CN112279595A - 一种防渗、防腐蚀混凝土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种防渗、防腐蚀混凝土及其制备方法。本发明研制的混凝土产品中，包括水泥，水泥质量10‑15％的氧化石墨烯；所述氧化石墨烯层间沉积有聚合物；所述聚合物分子结构中带有脒基团；所述脒基团位于聚合物分子链侧链。其中，所述聚合物是由单体在所述氧化石墨烯的层间原位聚合形成；另外，所述混凝土中还包括螯合剂；所述螯合剂沉积于氧化石墨烯层间。本发明所得产品在实际使用过程中，具有优异的防渗防腐蚀性能，可有效延长混凝土的使用寿命。

Description

一种防渗、防腐蚀混凝土及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域。更具体地，涉及一种防渗、防腐蚀混凝土及其制备方法。

背景技术

在经济快速发展的今天，城市规模不断扩大，土地缺乏问题摆在眼前，地下空间利用率越来越高，大面积地下地库就是其中一个代表，但大面积混凝土浇筑后可能产生开裂，由于地下水的作用，地下建筑用混凝土材料需要解决混凝土的抗渗问题。随着地下空间的开发和利用，地下工程结构自防水越来越被人们所重视，在地下大面积混凝土工程中添加密实剂是提高混凝土抗渗性的有效措施。密实剂是含有水泥活性成分、强化成分的特种混凝土密实材料，大多由膨胀剂、减水剂、密实剂等多种有机、无机材料复合而成，经过科学的技术工艺复配而成，其技术效果是显著。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。但随着生产要求的提高，传统密实剂已经满足不了市场对密实剂的期望值，对掺入混凝土的密实剂性能提出了更高的要求。

然而，由于混凝土在长期服役过程中，受到环境中二氧化碳和水分的不断侵袭，容易导致混凝土中未完全水化的钙离子迁移到混凝土表面，从而出现泛霜，因此，如何改善混凝土对二氧化碳和水分的侵袭，开发性能更为优异的混凝土产品，是本领域技术人员亟待解决的技术难题之一。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有混凝土产品在长期使用过程中，容易受到的环境中二氧化碳和水分的不断侵袭，容易导致混凝土中未完全水化的钙离子迁移到混凝土表面，从而出现泛霜的缺陷和不足，提供一种防渗、防腐蚀混凝土及其制备方法。

本发明的目的是提供一种防渗、防腐蚀混凝土。

本发明另一目的是提供一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种防渗、防腐蚀混凝土，包括水泥，水泥质量10-15％的氧化石墨烯；

所述氧化石墨烯层间沉积有聚合物；

所述聚合物分子结构中带有脒基团；

所述脒基团位于聚合物分子链侧链。

上述技术方案通过引入氧化石墨烯和带有脒基团的聚合物，在产品使用过程中，环境中渗透进入混凝土内部的二氧化碳和水分可以和脒基团之间发生相互作用，使脒基团带有电荷，由于带有同种电荷，引起内部腔体发生一定程度的膨胀，从而有效避免二氧化碳和水分进一步向内部扩散渗透；并且，由于将聚合物沉积于氧化石墨烯的层间，而单片层的氧化石墨烯依靠C-C化学键牢固连接，且膨胀后产生的膨胀力会以氧化石墨烯片层结构向混凝土结构进行传递，其压强由原本的点对点方式转变为面对面的方式，压强得到显著降低，因此，有效避免体积的变化对混凝土性能造成的不良影响。

进一步地，所述聚合物是由单体在所述氧化石墨烯的层间原位聚合形成。

进一步地，所述聚合物为聚乙二醇-b-聚(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺。

进一步地，所述混凝土中还包括螯合剂；所述螯合剂沉积于氧化石墨烯层间。

进一步地，所述螯合剂为酒石酸、柠檬酸、山梨糖醇、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸中的任意一种。

上述技术方案进一步在混凝土体系中引入螯合剂，利用螯合剂在产品制备过程中，螯合未充分水化的钙离子，在实际产品使用过程中，随着脒基团将二氧化碳和水分的结合，可以将钙离子以晶体形式储存于氧化石墨烯内部，避免钙离子的迁移，提升混凝土的抗渗性能。

一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法，具体制备步骤包括：

氧化石墨烯的预处理：

按重量份数计，依次取4-8份聚乙二醇、30-40份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，160-180份水，80-120份氧化石墨烯，先将聚乙二醇、水和(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺分散均匀后，再加入氧化石墨烯，超声分散后，加热回流反应，再经抽滤，洗涤和干燥，得预处理氧化石墨烯；

混凝土的配制：

按重量份数计，依次取80-120份水泥，8-10份预处理氧化石墨烯，3-5份减水剂，0.2-0.5份金属碳酸氢盐，30-40份骨料，搅拌混合均匀，即得产品。

进一步地，所述制备步骤还包括对预处理氧化石墨烯的改性；

所述改性步骤为：

将预处理氧化石墨烯分散于水中后，持续通入二氧化碳气体10-30min，再加入预处理氧化石墨烯质量10-15％的螯合剂，搅拌混合后，持续通入氮气20-40min，再经过滤和干燥，得改性氧化石墨烯。

上述技术方案对氧化石墨烯预处理后再进行螯合剂的改性，在改性过程中，首先利用二氧化碳的作用使得氧化石墨烯随脒基团的膨胀而层间距得到拓宽，由于静电和氢键相互作用力，螯合剂被层间沉积的聚合物吸附固定，再利用氮气使脒基团体积收缩，恢复原状，再此过程中，将内部固定的螯合剂牢固封锁于氧化石墨烯层间，避免在制备和使用过程中螯合剂的流失，提升产品的抗渗性能。

进一步地，所述螯合剂为酒石酸、柠檬酸、山梨糖醇、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸中的任意一种。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠中的任意一种。

进一步地，所述金属碳酸氢盐为碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸氢钾中的任意一种。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。

实施例1

氧化石墨烯的预处理：

按重量份数计，依次取4份聚乙二醇、30份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，160份水，80份氧化石墨烯，先将聚乙二醇、水和(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺倒入反应釜中，于超声频率为45kHz条件下，超声分散40min后，再加入氧化石墨烯，继续于超声频率为50kHz条件下，超声分散30min，随后于温度为85℃条件下，加热回流反应8h，再经抽滤，洗涤和干燥，得预处理氧化石墨烯；

氧化石墨烯的改性：

将预处理氧化石墨烯分散于水中后，于温度为25℃条件下，以10L/min速率持续通入二氧化碳气体10min，再加入预处理氧化石墨烯质量10％的螯合剂，用搅拌器以300r/min转速搅拌混合10min后，于温度为55℃条件下，以10L/min速率持续通入氮气20min，再经过滤和干燥，得改性氧化石墨烯；

混凝土的配制：

按重量份数计，依次取80份42.5#普通硅酸盐水泥，8份预处理氧化石墨烯，3份减水剂，0.2份金属碳酸氢盐，30份气相二氧化硅，加入混料机中，用搅拌器以300r/min转速搅拌混合2h，出料，包装，即得产品；

所述螯合剂为酒石酸；

所述减水剂为聚羧酸减水剂；

所述金属碳酸氢盐为碳酸氢钙。

实施例2

氧化石墨烯的预处理：

按重量份数计，依次取5份聚乙二醇、35份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，170份水，100份氧化石墨烯，先将聚乙二醇、水和(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺倒入反应釜中，于超声频率为48kHz条件下，超声分散50min后，再加入氧化石墨烯，继续于超声频率为55kHz条件下，超声分散40min，随后于温度为87℃条件下，加热回流反应10h，再经抽滤，洗涤和干燥，得预处理氧化石墨烯；

氧化石墨烯的改性：

将预处理氧化石墨烯分散于水中后，于温度为30℃条件下，以20L/min速率持续通入二氧化碳气体20min，再加入预处理氧化石墨烯质量12％的螯合剂，用搅拌器以400r/min转速搅拌混合20min后，于温度为58℃条件下，以20L/min速率持续通入氮气30min，再经过滤和干燥，得改性氧化石墨烯；

混凝土的配制：

按重量份数计，依次取100份42.5#普通硅酸盐水泥，9份预处理氧化石墨烯，4份减水剂，0.3份金属碳酸氢盐，35份气相二氧化硅，加入混料机中，用搅拌器以400r/min转速搅拌混合3h，出料，包装，即得产品；

所述螯合剂为柠檬酸；

所述减水剂为聚羧酸减水剂；

所述金属碳酸氢盐为碳酸氢钠。

实施例3

氧化石墨烯的预处理：

按重量份数计，依次取8份聚乙二醇、40份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，180份水，120份氧化石墨烯，先将聚乙二醇、水和(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺倒入反应釜中，于超声频率为50kHz条件下，超声分散60min后，再加入氧化石墨烯，继续于超声频率为60kHz条件下，超声分散60min，随后于温度为90℃条件下，加热回流反应12h，再经抽滤，洗涤和干燥，得预处理氧化石墨烯；

氧化石墨烯的改性：

将预处理氧化石墨烯分散于水中后，于温度为35℃条件下，以30L/min速率持续通入二氧化碳气体30min，再加入预处理氧化石墨烯质量15％的螯合剂，用搅拌器以500r/min转速搅拌混合30min后，于温度为65℃条件下，以30L/min速率持续通入氮气40min，再经过滤和干燥，得改性氧化石墨烯；

混凝土的配制：

按重量份数计，依次取120份42.5#普通硅酸盐水泥，10份预处理氧化石墨烯，5份减水剂，0.5份金属碳酸氢盐，40份气相二氧化硅，加入混料机中，用搅拌器以500r/min转速搅拌混合4h，出料，包装，即得产品；

所述螯合剂为乙二胺四乙酸；

所述减水剂为木质素磺酸钠；

所述金属碳酸氢盐为碳酸氢铵。

对比例1

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入氧化石墨烯，其余条件把持不变。

对比例2

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，其余条件保持不变。

对比例3

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入螯合剂，其余条件保持不变。

对比例4

本对比例相比于实施例1而言，区别在于：未加入气相二氧化硅，其余条件保持不变。

对实施例1-3及对比例1-4所得产品进行性能检测，具体测试方法和测试结果如下所述：

将实施例1-3及对比例1-4所得产品分别浇筑成大小为180mm*180mm*180mm的混凝土试件，准备好抗渗仪并完成排气操作，然后把装入试模的试件安装在抗渗仪上，抗渗仪必须在24小时内都处于1.2MPa的恒压状态下，观测试件上表面的渗水情况，只要有一个试件的外表面出现了渗水的情况就立马停止试验，并立即写下时间节点。然后将出现渗水情况的试件劈裂开并测量该试件的渗水高度，此时测出的渗水高度即为混凝土的渗水高度。如若实验时间已经到了24小时，没有一个试件的上表面出现渗水现象，停止试验，小心取出试件然后将其劈裂为大小尽量相等的两份，与试验之前画好的梯形板进行比较，测出此时混凝土的渗水高度。然后调试好压力机，并将刚刚取出来的试件平稳放在压力机上，将两根钢垫条分别放在试件的上端面以及下端面的正中心位置上，保持两个钢垫条钢在同一个竖直平面上，垫条的半径为3mm。准备工作做好后启动压力机把试件顺着纵方向的断面劈裂两半，然后用有防水功能的笔描画出水痕，再把透明的梯形板放在被劈裂试件的劈裂面上，沿着刚画的水痕按照同样的间距对渗水高度进行测量；

表1：产品性能测试结果

	渗水高度/mm
		实施例1	8.5
实施例2	7.9
		实施例3	7.8
对比例1	22.1
		对比例2	23.5
对比例3	32.5
		对比例4	28.9

由表1测试结果可知，本发明所得产品具有优异的抗渗性能。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种防渗、防腐蚀混凝土，其特征在于，包括水泥，水泥质量10-15％的氧化石墨烯；

所述氧化石墨烯层间沉积有聚合物；

所述聚合物分子结构中带有脒基团；

所述脒基团位于聚合物分子链侧链。

2.根据权利要求1所述的一种防渗、防腐蚀混凝土，其特征在于，所述聚合物是由单体在所述氧化石墨烯的层间原位聚合形成。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种防渗、防腐蚀混凝土，其特征在于，所述聚合物为聚乙二醇-b-聚(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺。

4.根据权利要求1所述的一种防渗、防腐蚀混凝土，其特征在于，所述混凝土中还包括螯合剂；所述螯合剂沉积于氧化石墨烯层间。

5.根据权利要求4所述的一种防渗、防腐蚀混凝土，其特征在于，所述螯合剂为酒石酸、柠檬酸、山梨糖醇、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸中的任意一种。

6.一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，具体制备步骤包括：

氧化石墨烯的预处理：

按重量份数计，依次取4-8份聚乙二醇、30-40份(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺，160-180份水，80-120份氧化石墨烯，先将聚乙二醇、水和(N-脒基)十二烷基丙烯酰胺分散均匀后，再加入氧化石墨烯，超声分散后，加热回流反应，再经抽滤，洗涤和干燥，得预处理氧化石墨烯；

混凝土的配制：

按重量份数计，依次取80-120份水泥，8-10份预处理氧化石墨烯，3-5份减水剂，0.2-0.5份金属碳酸氢盐，30-40份骨料，搅拌混合均匀，即得产品。

7.根据权利要求6所述的一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，所述制备步骤还包括对预处理氧化石墨烯的改性；

所述改性步骤为：

将预处理氧化石墨烯分散于水中后，持续通入二氧化碳气体10-30min，再加入预处理氧化石墨烯质量10-15％的螯合剂，搅拌混合后，持续通入氮气20-40min，再经过滤和干燥，得改性氧化石墨烯。

8.根据权利要求7所述的一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，所述螯合剂为酒石酸、柠檬酸、山梨糖醇、乙二胺四乙酸、二乙烯三胺五乙酸中的任意一种。

9.根据权利要求6所述的一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂、木质素磺酸钠中的任意一种。

10.根据权利要求6所述的一种防渗、防腐蚀混凝土的制备方法，其特征在于，所述金属碳酸氢盐为碳酸氢钙、碳酸氢钠、碳酸氢铵、碳酸氢钾中的任意一种。