CN112341037A - 可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂及其制备方法和应用，无机混凝土增殖剂按重量份数包括烷基硅酸盐30‑40份、氟硅酸盐7‑10份、分散剂3‑7份、减水剂4‑7份、微珠7‑10份、纳米矿粉30‑40份、玄武岩纤维0.5‑1.2份、膨胀剂4‑8份、金属离子封锁剂0.1‑0.3份、表面强化剂0.4‑0.8份、防锈剂0.2‑0.4份，具有“增密、防水、防潮、裂缝自愈”等功能，且制作简便，施工方便，重复反应、繁殖的机能使混凝土温裂、收缩产生的裂缝得到了自愈，从而达到了永久性的防水、防潮的作用，同时可以使普通混凝土的寿命延长1‑2倍。

Description

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂及其制备方法。

背景技术

现有技术中，由于施工缺陷、使用环境恶劣和超载等，在建筑领域易产生裂缝、钢筋锈蚀、混凝土剥落等病害。在我国的建筑物中，地下商场、地下设备与办公室用房、地铁、隧道、洞库、管廊、地下人行通道、人防、军事设施工程、净水厂、污水处理厂、游泳馆、水利枢纽、储能电站、高速公路、高速铁路、桥梁等工程的渗漏水问题较为普遍，堵漏维修成本较高。地下工程渗漏水造成结构钢筋锈蚀，刚度大幅度下降，混凝土膨胀破坏，使用年限大大降低，不仅造成严重的国家财产和经济损失，更威胁到了人民的生命安全。

在建筑工程中使用的混凝土是一种多孔物质，由于热胀冷缩、不均匀沉降、外部动态荷载等会造成混凝土表面发生微裂纹，毛细孔和微裂纹是引起混凝土发生渗漏的根本原因。为了提高混凝土的抗渗能力，目前市场上开发出了一种水泥基渗透结晶防水材料，并形成了一系列具有自主知识产权的新品牌。2004年姜哲申请了“水泥基渗透结晶型防水材料及其生产工艺和施工方法”发明专利，发明中涉及的水泥基渗透结晶防水材料由水泥、活性材料、甲基纤维素增稠剂、无水柠檬酸缓凝剂和磨细石英砂组成，当其应用于混凝土结构基面时可以自行修补混凝土自身小于0.4mm以下的裂缝，并渗透到混凝土内部，与混凝土反应，产生结晶，增强混凝土的抗渗、防潮效果，从检测数据来看，56天的第二次抗渗压力比28天的第一次抗渗压力有所减小，也就是说该水泥基渗透结晶型防水材料不能持续发挥作用，只是在应用初期能取得较好的防水修复效果；2007年天津市耀新科技发展有限公司的许晓秋等人申请了“一种无机粉体渗透结晶防水涂料”，该防水涂料主要由胶凝材料、母料、骨架剂、高效缓凝型减水剂和高分子增韧剂组成，当其与水混合涂刷于混凝土表面时，涂料中的活性化学物质在浓度梯度作用下向混凝土内部渗透，并促使混凝土中未水化水泥的水化，生成不溶性的枝蔓状晶体，堵塞、封闭毛细孔通道，修复表面微裂缝，从而提高混凝土的抗渗能力，该防水涂料可用于各种抗渗、防水、防潮、堵漏工程，但是该防水涂料中的活性化学物质一次性起作用，随着时间的延长，修复抗渗效果会越来越差。

综上所述，这类产品只要接触水分，其中的活性物质就会一次性全部参与结晶反应，也就意味着随着时间的推移，后期没有活性成分持续发挥作用，随着混凝土的持续形变，新的微裂缝无法进一步被修复。因此，如果开发一种可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，将会大大提升我国建筑混凝土的质量以及建筑结构自防水领域的应用和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂及其制备方法和应用，该种可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂具有“增密、防水、防潮、裂缝自愈”等功能；且制作简便，施工方便；更重要的是，这种重复反应、繁殖的机能使混凝土温裂、收缩产生的裂缝得到了自愈，从而达到了永久性的防水、防潮的作用，同时可以使普通混凝土的寿命延长1-2倍，它特有的“裂缝自愈”功能是很多防水材料都无法做到的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，按重量份数包括如下组分，烷基硅酸盐30-40份、氟硅酸盐7-10份、分散剂3-7份、减水剂4-7份、微珠7-10份、纳米矿粉30-40份、玄武岩纤维0.5-1.2份、膨胀剂4-8份、金属离子封锁剂0.1-0.3份、表面强化剂0.4-0.8份、防锈剂0.2-0.4份。

作为进一步的优化，所述烷基硅酸盐中的硅醇基能够与混凝土硅酸盐材料中的硅醇基反应脱水交联，从而实现“反毛细管效应”，同时具有微膨胀性、增加混凝土密实度、减少混凝土收缩裂缝等功能，例如可以选自甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、乙基硅酸钠和乙基硅酸钾中的至少一种，优选为甲基硅酸钠。

作为进一步的优化，所述氟硅酸盐主要起到混凝土的凝固、防腐等作用，其能够有效延长混凝土的凝结时间，使混凝土结构具有良好的工作性能、抗渗性能以及耐久性能等。对氟硅酸盐不作严格限制，例如可以选自氟硅酸钾和氟硅酸钠中的至少一种，优选为氟硅酸钾。

作为进一步的优化，所述分散剂为焦磷酸钠、六偏磷酸钠和葡萄糖酸纳中的一种或多种，优选焦磷酸钠；所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的一种或多种，优选聚羧酸减水剂；所述微珠为膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩、膨胀玻化微珠中的一种或多种。

分散剂主要起到生产过程中的乳化、分散、防止氧化和发酵等功能，其能够使水泥颗粒分散，将水泥凝聚体中所包含的水释放出来，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度和强度；减水剂能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性，同时，在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，减水剂能减少拌合用水量；微珠作为一种超细粉体，既可以作为掺和料取代部分水泥，降低水化热，能够发挥自身超细粉体的填充优势，提高水泥石的密实性，其次，微珠还具有一定的微膨胀性，能在一定程度上补偿混凝土的收缩。

作为进一步的优化，所述纳米矿粉为纳米SiO₂、CaCO₃和纳米黏土的混合物，三者的比例为1:(0.8-1.2):(0.6-1.3)。

作为进一步的优化，所述玄武岩纤维的抗拉强度达到 3000-4800Mpa，高于钢纤维等金属纤维，弹性模量介于钢纤维和聚丙烯纤维之间，玄武岩纤维的加入可有效减少混凝土的早期裂缝量，并降低裂缝宽度，从而改善混凝土的早期开裂性。

作为进一步的优化，所述膨胀剂为镁质膨胀剂，且其中氧化镁含量为98％。

作为进一步的优化，所述金属离子封锁剂为六偏磷酸钠，其可以提高水化产物的耐水性及耐酸性；所述表面强化剂为六氟硅酸镁，其可以固定混凝土表面的氢氧化钙等产物，防止表面风化，提高表面的强度、硬度和耐磨性；所述防锈剂为氢氧化二氨合银，其能防止混凝土中的钢筋锈蚀。

本发明提供了可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂的制备方法，包括如下步骤，

S1)准确称取各组分；

S2)在搅拌机中依次加入烷基硅酸盐、氟硅酸盐、分散剂、减水剂、微珠、纳米矿粉、玄武岩纤维、膨胀剂、金属离子封锁剂、表面强化剂和防锈剂，在搅拌机中将各组分充分搅拌均匀得混合粉末；

S3)将混合粉末经过滤筛处理去除其中的杂质，即得无机混凝土增殖剂。

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂的应用，在配料时将无机混凝土增殖剂加入混凝土内，具体为，

1.预搅拌厂湿配料操作：先把计算好的增殖剂加入到搅拌站内，然后加入70％的水和需用量的骨料，保证掺合剂均匀分布在整个配料水中，再加入其余的配料和30％的水，按要求的搅拌时间搅拌均匀。

2.预搅拌车湿配料操作：将计算好的增殖剂粉料先与其重量比3 倍的水在一个容器内搅拌，形成非常稀的灰浆，然后倒入搅拌车内。再将其它所需量的材料，骨料、砂子、水泥、剩余的水等外加剂倒入搅拌车内进行搅拌，保证增殖剂均匀地分布在整个混凝土中，或彻底分散。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1.本发明中的膨胀剂、微珠协同作用可降低混凝土的收缩开裂，若混凝土在硬化过程中就产生裂缝，将导致水分的进入，此时，烷基硅酸盐修复裂缝的同时，其活性组分将协同纳米矿粉一并与水泥水化产生的Ca(OH)₂发生反应生成不溶性的硅酸钙凝胶，它大角度、大面积的繁殖填塞了混凝土、砂浆的毛细孔，切断了空气与水流的通道，增加了密实度，这种重复反应、繁殖的机能，使混凝土温裂、收缩产生的裂缝得到了自愈，从而达到了永久性的防水、防潮的作用，同时可以使普通混凝土的寿命延长1-2倍。

2.本发明中的金属离子封锁剂能固化住反应产物中的碱金属和碱土金属，使生成物不容易水解，提高水化产物的耐水性及耐酸性。

3.本发明中的表面强化剂能固定混凝土表面的氢氧化钙等产物，防止表面风化，提高表面的强度、硬度和耐磨性。

4.本发明中的防锈剂能防止混凝土中的钢筋锈蚀，提高钢筋混凝土的寿命。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例1

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，按重量份数包括40份甲基硅酸钠、10份氟硅酸钾、7份焦磷酸钠、7份聚羧酸减水剂、10份膨胀珍珠岩、40份纳米矿粉、1.2份玄武岩纤维、8份镁质膨胀剂、 0.3份六偏磷酸钠、0.8份六氟硅酸镁、0.4份氢氧化二氨合银，其中，纳米矿粉为纳米SiO₂、CaCO₃和纳米黏土的混合物，三者的比例为1:0.9:0.8。

其制备方法为：准确称取各组分；在搅拌机中依次加入甲基硅酸钠、氟硅酸钾、焦磷酸钠、聚羧酸减水剂、膨胀珍珠岩、纳米SiO₂、 CaCO₃、纳米黏土、玄武岩纤维、镁质膨胀剂、六偏磷酸钠、六氟硅酸镁和氢氧化二氨合银，在搅拌机中将各组分充分搅拌均匀得混合粉末；将混合粉末经过滤筛处理去除其中的杂质，即得无机混凝土增殖剂。

实施例2

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，按重量份数包括35份甲基硅酸钠、8份氟硅酸钾、5份焦磷酸钠、5份萘磺酸盐减水剂、8份闭孔珍珠岩、30份纳米矿粉、0.8份玄武岩纤维、6份镁质膨胀剂、 0.2份六偏磷酸钠、0.6份六氟硅酸镁、0.3份氢氧化二氨合银，其中，纳米矿粉为纳米SiO₂、CaCO₃和纳米黏土的混合物，三者的比例为 1:0.8:0.6。

其制备方法为：准确称取各组分；在搅拌机中依次加入甲基硅酸钠、氟硅酸钾、焦磷酸钠、萘磺酸盐减水剂、闭孔珍珠岩、纳米SiO₂、 CaCO₃、纳米黏土、玄武岩纤维、镁质膨胀剂、六偏磷酸钠、六氟硅酸镁和氢氧化二氨合银，在搅拌机中将各组分充分搅拌均匀得混合粉末；将混合粉末经过滤筛处理去除其中的杂质，即得无机混凝土增殖剂。

实施例3

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，按重量份数包括30份甲基硅酸钾、7份氟硅酸钠、3份葡萄糖酸纳、4份氨基磺酸盐减水剂、 7份膨胀珍珠岩、30份纳米矿粉、0.5份玄武岩纤维、4份镁质膨胀剂、0.1份六偏磷酸钠、0.4份六氟硅酸镁、0.2份氢氧化二氨合银，其中，纳米矿粉为纳米SiO₂、CaCO₃和纳米黏土的混合物，三者的比例为1:1.2:1.3。

其制备方法为：准确称取各组分；在搅拌机中依次加入甲基硅酸钾、氟硅酸钠、葡萄糖酸纳、氨基磺酸盐减水剂、膨胀珍珠岩、纳米 SiO₂、CaCO₃、纳米黏土、玄武岩纤维、镁质膨胀剂、六偏磷酸钠、六氟硅酸镁和氢氧化二氨合银，在搅拌机中将各组分充分搅拌均匀得混合粉末；将混合粉末经过滤筛处理去除其中的杂质，得无机混凝土增殖剂。

实施例4

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其与实施例1的不同之处在于甲基硅酸钠、镁质膨胀剂、聚羧酸减水剂组份的重量份数比为 15：2：2。

实施例5

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其与实施例1的不同之处在于烷基硅酸盐、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为30：6：5。

对比例1

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其与实施例1的不同之处在于原料中不包括烷基硅酸盐。

对比例2

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其与实施例1的不同之处在于原料中不包括烷基硅酸盐和膨胀剂。

对比例3

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其与实施例1的不同之处在于原料中不包括烷基硅酸盐、膨胀剂和微珠。

对比例4

可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其与实施例1的不同之处在于原料中不包括烷基硅酸盐、膨胀剂、微珠和表面强化剂。

应用实施例

参照国家标准GB 18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料》和 GB/T 176-2017《水泥化学分析方法》作为检验及判定的依据，对实施例1至5及对比例1至4进行抗压强度、抗渗压力、收缩率检测，检测结果见表1。

表1实施例1-5及对比例1-4的性能检测结果

由表1的数据可看出，实施例1至5及对比例1至4中，实施例 1的性能最为优异，这是因为在实施例1中，烷基硅酸盐、膨胀剂、减水剂组份之间的比例为较佳比例，氟硅酸盐、纤维、微珠、表面强化剂之间的比例以及纳米矿粉组份中各成分之间的比例均为较佳比例。为进一步判断增殖剂对混凝土性能的影响，改变烷基硅酸盐、膨胀剂、减水剂组份之间的比例，如实施例4至5，结果表明实施例4 至5的抗渗等级依然很高，抗压强度及收缩值的性能均优于实施例2 及实施例3，说明当烷基硅酸盐、膨胀剂、减水剂组份的重量份数比为30:(4-6):(4-5)时可进一步改善混凝土的性能。

另外，对比例1至4的检测结果明显低于实施例1至5，并且对比例1至4中混凝土的性能呈下降趋势，说明烷基硅酸盐、膨胀剂、微珠和表面强化剂的加入可明显改善增殖剂的性能，并且，配合使用时效果最佳。

综上所述，发明提供的增殖剂的原料配比及制备方法可提升其对混凝土后期的抗渗透及抗裂性能，减少混凝土的收缩，并且从表1中的二次抗渗结果可以看出增殖剂中的活性物质并没有一次性全部参与结晶反应，也就意味着随着时间的推移，其中的活性成分会重复持续发挥作用，随着混凝土的持续形变，新的微裂缝将会进一步被修复。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，按重量份数包括如下组分，烷基硅酸盐30-40份、氟硅酸盐7-10份、分散剂3-7份、减水剂4-7份、微珠7-10份、纳米矿粉30-40份、玄武岩纤维0.5-1.2份、膨胀剂4-8份、金属离子封锁剂0.1-0.3份、表面强化剂0.4-0.8份、防锈剂0.2-0.4份。

2.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述烷基硅酸盐为甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、乙基硅酸钠和乙基硅酸钾中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述氟硅酸盐为氟硅酸钾和氟硅酸钠中一种或二种。

4.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述分散剂为焦磷酸钠、六偏磷酸钠和葡萄糖酸纳中的一种或多种；所述减水剂为聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的一种或多种；所述微珠为膨胀珍珠岩、闭孔珍珠岩、膨胀玻化微珠中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述纳米矿粉为纳米SiO₂、CaCO₃和纳米黏土的混合物，三者的比例为1:(0.8-1.2):(0.6-1.3)。

6.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述玄武岩纤维的抗拉强度达到3000-4800MPa。

7.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述膨胀剂为镁质膨胀剂，且其中氧化镁含量为98％。

8.根据权利要求1所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂，其特征在于，所述金属离子封锁剂为六偏磷酸钠；所述表面强化剂为六氟硅酸镁；所述防锈剂为氢氧化二氨合银。

9.根据权利要求1至8任意一项所述的可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤，

S1)准确称取各组分；

S2)在搅拌机中依次加入烷基硅酸盐、氟硅酸盐、分散剂、减水剂、微珠、纳米矿粉、玄武岩纤维、膨胀剂、金属离子封锁剂、表面强化剂和防锈剂，在搅拌机中将各组分充分搅拌均匀得混合粉末；

S3)将混合粉末经过滤筛处理去除其中的杂质，即得无机混凝土增殖剂。

10.可重复繁殖自愈型无机混凝土增殖剂的应用，其特征在于，在配料时将权利要求1至8任意一项所述的无机混凝土增殖剂加入混凝土内。