CN112897930B - 一种疏水性水泥制品及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种疏水性水泥制品的制备方法，是在水泥浆体中加入1H，1H，2H，2H‑全氟辛基三氯硅烷与正己烷的混合物。本发明提供的疏水性水泥制品的制备方法，使用低表面能物质使混凝土从亲水性转变为疏水性，能够从根本上提升水泥基材料的防水性，且不影响水泥基材料的透气性，提升水泥基材料的耐久性。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种疏水性水泥制品及其制备方法。
背景技术
水泥混凝土是目前应用最为广泛的建筑材料，常常服役于较为严酷的环境中，例如高盐高湿高寒环境，长期暴露于紫外线辐射环境等。硫酸盐、氯盐以及镁盐离子的侵蚀、碳化、酸雨侵蚀、冻融等是水泥混凝土中常见的耐久性问题，这些侵蚀反应的发生均需要有水作为介质。因此，阻断水向水泥混凝土内部的传输能够从根本上提升水泥混凝土的耐久性。
优化水泥混凝土的组分可有效改善水泥混凝土的密实度，进而减缓水分在其中的传输，常见的方法有降低水胶比、掺加活性胶凝材料或纳米颗粒等，但材料配合比的优化对水分的传输阻碍作用较小，虽然细化了水泥基材料的孔结构，但是没有消除毛细孔的虹吸效应，且配比的改变没有从根本上改变水泥基材料的亲水性，因此该方法对降低水分的渗入效果非常有限。
另一方面，在混凝土外部使用涂层材料可以在一定程度上阻碍水分的传输。在混凝土表面涂刷、刮涂或者喷涂一定厚度的防护涂料，涂料渗透至结构内部形成憎水膜层或者闭塞结构表面的孔隙和裂缝，达到阻止或者延缓外部环境中水分向水泥混凝土内部的侵蚀。水泥基材料的防护涂层可分为成膜型和渗透型两大类。成膜型材料是在混凝土表面形成一层密封膜层，封堵结构表面的孔隙和裂纹，常用的成膜型涂料包括环氧涂料，聚氨酯涂料，丙烯酸酯涂料和聚脲涂料；渗透型涂料是涂料渗入混凝土内部和水泥基体发生物理化学反应生成新的产物填充孔隙，或者自身聚合形成连续憎水膜层，以起到阻碍水分渗入的目的，常用的渗透型涂料包括有机硅烷材料和水泥基渗透型结晶材料。但涂层材料在长期服役过程中易受到腐蚀介质、紫外线等多种因素的耦合作用，易发生劣化而导致失效，此外涂层的使用会降低水泥混凝土的透气性，混凝土内部的水分和气体难以排出，最终将会导致表面膜层出现气泡、破裂等现象。
发明内容
本发明提供一种具有高疏水水泥制品的制备方法，该方法使用低表面能物质使混凝土从亲水性转变为疏水性，能够从根本上提升水泥基材料的防水性，且不影响水泥基材料的透气性，提升水泥基材料的耐久性。
本发明提供的疏水性水泥制品的制备方法，是在水泥浆体中加入1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷与正己烷的混合物。
优选地，所述水泥浆体中水与水泥的质量比为0.25～0.5：1。
更优选地，所述1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷的掺量是水泥质量的0.5％～1.5％；所述正己烷的掺量是水泥质量的2％～6％。
优选地，所述水泥浆体是将水泥与水混合后在200～300rpm下搅拌2～3min，再在300～500rpm下搅拌2～3min制备得到。
优选地，将所述1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷与所述正己烷混合后搅拌3～5min，再加入至所述水泥浆体中。
优选地，所述水泥制品浇筑后表面覆盖一层保鲜膜，在20～25℃、相对湿度75～95％下养护1～2天后拆模，再在相同条件下养护7～14天。
本发明还提供一种根据上述任一项所述的方法制备得到的疏水性水泥制品。
对比现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供的疏水性水泥制品的制备方法，工艺简单，能够实现水泥基材料防水、自清洁的功能，而且不影响水泥基材料的透气性，为提升水泥材料的耐久性，赋予水泥基材料功能性提供新思路。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明，但是本发明不受这些实施例的限制。
以下具体实施方案中所用材料为水泥、超纯水、正己烷和1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷。其中水泥为P·Ⅰ42.5型基准水泥，超纯水的电导阻率为18.2MΩ·cm，正己烷购买于国药集团，1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷购买于安耐吉化学。
实施例1
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.2g正己烷和0.15g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
需要说明的是，为保证1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷与水泥浆体充分混合，需要先将水和水泥混合制成水泥浆体，再加入1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷及正己烷的混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
实施例2
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.2g正己烷和0.3g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
实施例3
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.2g正己烷和0.45g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
实施例4
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将0.6g正己烷和0.3g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min。得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
实施例5
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.8g正己烷和0.3g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
实施例6
将30g水泥和15g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.2g正己烷和0.3g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
实施例7
将30g水泥和7.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.2g正己烷和0.3g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷混合，搅拌3min，得到混合物；
将上述混合物加入至水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
对比例1
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将混合好的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
对比例2
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将1.2g正己烷加入水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
对比例3
将30g水泥和10.5g水混合，使用搅拌器将水泥和水以200rpm转速搅拌2min，再在500rpm转速下搅拌2min，得到水泥浆体；
将0.3g1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷加入水泥浆体中，利用搅拌器在500rpm条件下搅拌2min，得到的浆体加入模具中，表面覆盖一层保鲜膜后，在25℃、相对湿度为75-85％条件下养护1天后拆模，在相同条件下养护7天后得到疏水性水泥制品。
将各实施例及各对比例制备得到的水泥制品进行表面接触角测试，测试面为成型面，测试前将表面利用砂纸打磨平整。利用DSA25标准接触角测量仪进行测试，每次滴落下的液滴大小为4μL，选取液滴在水泥基材料表面稳定时的状态进行接触角测量，每个样品测试六个不同的位置，结果取平均值。测试结果如表1所示。
表1接触角测试结果
| 试验编号 | 接触角(°) |
| 实施例1 | 98.8±5.7 |
| 实施例2 | 123.5±6.5 |
| 实施例3 | 124.2±5.7 |
| 实施例4 | 101.4±5.4 |
| 实施例5 | 120.7±4.5 |
| 实施例6 | 129.2±5.8 |
| 实施例7 | 98.9±6.9 |
| 对比例1 | 48.9±5.9 |
| 对比例2 | 46.2±6.3 |
| 对比例3 | 88.7±5.3 |
由表1可知，实施例1-7均可以得到疏水性水泥制品，相比于对比例1，实施例1-7的疏水性得到了明显的提升。疏水性随着1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷掺量的增加而增加。仅加入正己烷(对比例2)并不能提高水泥制品的疏水性，仅加入1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷(对比例3)能够提升水泥制品的疏水性，但是提升效果没有复掺正己烷显著。因此，正己烷和1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷是实现显著提升水泥制品疏水性的两个关键因素。
本申请提供的1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷能够与含有羟基的水化产物(例如水化硅酸钙)产生键合作用，使得1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷能够较稳定地与水化产物结合在一起，降低整个体系的表面能，可持续稳定地维持体系的疏水性；同时正己烷能够分散1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷，使得1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷能够较为均匀地与水化产物产生相互作用，从而获得高稳定性的疏水性水泥制品。
综上所述，本发明提供了一种疏水性水泥制品的制备方法，本发明可为提升水泥基材料的耐久性提供一定借鉴，同时，本发明也赋予水泥基材料新功能，例如实现水泥基材料的自清洁效果，将水泥基材料用于油水分离中。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种疏水性水泥制品的制备方法，其特征在于，是在水泥浆体中加入1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷与正己烷的混合物；
所述水泥浆体中水与水泥的质量比为0.25～0.5：1；
所述1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷的掺量是水泥质量的0.5％～1.5％；所述正己烷的掺量是水泥质量的2％～6％；
所述水泥浆体是将水泥与水混合后在200～300rpm下搅拌2～3min，再在300～500rpm下搅拌2～3min制备得到。
2.根据权利要求1所述的疏水性水泥制品的制备方法，其特征在于，将所述1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷与所述正己烷混合后搅拌3～5min，再加入至所述水泥浆体中。
3.根据权利要求1所述的疏水性水泥制品的制备方法，其特征在于，所述水泥制品浇筑后表面覆盖一层保鲜膜，在20～25℃、相对湿度75～95％下养护1～2天后拆模，再在相同条件下养护7～14天。
4.一种根据权利要求1-3任一项所述的方法制备得到的疏水性水泥制品。
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