CN112500117A - 一种高粘结力无机防水材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高粘结力无机防水材料及其制备方法与应用，由磷酸镁水泥100‑160份、石英砂240‑450份、超细矿物掺合料10‑25份、缓释型活性材料1‑5份、钙镁膨胀剂3‑8份、水25‑45份混合组成。该材料以磷酸镁水泥为胶凝体系，粘结力优于普通硅酸盐水泥。超细矿物掺合料的加入一方面可以适当延缓磷酸镁水泥的凝结时间，另一方面可以起到胶凝材料级配作用，使材料密实度提高；并且超细矿物掺合料水化生成的水化产物可进一步密实防水材料。缓释型活性材料可延长该防水材料的防水年限。
Description
技术领域
本发明涉及建筑用防水材料制备技术领域，具体涉及一种高粘结力无机防水材料及其制备方法与应用。
背景技术
混凝土结构由于其脆性大，在工程应用中往往不可避免产生开裂。这种开裂导致混凝土结构水密性下降、渗漏，影响工程的使用寿命，甚至无法正常使用。这是建筑界普遍存在的问题。混凝土结构中裂缝的产生主要有两大类原因，一类由变形引起，包括因温度湿度变化引起收缩、膨胀，不均匀沉陷等；另一类是外荷载(动、静荷载)直接应力引起。据统计，前者为主要因素，约占75％。从混凝土结构产生开裂的原因分析着手，开发出新型的防水材料势在必行。
目前，防水材料众多，可分为柔性防水与刚性防水两大类。从国外内多年的实践证明，传统的柔性防水材料如卷材与涂料，虽然具有柔性特点，耐久性也较好，但与基面混凝土粘结力弱，尤其在基面潮湿或有渗水的情况下无法使用，不宜作背水面和潮湿基面的防水。
刚性水泥基防水材料具有柔性材料无法比拟的性能而广泛应用。申请号为201910529292.0的发明专利公开了一种双组份防水砂浆及其制备方法，液体组分为石墨烯纳米结晶硅防水剂，包括以下重量百分比的各组分：石墨烯1％～5％，防水剂5％～30％，纳米二氧化硅溶液5％～40％，分散剂0.2％～1％，氢氧化钡5％～40％，水20％～80％。液体组分可单独作为防水剂使用，其有机组分与无机组分相结合，具有渗透能力强，防水性好，吸水率低等优点。石墨烯纳米复合无机活性物质则渗透到混凝土内部形成大量不溶纳米晶体，封堵混凝土的孔隙和微小裂缝。当混凝土干燥后，该物质会继续发应形成晶体，具有多次修复能力，起到防水和改性作用。
但目前已公开的专利中或普遍使用的水泥基防水材料均未对防水材料与其修补的基面的粘结力作出要求或限定。在受环境的物理、化学、生物侵蚀作用下，防水涂层产生持续的退化过程；一旦防水涂层遭到破坏，防水能力随之丧失。从混凝土结构开裂原因、工程应用特点与防水特性分析认为，开发出具有微细裂缝自愈合、渗透结晶、可在背水面施工等特点的永久性高粘结力无机防水材料十分必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种高粘结力无机防水材料及其制备方法与应用，该无机防水材料与待修补基面的粘结性好、粘结时间长、抗剥离能力强，且防渗漏性好。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种高粘结力无机防水材料，由以下按重量份数计的组分组成：磷酸镁水泥100-160份、石英砂240-450份、超细矿物掺合料10-25份、缓释型活性材料1-5份、钙镁膨胀剂3-8份、水25-45份；其中，所述磷酸镁水泥由氧化镁(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)按重量比4：1进行混合。
作为改进的是，所述石英砂为江沙，细度模数＜1.9，且最大颗粒尺寸＜1.5mm，二氧化硅含量＞75％。
作为改进的是，所述超细矿物掺合料由超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰混合制得；所述超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰的质量比为1：1-4：0.1-0.3。
进一步改进的是，所述超细矿粉的比表面积＞600m2/kg、平均粒径＜15m；超细粉煤灰的比表面积＞600m2/kg、平均粒径＜15m；超细硅灰的比表面积＞800m2/kg、平均粒径＜10m。
作为改进的是，所述缓释型活性材料为双层氧化石墨烯中间夹层包裹甲基硅酸钠，所述氧化石墨烯的重量＞20％，甲基硅酸钠的重量＞40％；所述缓释型活性材料的制备方法为：将甲基硅酸钠与水配制成反应液，在65℃～85℃条件下预热10min，边搅拌边加入双层氧化石墨烯，反应结束后，静置降温，干燥粉碎成比表面积300m2/kg～400m2/kg的粉状材料备用。
作为改进的是，所述钙镁膨胀剂为氧化钙与氧化镁的混合物或氢氧化钙与氧化镁的混合物，所述氧化钙、氧化镁或氢氧化钙的自由水分含量均低于0.1％，且所述钙镁膨胀剂的3h膨胀率＞0.01％，24h膨胀率＜0.05％。
作为改进的是，所述水为工业用水，且工业用水中氯离子的含量＜0.03％。
上述高粘接力无机防水材料的制备方法，具体步骤如下：
按重量份数计称取各组分，首先将磷酸镁水泥、超细矿物掺合料、缓释型活性材料、钙镁膨胀剂粉料混合均匀，再加入水形成浆体，最后加入石英砂，高速搅拌2min，即得高粘结力无机防水材料。
上述高粘接力无机防水材料在混凝土基面修补上的应用，包括以下步骤：
步骤1，清除混凝土基层表面的油污、灰尘、浮砂和污垢，施工温度应在5℃-35℃，所述高粘结力无机防水材料，及其含高粘结力无机防水材料的混凝土，均应在20分钟内用完；
步骤2，当待修复间隙小于40mm时，用硬毛刷将高粘结力无机防水材料均匀涂刷在基层表面2-3遍，涂料用量为1.5-1.7kg/m2，涂层厚度应大于0.8mm，涂刷完成后，养护2小时，即可；当待修复间隙大于40mm时，向步骤1的高粘结力无机防水材料中加入石子制成细石混凝土，用硬毛刷将细石混凝土均匀涂刷在基层表面2-3遍，涂料用量为1.5-1.7kg/m2，涂层厚度应大于0.8mm，涂刷完成后，养护2小时，即可。
进一步改进的是，步骤2中当待修复间隙大于70mm时，石子的粒径为5～25mm连续级配的碎石，或5～10mm碎石与10～25mm碎石按照份数比1：1混合而成的碎石；所述石子的掺加量为高粘结力无机防水材料质量的50％，用水量增加20％，所述碎石需干燥含粉量低；当待修复间隙为40～70mm时，所述石子的粒径为5～10mm，所述石子的掺加量为高粘结力无机防水材料质量的40～50％。
应用原理：本发明无机防水材料涂覆在需修补的混凝土基面上，磷酸镁水泥较强的粘结力可迅速与修补基面融为一体，而后超细矿物掺合料水化生成的水化产物以及活性材料与水泥反应生成的水化产物可填充于混凝土结构的孔隙，起到密实防水作用。
有益效果：
与现有技术相比，本发明一种高粘结力无机防水材料及其制备方法与应用，具有如下优势：
(1)该材料以磷酸镁水泥为胶凝体系，粘结力优于普通硅酸盐水泥。用普通硅酸盐水泥制得的无机防水材料与湿基面的粘结强度在1-1.5MPa，而使用磷酸盐水泥可提高至5MPa以上；
(2)超细矿物掺合料的加入一方面可以适当延缓磷酸镁水泥的凝结时间，另一方面可以起到胶凝材料级配作用，使材料密实度提高；并且超细矿物掺合料水化生成的水化产物可进一步密实防水材料，提高防水效果；
(3)缓释型活性材料可延长该防水材料的防水年限；
(4)裂缝自修复范围宽，不仅可以修复微细裂缝(不超过0.4mm)，还可以将该防水材料配制成细石混凝土，修复大于40mm宽度的裂缝；
(5)无毒、无污染，可安全地用于接触引用水的混凝土结构等工程；
(6)本发明施工作简单，对复杂混凝土基面的适应性好，可用于混凝土结构迎水面及背水面的防水处理，釆用涂刷工艺操作，施工方法简单。
具体实施方式
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。
本发明所述的高粘结力是指与湿基面的粘结强度达5MPa以上。
一种高粘结力无机防水材料，由以下按重量份数计的组分组成：磷酸镁水泥100-160份、石英砂240-450份、超细矿物掺合料10-25份、缓释型活性材料1-5份、钙镁膨胀剂3-8份、水25-45份。
其中，所述磷酸镁水泥由氧化镁(MgO)和磷酸二氢钾(KH2PO4)按重量比4：1进行混合；所述石英砂为江沙，细度模数＜1.9，且最大颗粒尺寸＜1.5mm，二氧化硅含量＞75％；所述超细矿物掺合料由超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰混合制得；所述超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰的质量比为1：1-4：0.1-0.3；所述超细矿粉的比表面积＞600m2/kg、平均粒径＜15m；超细粉煤灰的比表面积＞600m2/kg、平均粒径＜15m；超细硅灰的比表面积＞800m2/kg、平均粒径＜10m；所述缓释型活性材料为双层氧化石墨烯中间夹层包裹甲基硅酸钠，所述氧化石墨烯的重量＞20％，甲基硅酸钠的重量＞40％；所述缓释型活性材料的制备方法为：将甲基硅酸钠与水配制成反应液，在65℃～85℃条件下预热10min，边搅拌边加入双层氧化石墨烯，反应结束后，静置降温，干燥粉碎成比表面积300m2/kg～400m2/kg的粉状材料备用；所述钙镁膨胀剂为氧化钙与氧化镁的混合物或氢氧化钙与氧化镁的混合物，所述氧化钙、氧化镁或氢氧化钙的自由水分含量均低于0.1％，且所述钙镁膨胀剂的3h膨胀率＞0.01％，24h膨胀率＜0.05％，所述水为工业用水，且工业用水中氯离子的含量＜0.03％。
上述高粘接力无机防水材料的制备方法，具体步骤如下：
按重量份数计称取各组分，首先将磷酸镁水泥、超细矿物掺合料、缓释型活性材料、钙镁膨胀剂粉料混合均匀，再加入水形成浆体，最后加入石英砂，高速搅拌2min，即得高粘结力无机防水材料。
以下参照具体的实施例来说明本发明。本领域技术人员能够理解，这些实施例仅用于说明本发明，其不以任何方式限制本发明的范围。按照以下表1中限定的剂量进行混合。
表1高粘结力无机防水材料的配方
如表1所示，高粘结力无机防水材料的制备方法，按各组分重量比例称量各组分，首先将磷酸镁水泥、超细矿物掺合料、缓释型活性材料、钙镁膨胀剂粉料混合均匀，再加入水形成浆体，最后加入石英砂，高速搅拌2min，得到高粘结力无机防水材料。
对实施例1-5制备的无机防水材料进行性能测试，并将该无机防水材料应用到待修补的混凝土基面，具体步骤为：
步骤1，清除混凝土基层表面的油污、灰尘、浮砂和污垢，施工温度应在5℃-35℃，高粘结力无机防水材料，及其含高粘结力无机防水材料的混凝土，均应在20分钟内用完；
步骤2，当待修复间隙小于40mm时，用硬毛刷将高粘结力无机防水材料均匀涂刷在基层表面2-3遍，涂料用量为1.5-1.7kg/m2，涂层厚度应大于0.8mm，涂刷完成后，养护2小时，即可；当待修复间隙大于40mm时，向步骤1的高粘结力无机防水材料中加入石子制成细石混凝土，用硬毛刷将细石混凝土均匀涂刷在基层表面2-3遍，涂料用量为1.5-1.7kg/m2，涂层厚度应大于0.8mm，涂刷完成后，养护2小时，即可。
其中，步骤2中当待修复间隙大于70mm时，石子的粒径为5～25mm连续级配的碎石，或5～10mm与10～25mm按照份数比1：1混合而成的碎石；所述石子的掺加量为高粘结力无机防水材料质量的50％，用水量增加20％，所述碎石需干燥含粉量低；当待修复间隙为40～70mm时，所述石子的粒径为5～10mm，所述石子的掺加量为高粘结力无机防水材料质量的40～50％。
以下性能测测试方法如下所示：
按照《GB 18445-2012水泥基渗透结晶型防水材料》规定对上述实施例进行性能测试。
表2实施例1～5性能测试
由实验结果可见，采用本发明制备的高粘结力无机防水材料外观均匀无结块，施工性能良好，刮涂无障碍。28d抗折强度达到3.5MPa，28d抗压强度达到28.9MPa，与湿基面的粘结强度达5MPa以上，抗渗性能良好。
对比授权公告号为CN102826804B发明专利的实施例3性能检测结果，本发明的粘结强度远高于对比发明专利的拉伸强度1.9MPa；对比授权公告号为CN106478042B发明专利的实施例3性能检测结果，本发明的粘结强度远高于对比发明专利的粘结强度1.72MPa。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，由以下按重量份数计的组分组成：磷酸镁水泥100-160份、石英砂240-450份、超细矿物掺合料10-25份、缓释型活性材料1-5份、钙镁膨胀剂3-8份、水25-45份；所述磷酸镁水泥由氧化镁和磷酸二氢钾按重量比4：1进行混合。
2.根据权利要求1所述的一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，所述石英砂为江沙，细度模数＜1.9，且最大颗粒尺寸＜1.5mm，二氧化硅含量＞75%。
3.根据权利要求1所述的一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，所述超细矿物掺合料由超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰混合制得；所述超细矿粉、超细粉煤灰、超细硅灰的质量比为1：1-4：0.1-0.3。
4.根据权利要求4所述的一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，所述超细矿粉的比表面积＞600m2/kg、平均粒径＜15m；超细粉煤灰的比表面积＞600m2/kg、平均粒径＜15m；超细硅灰的比表面积＞800m2/kg、平均粒径＜10m。
5.根据权利要求1所述的一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，所述缓释型活性材料为双层氧化石墨烯中间夹层包裹甲基硅酸钠，所述氧化石墨烯的重量＞20%，甲基硅酸钠的重量＞40%；所述缓释型活性材料的制备方法，将甲基硅酸钠与水配制成反应液，在65℃～85℃条件下预热10min，边搅拌边加入双层氧化石墨烯，反应结束后，静置降温，干燥粉碎成比表面积300m2/kg-400m2/kg的粉状材料备用。
6.根据权利要求1所述的一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，所述钙镁膨胀剂为氧化钙与氧化镁的混合物或氢氧化钙与氧化镁的混合物，所述氧化钙、氧化镁或氢氧化钙的自由水分含量均低于0.1%，且所述钙镁膨胀剂的3h膨胀率＞0.01%，24h膨胀率＜0.05%。
7.根据权利要求1所述的一种高粘结力无机防水材料，其特征在于，所述水为工业用水，且工业用水中氯离子的含量＜0.03%。
8.基于权利要求1所述的高粘结力无机防水材料的制备方法，其特征在于，按重量份数计称取各组分，首先将磷酸镁水泥、超细矿物掺合料、缓释型活性材料、钙镁膨胀剂粉料混合均匀，再加入水形成浆体，最后加入石英砂，高速搅拌2min，即得高粘结力无机防水材料。
9.基于权利要求1或权利要求8所述的高粘结力无机防水材料在混凝土基面修补上的应用，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，清除混凝土基层表面的油污、灰尘、浮砂和污垢，施工温度应在5℃-35℃，所述高粘结力无机防水材料，及其含高粘结力无机防水材料的混凝土，均应在20分钟内用完；
步骤2，当待修复间隙小于40mm时，用硬毛刷将高粘结力无机防水材料均匀涂刷在基层表面2-3遍，涂料用量为1.5-1.7kg/m2，涂层厚度应大于0.8mm，涂刷完成后，养护2小时，即可；
当待修复间隙大于40mm时，向步骤1的高粘结力无机防水材料中加入石子制成细石混凝土，用硬毛刷将细石混凝土均匀涂刷在基层表面2-3遍，涂料用量为1.5-1.7kg/m2，涂层厚度应大于0.8mm，涂刷完成后，养护2小时，即可。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，步骤2中当待修复间隙大于70 mm时，石子的粒径为 5～25 mm连续级配的碎石，或5～10mm碎石与10～25mm碎石按照份数比1：1混合而成的碎石；所述石子的掺加量为高粘结力无机防水材料质量的50%，用水量增加20%，所述碎石需干燥含粉量低；当待修复间隙为40～70 mm时，所述石子的粒径为5～10 mm，所述石子的掺加量为高粘结力无机防水材料质量的40～50%。
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