CN111995309A - 用于海工混凝土外防护层地聚合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物及其制备方法，该材料以地聚合物作为基材，通过内掺化学添加剂组成。本发明的地聚合物具有防水性能好，抗压强度高等特点，此外该地聚合物还具有较高的施工性能和耐久性能。本发明的防水矿渣基地聚合物能广泛应用于海工混凝土外防护层等基础工程领域，具有很高的应用推广价值。

Description

用于海工混凝土外防护层地聚合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及地聚合物基材料技术领域，尤其涉及一种用于海工混凝土外防护层地聚合物及其制备方法。
背景技术
随着海洋基础设施的不断扩大，海工混凝土成为一种亟需的建筑材料，但海工混凝土在服役的过程中由于受到外界氯离子，硫酸根离子等化学物质腐蚀的影响，容易使海工混凝土发生钢筋锈蚀等破坏，进而导致其服役寿命大大减少。因此，需要对海工混凝土采取外涂防水层以提高其防水性及耐久性。但传统的外涂水泥基材料防水层成本高，不易施工，防水性差等特点限制了其应用。地聚合物是一种利用粉煤灰，矿渣等工业废弃物的硅铝质材料经过碱激发而生成的一种新型环保胶凝材料。该胶凝材料具有早期强度高，耐高温性能好，凝结硬化快，渗透率低，成本低等优点，且其制备过程产生的CO2排放量仅为普通硅酸盐水泥的1/10-1/5，是一种资源节约型，环境友好型的材料。因此，开展防水性能优异的地聚合物材料是目前的一种趋势。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于海工混凝土外防护层地聚合物及其制备方法。本发明的聚合物材料防水性能优异，耐久性好。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：
第一方面，本发明提供了一种用于海工混凝土外防护层地聚合物，由以下重量份的原料制成：矿渣30-36份，石英砂46-52份，复合碱激发剂10-13.2份，水5-7份，酸化多壁碳纳米管0.01-0.03份，减水剂0.01-0.04份，消泡剂0.01-0.03份。
作为优选方案，所述矿渣为首先使用筛分法将球磨机球磨3-5小时，使得平均粒径为100-200nm；
所述石英砂的粒径为40-70目；
所述复合碱激发剂为采用初始模数为3.6-4.0，固体含量为30-34％的钠水玻璃,并且采用氢氧化钠配置成模数为0.8-1.1的钠水玻璃，然后陈化6-11h制得；
所述酸化多壁碳纳米管的制作过程如下：将多壁碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，其中多壁碳纳米管的混合溶液的质量比为1/100-1/200,浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2-1/4，然后充分搅拌，在40-60℃下超声震荡3-6小时后静置，接着用去离子水进行稀释，离心分离，得到的沉淀再采用此方法直至所得溶液的PH值大于7，最后将所得的溶液在60-70℃，20-30Pa的真空环境中进行干燥，得到酸化碳纳米管。
所述减水剂为碳酸钠粉末，其含量为矿渣组分的0.1％-0.3％；
所述消泡剂为磷酸三丁酯，其固体含量为90-95％。
第二方面，本发明提供了一种制备上述用于海工混凝土外防护层的地聚合物的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)以质量份数计，称取矿渣30-36份，石英砂46-52份，复合碱激发剂10-13.2份，水5-7份，酸化多壁碳纳米管0.01-0.03份，减水剂0.01-0.04份，消泡剂0.01-0.03份；
(2)将减水剂和消泡剂加入到复合碱激发剂溶液中充分搅拌，用300-500W功率超声震荡0.5-0.6小时得到混合溶液，然后将经过酸处理的碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300-500W功率超声震荡0.5-0.6小时得到酸化的碳纳米管混合溶液；
(3)将石英砂，矿渣放入搅拌锅内干搅100-120秒得到混合料，然后将配置的酸化碳纳米管混合溶液加入到上述混合料中搅拌150-180秒，然后浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到所述的用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
本发明与传统的防水水泥基材料及水泥基防护材料相比，海工混凝土外防护层地聚合物具有以下主要优点：
(1)本发明的用于海工混凝土外防护层地聚合物材料采用的是矿渣等工业废弃物，可以解决工业废弃物堆放等问题，变废为宝。
(2)本发明的用于海工混凝土外防护层地聚合物材料可以节约成本，降低造价。
(3)通过加入模数为0.8-1.1的钠水玻璃的碱激发剂，使形成的复合式地聚合物较为稳定。
(4)制备方法简单，易于推广。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
实施例1：
本实施例中，将称量的33份石蜡乳液和49份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌100秒得到混合料，然后将0.01份减水剂和0.02份消泡剂加入到10份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用300W功率超声震荡0.5小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300W功率超声震荡0.5小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌150秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
实施例2：
本实施例中，将称量的33份石蜡乳液和49份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌100秒得到混合料，然后将0.01份减水剂和0.02份消泡剂加入到10份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用300W功率超声震荡0.5小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300W功率超声震荡0.5小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌150秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
实施例3：
本实施例中，将称量的33份石蜡乳液和49份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌100秒得到混合料，然后将0.01份减水剂和0.02份消泡剂加入到10份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用300W功率超声震荡0.6小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300W功率超声震荡0.6小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌150秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
实施例4：
本实施例中，将称量的36份石蜡乳液和46份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌100秒得到混合料，然后将0.02份减水剂和0.01份消泡剂加入到10份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用300W功率超声震荡0.5小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300W功率超声震荡0.5小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌150秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
实施例5：
本实施例中，将称量的35份石蜡乳液和47份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌120秒得到混合料，然后将0.02份减水剂和0.02份消泡剂加入到11份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用300W功率超声震荡0.5小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300W功率超声震荡0.5小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌180秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
实施例6：
本实施例中，将称量的34份石蜡乳液和48份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌120秒得到混合料，然后将0.01份减水剂和0.03份消泡剂加入到10份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用300W功率超声震荡0.5小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300W功率超声震荡0.5小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌150秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
实施例7：
本实施例中，将称量的33份石蜡乳液和46份石英砂倒入搅拌机内，慢速搅拌110秒得到混合料，然后将0.01份减水剂和0.02份消泡剂加入到13份复合碱激发溶液中充分搅拌，接着用500W功率超声震荡0.5小时得到混合溶液，然后将经过0.01份酸处理的多壁碳纳米管加入到上述混合溶液中，用500W功率超声震荡0.5小时得到酸化的碳纳米管混合溶液，最后将酸化的碳纳米管混合溶液加入到混合料中搅拌150秒，接着浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
本发明采用国家“JC/T 984-2011、JC/T 951-2005与GB50728-2011”标准，来对上述实施例所述材料进行了测试，其测试结果请见表1。
表1海工混凝土外防护层的矿渣地聚合物检测结果
Figure BDA0002659655160000061
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽些的，并且也不局限于所纰漏的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更是显而易见的。

Claims (5)

1.一种用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物，其特征在于：按质量分数计，包含如下组分：矿渣30-36份，石英砂46-52份，复合碱激发剂10-13.2份，水5-7份，酸化多壁碳纳米管0.01-0.03份，减水剂0.01-0.04份，消泡剂0.01-0.03份。
2.根据权利要求1所述的用于海工混凝土外防护层的矿渣基的聚合物，其特征在于：
所述酸化多壁碳纳米管通过以下制作过程制备得到：将多壁碳纳米管置于浓硝酸和浓硫酸的混合溶液中，所述多壁碳纳米管与混合溶液的质量比为1/100-1/200，所述浓硝酸和浓硫酸的体积比为1/2-1/4；然后充分搅拌，在40-60℃下超声震荡3-6小时后静置，接着用去离子水进行稀释，离心分离，得到的沉淀再采用此方法直至所得溶液的PH值大于7，最后将所得的溶液在60-70℃，20-30Pa的真空环境中进行干燥，得到酸化碳纳米管。
3.根据权利要求1或2所述的用于海工混凝土外防护层的矿渣基的聚合物，其特征在于：
所述矿渣为使用筛分法将球磨机球磨3-5小时，使得平均粒径为100-200nm；
所述石英砂的粒径为40-70目；
所述复合碱激发剂为采用初始模数为3.6-4.0，固体含量为30-34％的钠水玻璃,并且采用氢氧化钠配置成模数为0.8-1.1的钠水玻璃，然后陈化6-11h制得；
所述减水剂为碳酸钠粉末，以质量百分比计，其含量为矿渣组分的0.1％-0.3％；
所述消泡剂为磷酸三丁酯，以质量百分比计，其固体含量为90-95％。
4.一种制备如权利要求1或2所述用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)以质量份数计，称取矿渣30-36份，石英砂46-52份，复合碱激发剂10-13.2份，水5-7份，酸化多壁碳纳米管0.01-0.03份，减水剂0.01-0.04份，消泡剂0.01-0.03份；
(2)将减水剂和消泡剂加入到复合碱激发剂溶液中充分搅拌，用300-500W功率超声震荡0.5-0.6小时得到混合溶液，然后将经过酸处理的碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300-500W功率超声震荡0.5-0.6小时得到酸化的碳纳米管混合溶液；
(3)将石英砂，矿渣放入搅拌锅内干搅100-120秒得到混合料，然后将配置的酸化碳纳米管混合溶液加入到所述混合料中搅拌150-180秒，然后浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到所述的用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
5.一种制备如权利要求3所述用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物材料的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)以质量份数计，称取矿渣30-36份，石英砂46-52份，复合碱激发剂10-13.2份，水5-7份，酸化多壁碳纳米管0.01-0.03份，减水剂0.01-0.04份，消泡剂0.01-0.03份；
(2)将减水剂和消泡剂加入到复合碱激发剂溶液中充分搅拌，用300-500W功率超声震荡0.5-0.6小时得到混合溶液，然后将经过酸处理的碳纳米管加入到上述混合溶液中，用300-500W功率超声震荡0.5-0.6小时得到酸化的碳纳米管混合溶液；
(3)将石英砂，矿渣放入搅拌锅内干搅100-120秒得到混合料，然后将配置的酸化碳纳米管混合溶液加入到所述混合料中搅拌150-180秒，然后浇筑，振捣，在标准养护条件下养护28天即得到所述的用于海工混凝土外防护层的矿渣基地聚合物。
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