CN113003983B - 一种高抗渗微晶自愈掺合剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种有快速结晶功能的高抗渗微晶自愈掺合剂。这种高抗渗微晶自愈掺合剂由一定重量份比的聚硅氧烷‑多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂、羟基磷灰石、玄武岩微粉、铝酸钠、碳酸氢钙制备而成混合制备而成。本发明所公开的高抗渗微晶自愈掺合剂，生产成本低、结晶速度快、耐久性良好、质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是一种有快速结晶功能的高抗渗微晶自愈掺合剂。
背景技术
随着社会进步及城市化进程的加快，对建筑防水的要求越来越高，2019年住建部第二次发布《住宅项目规范》征求意见稿。意见稿中，对住宅建筑的设计工作年限做了规定：其中结构寿命不低于50年，屋面与卫生间防水寿命不低于20年，地下室防水不低于结构设计年限。传统的防水卷材和防水涂料已经不能充分满足未来建筑防水的需求。意见稿同时规定了建筑防水设计“以刚为本，刚柔并济”的指导思想。意见稿的出台标志着建筑防水5年质保期即将成为过去式。传统的柔性防水（防水卷材、防水涂料等）防水方式为外贴式防水，材料本身多为有机材料，容易老化，寿命无法满足20-50年以及更长寿命的要求，在柔性防水材料寿命到期后，只剩刚性防水层在服役。
同时，诸多隐蔽式防水结构（如保温屋面、地下结构、隧道、管廊等），防水层一旦失效，维修代价极高甚至无法有效维修。还有许多工程如海（水）上大桥、钻井平台、地下逆作法等工程不能采用柔性防水。刚性防水成了建筑物未来几十年甚至上百年工作服役的唯一屏障。
刚性防水技术存在的最大问题是混凝土在整个服役过程不可避免的要产生裂缝，裂缝产生初期一般不会引起注意，也缺乏人工干预（即使人工干预，有效措施也很少）。而恰恰是这些裂缝的产生，会导致混凝土劣化加速，如碳化深度增加、钢筋锈蚀、发生化学侵蚀、膨胀开裂等，等到状况严重需要维修时，混凝土的工作寿命已大大降低。因此，赋予混凝土快速自修复功能是解决刚性防水开裂、延长建筑服役期的根本之道。
在已经应用的材料中，水泥基渗透结晶防水材料从原理上能到赋予混凝土自修复功能（自愈性），但传统的水泥基渗透结晶防水材料自愈速度过慢，在实际的使用过程中自愈速度赶不上混凝土劣化速度，从而难以真正实现混凝土的自愈。除此之外传统的水泥基渗透结晶防水材料还可能添加一些影响混凝土耐久性的成本，例如：CN 101074355A“水泥基渗透结晶防水材料及其制备方法”，使用了氯化物0.5%-1.0%；CN 101987787A“利用发电厂的工业废料粉煤灰生产水泥基渗透结晶型防水材料的应用技术”、CN 101654351A“水泥基渗透结晶型防水材料”、CN 101830674A“一种水泥基渗透结晶型防水材料”也存在同样的问题，配方中使用了3-7份不等的氯化钙。氯化物能提高水泥基材料的早期指标，但是氯化物的存在会使钢筋发生电化学反应，发生锈蚀，影响钢筋混凝土的寿命。这些配方的设计影响钢筋混凝土的耐久性，实际使用过程中也就很推广使用。另外，如CN 105884288 “一种水泥基渗透结晶型防水材料”使用了大量的燧石粉、方解石粉、白云岩粉、黏土矿物、菱镁矿，这些矿物原料的加入同时引入了大量的钠钾离子，会对混凝土的安定性引起不良反应，造成碱骨料反应，降低混凝土耐久性，同时，自愈性能表现也比较差。
《水泥基渗透结晶型防水材料》（GB18445-2012）是目前水泥基渗透结晶材料的现行检测标准，标准中只规定了材料的第二次抗渗压力，对于三次以上多次抗渗压力指标未涉及，并且二次抗渗压力的指标要求显著低于一次抗渗压力指标，说明目前水泥基渗透结晶防水材料的自愈性能是逐次下降的。这就充分说明现有水泥基渗透结晶防水材料结晶速度较慢，自愈合能力会逐渐降低，这对于实际应用环境，尤其是隧道、地下结构等难以后期修复的环境使用来说，这样的材料性能是远远不够的。
因此，为了真正实现“以刚为本”，减少混凝土劣化，实现混凝土耐久性设计，开发一种生产成本低、结晶速度快、质量稳定、耐久性良好的高抗渗自愈掺合剂是必要的。该技术应用于建筑工程，才能充分满足国家提出的防水与结构同寿命的要求，才能带来良好的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于，针对传统水泥基渗透材料结晶速度慢，影响混凝土长期性、耐久性的问题，本发明提供一种成本低、结晶速度快、质量稳定、耐久性良好的高抗渗自愈掺合剂。这种高抗渗微晶自愈掺合剂由聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂、羟基磷灰石、玄武岩微粉、碳酸氢钙、铝酸钠制备而成，上述各组分的重量比为:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物10-50份
硅烷偶联剂30-50份
羟基磷灰石150-250份
玄武岩粉400-600份
碳酸氢钙50-150份
铝酸钠50-100份
硅烷偶联剂为乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。硅烷偶联剂优选氨基硅烷偶联剂。
本发明高抗渗微晶自愈掺合剂制备方法如下：
步骤1、将玄武岩颗粒磨细至100-150目，然后将聚硅氧烷-多烷氧基醚和硅烷偶联剂喷入玄武岩粉体搅拌30-60分钟；
步骤2、将粉体在120摄氏度至150摄氏度环境干燥120分钟备用；
步骤3、将羟基磷灰石和备用的玄武岩粉体一起磨细至800-1000目；
步骤4、将羟基磷灰石和玄武岩粉体、铝酸钠、碳酸氢钙粉体装入分体搅拌机，搅拌30-60分钟，混合均匀，过筛、分装、备用。
本发明是采用无机化学物质为主，辅助部分有机化学物质制备成的干粉状材料，通过晶核和内养护作用提升混凝土自身的密实度和自愈性，达到混凝土结构快速自愈的目的。
本发明中的粉体材料和水泥一起搅拌配制混凝土或者砂浆。掺合剂中的羟基磷灰石中钙离子和羟基具有极高活性，钙离子和水化早期产生的硅酸根、铝酸根离子化合生成水化硅酸钙、水化铝酸钙，而羟基又可以被硅酸根、铝酸根取代，通过基团取代，晶体迅速长大，羟基磷灰石作为晶核剂，大大降低了结晶成核动力，使结晶反应快速发生。
当混凝土产生裂缝且有水存在时，材料中的碳酸氢钙氢离子活性较高，可以与水泥水化的氢氧化钙发生中和反应，打破钙离子的平衡状态，促进水泥进一步水化，为混凝土自愈发生提供物质基础，同时酸碱中和产生的游离水为单分子或者小分子团，活性比常规大分子基团水高，可以深入混凝土内部，起到内养护作用，促进高龄期混凝土的水化。
玄武岩粉为硅铝质火山灰质材料，具有潜在活性，水泥水化产生的氢氧化钙碱性较弱，激发作用较差，铝酸钠水解后产生的氢氧化钠碱性较强，可以激发玄武岩粉的潜在活性，水解产物与游离钙离子发生反应生成水化硅酸钙、水化铝酸钙，水化产物属于水泥水化的同质物，裂缝能够得到快速愈合。
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物加入使混凝土界面张力显著下降，为活性化学物质的渗透、迁移增加动力。
硅烷偶联剂可以改善水泥水化石与集料过渡界面性能，提高粘接力，减少过渡界面的裂缝产生，减少碱骨料反应，提高混凝土的耐久性。
通过羟基磷灰石的晶核剂作用、碳酸氢钙水化作用、铝酸钠-玄武岩体系的碱激发作用、聚硅氧烷-多烷氧基醚和硅烷偶联剂的渗透增强作用，来实现混凝土体系的快速结晶自愈，实际测试一次抗渗、二次抗渗都远高于国标要求，并且一次、二次以及标准未作要求的三次抗渗都呈上升状态，可见该配方的自愈性能（快速结晶）并没有随着自愈次数的增加而迅速衰减。
附图说明
图1为本发明实施例性能指标对比图。
具体实施方式
下面结合具体实施事例，进一步阐述本发明。应理解为，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明做出的各种改动或修改，这些等价形式仍属于本发明申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
配方（重量份数比）：
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物10份、硅烷偶联剂30份、羟基磷灰石150份、玄武岩粉400份、碳酸氢钙50份、铝酸钠50份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌30分钟，120℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至800目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例2
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物30份、硅烷偶联剂40份、羟基磷灰石180份、玄武岩粉500份、碳酸氢钙100份、铝酸钠100份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌60分钟，120℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至800目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例3
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物10份、硅烷偶联剂50份、羟基磷灰石150份、玄武岩粉400份、碳酸氢钙150份、铝酸钠50份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌30分钟，150℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至1000目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例4
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物30份、硅烷偶联剂30份、羟基磷灰石180份、玄武岩粉500份、碳酸氢钙50份、铝酸钠100份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌60分钟，150℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至1000目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例5
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物30份、硅烷偶联剂40份、羟基磷灰石200份、玄武岩粉450份、碳酸氢钙100份、铝酸钠50份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌45分钟，120℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至900目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例6
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物50份、硅烷偶联剂50份、羟基磷灰石250份、玄武岩粉550份、碳酸氢钙150份、铝酸钠100份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌60分钟，150℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至900目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例7
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物30份、硅烷偶联剂40份、羟基磷灰石250份、玄武岩粉600份、碳酸氢钙120份、铝酸钠80份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌45分钟，120℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至900目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
实施例8
本发明实施例性能指标如下:
聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物50份、硅烷偶联剂50份、羟基磷灰石200份、玄武岩粉600份、碳酸氢钙150份、铝酸钠80份。
制备时将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌60分钟，150℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至1000目，将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠、碳酸氢钙微粉，搅拌混合均匀，过筛、分装、备用。
按照上述实施例的制备方法，可以制备出性能要求略有差异，适合不同场合的高抗渗微晶自愈掺合剂。上述实施例中高抗渗微晶自愈掺合剂的掺量为混凝土或砂浆中水泥用量的2-3%（质量比），试验方法按照《水泥基渗透结晶型防水材料》（GB18445-2012）中水泥基渗透结晶性防水剂试验方法。本发明所公开高抗渗微晶自愈掺合剂，生产成本低、结晶速度快、耐久性良好、质量稳定，具有其他水泥基渗透结晶防水材料无法比拟的特性，可广泛应用于建筑物结构自防水中起到防水、抗裂、满足混凝土结构耐久性等作用。
Claims (6)
1.一种高抗渗微晶自愈掺合剂，其特征在于，由聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物、硅烷偶联剂、羟基磷灰石微粉、玄武岩微粉、铝酸钠、碳酸氢钙微粉制备而成，上述各组分的重量比为: 聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物10-50份、硅烷偶联剂30-50份、羟基磷灰石微粉150～250份、玄武岩微粉400～600份、铝酸钠50～100份、碳酸氢钙微粉50～150份。
2.如权利要求1所述的一种高抗渗微晶自愈掺合剂，其特征在于，所述羟基磷灰石微粉粒度为800-1000目。
3.如权利要求1所述的一种高抗渗微晶自愈掺合剂，其特征在于，所述玄武岩微粉粒度为800-1000目。
4.如权利要求1所述的高抗渗微晶自愈掺合剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为乙烯基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰氧基的硅烷偶联剂中的一种或几种的混合物。
5.如权利要求1所述的高抗渗微晶自愈掺合剂，其特征在于，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂。
6.如权利要求1所述的高抗渗微晶自愈掺合剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1、将破碎后的玄武岩颗粒和羟基磷灰石颗粒装入高频振动磨中磨细至100-150目备用；将磨细后的玄武岩微粉和羟基磷灰石微粉装入高速固体搅拌机中，在搅拌过程中将聚硅氧烷-多烷氧基醚共聚物和硅烷偶联剂混合液喷洒在粉体中，搅拌30-60分钟；
步骤2、将搅拌后的粉体在120-150℃下烘干120分钟，待烘干后的混合物冷却至室温后备用；
步骤3、将上述备用粉体再次装入高频振动磨中磨细至800-1000目；
步骤4、将磨细后的微粉放入固体搅拌机中，加入铝酸钠和碳酸氢钙微粉，搅拌30-60分钟，混合均匀，过筛、分装、备用。
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