，包括如下按质量份计算的组分：
Figure FDA0002392806070000011
2.根据权利要求1所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，其特征在于，包括如下按质量份计算的组分：
Figure FDA0002392806070000012
3.根据权利要求1所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，其特征在于，所述聚甲基氢硅氧烷的固含量为90.0％～99.5％。
4.根据权利要求1所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，其特征在于，所述气相疏水二氧化硅为纳米级，其粒径7～30nm，比表面积为80～300m2/g。
5.根据权利要求1所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料，其特征在于，所述增稠剂为TT-60。
6.权利要求1至5任一权利要求所述的用于混凝土防腐、抗冻融的超疏水涂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：向反应釜中加入水、op-10和司盘-80，常温下在800～1200rpm搅拌均匀；
S2：向步骤S1的体系中加入增稠剂，并将转速调高至1500～2500rpm，然后滴加聚甲基氢硅氧烷，分散剪切20～40min；
S3：降低转速至在800～1200rpm，加入气相疏水二氧化硅，分散剪切20～40min，得到乳白色膏体。
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