CN112608106A - 一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料及其制备方法 Download PDF

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王亮
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    • C04B2111/20—Resistance against chemical, physical or biological attack
    • C04B2111/27—Water resistance, i.e. waterproof or water-repellent materials

Abstract

一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，涉及建筑防水材料技术领域，包括以下重量份数的组分：水泥50‑200份，石英砂20‑60份，缓凝剂1‑10份，减水剂1‑10份，分散剂1‑10份，氧化石墨烯0.1‑0.5份，渗透结晶母料4‑10份，结晶沉淀剂1‑10份，表面活性剂0.5‑5份，络合剂0.5‑2份，钙离子补偿剂1‑5份，纤维素醚0.1‑1份，可再分散乳胶粉1‑2份，消泡剂0.1‑1份,将上述按比例称取，放入三维运动混合机中搅拌混合，然后放入球磨机中球磨得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。

Description

一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料及其 制备方法
技术领域
本发明涉及建筑防水材料技术领域，具体涉及一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料及其制备方法。
背景技术
混凝土是最常用的建筑材料，被广泛的应用于与建筑业和地下工程中；但随着时代的发展，对建筑业和地下工程提出了更高的要求。其中，建筑物和地下工程的防水抗渗性能备受关注。建筑防水即为防止水对建筑物某些部位的渗透而从建筑材料上和构造上所采取的措施，防水多使用在屋面、地下建筑、建筑物的地下部分和需防水的内室和储水构筑物等，按其采取的措施和手段的不同，分为材料防水和构造防水两大类。
现有的防水材料中会使用一种水泥基渗透结晶型防水材料(简称CCCW)，该类材料有两种形式，一类是水泥基渗透结晶型防水涂料；另一类是水泥基渗透结晶型防水剂。其中水泥基渗透结晶型防水材料是以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为基材，掺入活性化学物质制成的粉状无机刚性防水材料，其作用机理是该材料利用本身所含有的特殊的化学活性物质在载体水的作用下在混凝土内部渗透，并在水的作用下，活性化学物质与混凝土中未水化的水泥颗粒或游离的Ca(OH)、CaO等碱性物质发生反应生成不溶性晶体，这些晶体封堵和封闭混凝土内部的毛细孔隙和微裂纹，生成的结晶体与混凝土结为一体，从而增加混凝土的密实度，提高其强度和抗渗透能力。
中国专利CN101759414B的文献公开了一种水泥基渗透结晶型防水剂，该防水剂具有一定的抗渗性和防钢筋锈蚀性，但是该防水剂配方工艺复杂，导致生产成本过高，降低了其经济效益。中国专利CN107540304A公开了一种复合型水泥基渗透结晶型防水材料，在水泥基防水材料中添加所述复合型的外加剂后，在水的作用下，防水材料中的活性化学物质具有较强的渗透性，促使未水化的水泥颗粒发生水化反应，生成大量的针状晶体，填塞封闭毛细孔道，使水泥混凝土具有优良的防水抗渗功能。
但是上述这两种防水材料在使用过程中并不能完全的渗透到混凝土裂缝以及孔隙中，并且在使用过程中可能会过早产生絮状结晶体，导致防水材料无法正常的堵住混凝土裂缝缝隙，使得防水材料的渗透效果较差，同时这两种防水材料的固化效果较差，从而降低了防水材料的密封填充效果，影响其封堵能力，最终导致防水材料的实用性不强。
发明内容
本发明根据现有的防水材料渗透性差、封堵能力不强的问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：水泥50-200份，石英砂20-60份，缓凝剂1-10份，减水剂1-10份，分散剂1-10份，氧化石墨烯0.1-0.5份，渗透结晶母料4-10份，结晶沉淀剂1-10份，表面活性剂0.5-5份，络合剂0.5-2份，钙离子补偿剂1-5份，纤维素醚0.1-1份，可再分散乳胶粉1-2份，消泡剂0.1-1份。
优选地，所述缓凝剂为蔗糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、尿素中的一种或多种。
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂PC。
优选地，所述分散剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、没食子酸、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮K30、海藻酸钠、十二烷基苯磺酸钠、亚甲基双甲基萘磺酸钠、二异丁基萘磺酸钠、联苯乙烯二苯基二磺酸二钠中的一种或多种。
优选地，所述结晶沉淀剂为速溶硅酸钠和/或碳酸钠。
优选地，所述表面活性剂为十二烷基乙氧基磺基甜菜碱。
优选地，所述络合剂为左旋酒石酸、右旋酒石酸、内消旋酒石酸、二水左旋酒石酸钠二钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠以及乙二胺四乙酸四钠其中的一种或多种。
优选地，所述纤维素醚为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素以及羧甲基纤维素中的至少一种。
一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、按重量份称取水泥，石英砂，缓凝剂，减水剂，分散剂，氧化石墨烯，渗透结晶母料，结晶沉淀剂，表面活性剂，络合剂，钙离子补偿剂，纤维素醚，可再分散乳胶粉，消泡剂，备用；
S2、向水泥中加入氧化石墨烯，渗透结晶母料，搅拌一定时间，得到混合组分A；
S3、向步骤S2得到的混合组分A中加入缓凝剂，减水剂，分散剂，结晶沉淀剂，表面活性剂，络合剂，钙离子补偿剂，纤维素醚，可再分散乳胶粉，消泡剂，搅拌一定时间，得到混合组分B；
S4、向步骤S3得到的混合组分B加入建筑用砂混合均匀，得到混合组分C；
S5、将步骤S4得到的混合组分C在球磨机内球磨成粉，球磨时间为20-40分钟，在球磨时避免与水接触，得到基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
优选地，步骤S2、S3、S4中所述混合搅拌是在三维运动混合机中进行，且混合搅拌时间为15-30分钟。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
1.氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料，具有聚合物、胶体、薄膜，以及两性分子的特性。因为氧化石墨烯在水中具有优越的分散性，所以长久以来都被视为亲水性物质，但是，相关实验结果显示，氧化石墨烯实际上具有两亲性，从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布，氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面，并降低界面间的能量；因此加入氧化石墨烯本身就能够使混凝土愈来愈密实，并且与渗透结晶母料、分散剂以及减水剂作用，使其能够快速的分散至混凝土各处缝隙内，从而提高防水材料的封堵能力以及抗渗透性。
2.当混凝土产生微裂纹等缺陷时，水便会沿着裂纹进入混凝土，防水材料中相应的活性物质遇水被激活，随水向混凝土内部渗透并发生作用，直至裂纹被堵塞，并且防水材料中的活性物质可以长期保证建筑材料具有良好的防水效果。氧化石墨烯作为另一种活性物质添加到水泥基渗透结晶型防水材料中会带动原有活性物质进一步快速的分散深入混凝土的各处缝隙内部，并且促进原有活性物质的结晶反应，使得本发明的防水材料能够快速的将缝隙封堵，从而提高其封堵性能以及抗渗性能。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述：
实施例一
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥50份，粒径为40μm石英砂20份，葡萄糖酸钠1份，聚羧酸减水剂PC 1份，木质素磺酸钙1份，氧化石墨烯0.5份，渗透结晶母料10份，硅酸钠1份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份，左旋酒石酸0.5份，钙离子补偿剂1份，甲基纤维素0.1份，可再分散乳胶粉1份，改性聚硅氧烷SXP-01 0.1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为25分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为35分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例二
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥100份，粒径为40μm石英砂40份，葡萄糖酸钠3份，尿素2份，聚羧酸减水剂PC 5份，没食子酸5份，氧化石墨烯0.3份，渗透结晶母料7份，硅酸钠5份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱3.5份，右旋酒石酸0.8份，钙离子补偿剂3份，羟丙基甲基纤维素0.6份，可再分散乳胶粉1份，改性聚硅氧烷SXP-01 0.1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为20分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为20分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例三
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥200份，粒径为40μm石英砂60份，葡萄糖酸钠6份，柠檬酸钠4份，聚羧酸减水剂PC 10份，木质素磺酸钠10份，氧化石墨烯0.1份，渗透结晶母料4份，硅酸钠10份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱5份，内消旋酒石酸2份，钙离子补偿剂5份，乙基纤维素1份，可再分散乳胶粉2份，改性聚硅氧烷SXP-01 1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为30分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为40分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例四
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥50份，粒径为40μm石英砂20份，尿素1份，聚羧酸减水剂PC1份，十六烷基三甲基溴化铵1份，氧化石墨烯0.5份，渗透结晶母料10份，碳酸钠1份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份，二水左旋酒石酸钠二钠0.5份，钙离子补偿剂1份，羧甲基纤维素0.1份，可再分散乳胶粉1份，改性聚硅氧烷SXP-01 0.1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为25分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为35分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例五
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥100份，粒径为40μm石英砂40份，尿素3份，柠檬酸钠2份，聚羧酸减水剂PC 5份，聚乙烯吡咯烷酮K30 5份，氧化石墨烯0.3份，渗透结晶母料7份，碳酸钠5份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱3.5份，乙二胺四乙酸0.8份，钙离子补偿剂3份，甲基纤维素0.6份，可再分散乳胶粉1份，改性聚硅氧烷SXP-01 0.1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为15分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为40分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例六
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥200份，粒径为40μm石英砂60份，柠檬酸钠10份，聚羧酸减水剂PC 10份，海藻酸钠6份，十二烷基苯磺酸钠4份，氧化石墨烯0.1份，渗透结晶母料4份，碳酸钠10份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱5份，乙二胺四乙酸二钠2份，钙离子补偿剂5份，甲基纤维素0.5份，羧甲基纤维素0.5份，可再分散乳胶粉2份，改性聚硅氧烷SXP-01 1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为20分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为30分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例七
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥50份，粒径为40μm石英砂20份，蔗糖1份，聚羧酸减水剂PC1份，亚甲基双甲基萘磺酸钠1份，氧化石墨烯0.5份，渗透结晶母料10份，碳酸钠1份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱0.5份，乙二胺四乙酸四钠0.5份，钙离子补偿剂1份，乙基纤维素0.1份，可再分散乳胶粉1份，改性聚硅氧烷SXP-01 0.1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为25分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为40分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例八
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥100份，粒径为40μm石英砂40份，蔗糖5份，聚羧酸减水剂PC 5份，二异丁基萘磺酸钠5份，氧化石墨烯0.3份，渗透结晶母料7份，碳酸钠2份，硅酸钠3份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱3.5份，左旋酒石酸0.8份，右旋酒石酸0.2份，钙离子补偿剂3份，甲基纤维素0.6份，羟丙基甲基纤维素0.2份，可再分散乳胶粉1份，改性聚硅氧烷SXP-01 0.1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为30分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为30分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
实施例九
提供一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，包括以下重量份数的组分：P.O.42.5海螺硅酸盐水泥200份，粒径为40μm石英砂60份，蔗糖4份，尿素6份，聚羧酸减水剂PC 10份，联苯乙烯二苯基二磺酸二钠3份，木质素磺酸钙7份，氧化石墨烯0.1份，渗透结晶母料4份，碳酸钠7份，硅酸钠3份，十二烷基乙氧基磺基甜菜碱5份，左旋酒石酸2份，钙离子补偿剂5份，甲基纤维素1份，可再分散乳胶粉2份，改性聚硅氧烷SXP-01 1份。
所述氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，包括步骤为：
(1)按照上述原料组分重量比，称取原料总质量50kg，放入100L三维运动混合机中混合搅拌，混合搅拌的时间为25分钟；
(2)混合均匀后放入球磨机中，球磨成粉，球磨的时间为35分钟，在球磨时要避免与水接触，得到氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
本发明还提供与实施例一至实施例九一一对应的对比例一至对比例九，两者的区别在于对比例的配方中不含有氧化石墨烯，其余组分与对应的实施例相同。
并且在本发明中所使用的石英砂为建筑用细砂，氧化石墨烯为市售碳氧比1.5-2.5，单层率≥90％的粉体，钙离子补偿剂为消石灰。
而且由于表面活性剂十二烷基乙氧基磺基甜菜碱是一种两性型表面活性剂，其既能在碱性条件下溶解，也能在酸性条件下溶解，从而扩大了水泥基pH的范围，即就是扩大了本发明中的防水材料的适用范围。
聚羧酸减水剂PCPC是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，聚羧酸减水剂PCPC主链上的-COO-与Ca2+络合降低氧化石墨烯周围的自由Ca2+，聚羧酸减水剂PCPC侧链的空间位阻效应阻碍Ca2+对氧化石墨烯的交联作用；缓凝剂的缓凝作用在于羟基吸附在水泥颗粒表面与水化产物表面上的O2-形成氢键，同时，其他羟基又与水分子通过氢键缔合，同样使水泥颗粒表面形成了一层稳定的溶剂化水膜，从而抑制水泥的水化进程。
各实施例与对比例制备的水泥基渗透结晶型防水材料进行水泥砂浆涂层抗渗性能测试，试验方法按照国标GB18445-2012所述进行，测试结果如表1。
表1各实施例与对比例抗渗压力值(MPa)
1 2 3 4 5 6 7 8 9
实施例 1.1 0.9 0.7 1.0 0.8 0.6 1.0 0.9 0.7
对比例 0.8 0.6 0.4 0.7 0.5 0.4 0.7 0.6 0.4
由检验结果可见，本发明一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料较不加入氧化石墨烯的水泥基渗透结晶型防水材料在抗渗压力方面有明显提升。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：水泥50-200份，石英砂20-60份，缓凝剂1-10份，减水剂1-10份，分散剂1-10份，氧化石墨烯0.1-0.5份，渗透结晶母料4-10份，结晶沉淀剂1-10份，表面活性剂0.5-5份，络合剂0.5-2份，钙离子补偿剂1-5份，纤维素醚0.1-1份，可再分散乳胶粉1-2份，消泡剂0.1-1份。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述缓凝剂为蔗糖、葡萄糖酸钠、柠檬酸钠、尿素中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸减水剂PC。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述分散剂为木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、没食子酸、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙烯吡咯烷酮K30、海藻酸钠、十二烷基苯磺酸钠、亚甲基双甲基萘磺酸钠、二异丁基萘磺酸钠以及联苯乙烯二苯基二磺酸二钠中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述结晶沉淀剂为速溶硅酸钠和/或碳酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述表面活性剂为十二烷基乙氧基磺基甜菜碱。
7.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述络合剂为左旋酒石酸、右旋酒石酸、内消旋酒石酸、二水左旋酒石酸钠二钠、乙二胺四乙酸、乙二胺四乙酸二钠以及乙二胺四乙酸四钠中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料，其特征在于，所述纤维素醚为甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、乙基纤维素以及羧甲基纤维素中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、按重量份称取水泥，石英砂，缓凝剂，减水剂，分散剂，氧化石墨烯，渗透结晶母料，结晶沉淀剂，表面活性剂，络合剂，钙离子补偿剂，纤维素醚，可再分散乳胶粉，消泡剂，备用；
S2、向水泥中加入氧化石墨烯，渗透结晶母料，搅拌一定时间，得到混合组分A；
S3、向步骤S2得到的混合组分A中加入缓凝剂，减水剂，分散剂，结晶沉淀剂，表面活性剂，络合剂，钙离子补偿剂，纤维素醚，可再分散乳胶粉，消泡剂，搅拌一定时间，得到混合组分B；
S4、向步骤S3得到的混合组分B加入建筑用砂混合均匀，得到混合组分C；
S5、将步骤S4得到的混合组分C在球磨机内球磨成粉，球磨时间为20-40分钟，在球磨时避免与水接触，得到基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料。
10.根据权利要求9所述的一种基于氧化石墨烯改性的水泥基渗透结晶型防水材料的制备方法，其特征在于，步骤S2、S3、S4中所述混合搅拌是在三维运动混合机中进行，且混合搅拌时间为15-30分钟。
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