CN113200705A - 一种四臂抗渗密实剂的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于属于建筑混凝土外加剂技术领域，尤其是一种四臂抗渗密实剂的制备方法，制备的抗渗密实剂在混凝土搅拌过程中引入提高混凝土的和易性，提高坍落度，可增加混凝土的早期强度，可增加其抗渗密实度，可使混凝土强度在较低的温度下增长，使混凝土抵抗冻融的能力也加强，在混凝土加工使用过程中，采用了以二氧化硅碱液缓释和硅烷偶联剂制备的四臂抗渗剂为主要原料的抗渗密实剂，引入能填塞混凝土的毛细管孔隙，从而加速了混凝土的硬化，达到抗渗密实的效果。

Description

一种四臂抗渗密实剂的制备方法

技术领域

本发明属于建筑混凝土外加剂技术领域，具体涉及一种四臂抗渗密实剂的制备方法。

背景技术

在经济快速发展的今天，城市规模不断扩大，土地缺乏问题摆在眼前，于是地下空间如大面积地下车库的利用变得尤为重要。由于地下水的作用，地下建筑用混凝土材料需要解决混凝土的抗渗问题。在地下大面积混凝土工程中添加密实剂是提高混凝土抗渗性的有效措施。密实剂是含有水泥活性成分、强化成分的特种混凝土密实材料。密实剂能有效阻止水分子渗透，提高混凝土抗渗性能，同时能够提高混凝土强度，具有抗渗性能好、耐碱酸、耐高低温、氯离子含量低、无味、无毒、无污染、对钢筋无腐蚀等特点，在防止混凝土水分渗透中具有重要作用，实际工程中应用广泛。抗渗混凝土（impermeable concrete）是指抗渗等级等于或大于P6级的混凝土。抗渗混凝土按抗渗压力不同分为P6、P8、P10、P12和大于P12共5个等级。抗渗混凝土通过提高混凝土的密实度，改善孔隙结构，从而减少渗透通道，提高抗渗性。常用的办法是掺用抗渗密实剂，使混凝土内部产生不连通的气泡，截断毛细管通道，改变孔隙结构，从而提高混凝土的抗渗性。此外，减小水灰比，选用适当品种及强度等级的水泥，保证施工质量，特别是注意振捣密实、养护充分等，都对提高抗渗性能有重要作用。抗渗密实剂，通常是以功能性材料采用复合技术而制备的一种混凝土外加助剂，不仅可以提高混凝土的密实性，同时还可以提高混凝土防水抗渗性，满足建筑防水要求，还可以通过有效控制混凝土早期收缩及裂缝，延长伸缩缝、后浇带等部位的设置间距，从而减少渗漏隐患。添加抗渗密实剂的混凝土通常具有密实、防水抗渗等性能优势，在建筑工程中应用广泛，例如住宅地下室、水厂储水池等。中国专利：一种高抗渗混凝土密实剂，中国专利CN111087194A一种高抗渗混凝土密实剂通过对环氧树脂进行处理，结合大分子聚合，构建高柔韧性交联网络体系，起到阻滞微裂纹扩散的作用，能够使得防开裂性能得以有效提高，并可结合其它组分对毛细管网进行封闭，加强防渗效果，以季戊四醇，4，4'二环己基甲烷二异氰酸酯等进行反应，并加入聚乙烯醇磷酸酯进行封端处理，形成具有高密度，良好防渗性能的主体，一方面加快固化干燥的速度和效率，另一方面可在内部发生交联形成防渗透膜层，避免渗透开裂的发生。该专利尽管能够一定程度解决混凝土抗渗问题，但环氧树脂等亲水性差，施工困难，不利于推广应用。中国专利：一种混凝土抗裂抗渗剂及其制备方法，中国专利CN106587714B一种混凝土抗裂抗渗剂及其制备方采用改性磺化石墨烯：1-10%，疏水物质：1-15%，乳化剂A：0.1-2%，消泡剂：0.001-0.01%，余量为水。利用带氨基硅烷改性磺化石墨烯得到具有与混凝土具有优异结合力的改性磺化石墨烯。复合改性磺化石墨烯二维片状纳米材料的抗裂、堵孔效应以及疏水物质防水作用，制备得到能够稳定存放的混凝土抗裂抗渗剂。本发明所述混凝土抗裂抗渗剂提高混凝土抗折抗拉抗裂的性能；同时，可防止水和氯化物盐类通过毛细孔进入混凝土内部，进一步提高混凝土抗渗性能，从而大大提高混凝土的耐久性。很显然该专利采用消泡剂影响混凝土水化反应体积变化，容易产生大裂纹，对混凝土的强度产生影响。本领域技术人员亟待开发一种四臂抗渗密实剂的制备方法，以满足现有的使用需求和性能要求。

发明内容

针对上述问题，本发明旨在提供一种四臂抗渗密实剂及其制备方法。

一种四臂抗渗密实剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、将硅烷偶联剂溶于溶剂中，混合均匀，得硅烷偶联剂溶液；所述的硅烷偶联剂为KH-792或KH-550，所述的硅烷偶联剂与有机溶剂的摩尔体积比为0.3~2mol/L；所述的溶剂为二甲苯或二氯甲烷；步骤S2、将功能基化单体逐滴加入到步骤S1得到的硅烷偶联剂溶液中，或者将功能基化单体逐滴加入到步骤S1得到的硅烷偶联剂溶液中；控制反应温度为10~20℃反应1~2h，之后再控制反应温度为30~40℃反应2~3h，即得四臂抗渗剂；

进一步的，所述步骤S1混合温度为25~28℃，所述步骤S3温度为25~28℃。

步骤S3、准备纳米二氧化硅水溶液，将纳米二氧化硅溶于碱性水溶液里，得到分散纳米二氧化硅碱液；

步骤S4、将步骤S2所得的四臂抗渗剂和步骤S2得到的分散纳米二氧化硅碱液按照质量比2~3∶7~9相混合，即得所述四臂抗渗密实剂。

进一步的，步骤S2中将功能基化单体逐滴加入到硅烷偶联剂中时，控制功能基化单体与硅烷偶联剂的摩尔比为4~5∶1。

进一步的，步骤S2所述的功能基化单体为2，2′-二甲基-3，3′，5，5′-三苯基甲烷四异氰酸酯、1，3-双(N，N-二缩水甘油氨甲基)环己烷中的其中一种或多种。

其中2，2′-二甲基-3，3′，5，5′-三苯基甲烷四异氰酸酯几乎只应用于在常温下与氯丁胶及聚氨酯胶产生迅速交联固化，用作固化剂，又被称为TPMMTI、7900胶、JQ-5胶。

1，3-双(N，N-二缩水甘油氨甲基)环己烷是一种氨基缩水甘油基环氧树脂，主要应用于耐热环氧树脂的制备，并不是本领域常规技术原料，但带有可以功能化的氨基。

进一步的，其中步骤S4采用的纳米二氧化硅尺度为30~70nm，所述的碱性溶液为多硫化钠溶液，pH值控制在10~11之间。

多硫化钠易溶于水呈碱性，主要做丁苯橡胶聚合终止剂或促进剂以及农药的中间体。进一步的，步骤S3制备的纳米二氧化硅分散体占分散纳米二氧化硅碱液总重的重量比例为5~20%。

硅烷偶联剂与功能化反应单体的反应机理简述如下，以KH-550举例说明：

本发明的有益效果：

纳米二氧化硅同微米级粒子相比，具有直径小、比表面面积大和极大的活性，并表现出小尺寸效应和量子尺寸效应。但二氧化硅极易团聚，为使纳米二氧化硅分散均匀，采用碱液缓释分散，而且四臂式抗渗剂具有较长链的位阻效应，链长度更长，表界面相互作用更强，与水泥的相容性更好，本发明的抗渗密实剂，水泥水化过程中铝酸盐和硅酸盐释放出的Ca²⁺和OH^-使溶液呈碱性，硅烷偶联剂在碱性条件下易水解，生成硅醇。生成的硅醇不稳定，其一，硅醇中亲水的羟基同水泥水化产物氢氧化钙和水化硅酸钙C-S-H中羟基脱水形成牢固的Si-O-Si键，同时使疏水基团覆盖于水化硅酸钙凝胶表面，阻止水化硅酸钙C-S-H凝胶生成连续的表面水膜，避免水泥水化过程中在水泥颗粒表面的积聚水化产物，减弱水泥颗粒及水化产物间的凝聚作用，一定程度上可减轻颗粒间的表面阻力，提高浆液流动性；其二，硅醇中游离羟基之间脱水生成疏水低聚物；随之，水泥颗粒以及体积相对较小的水化硅酸钙C-S-H凝胶沉淀，形成结构致密的沉积物，很大程度上排除了水泥材料在搅合、浇注、成型过程中，剩余的水在挥发过程中形成的毛细孔以及水泥材料干燥时收缩留下的孔隙等施工时无法完全消除的孔隙，而这些孔隙对抗渗密实性能具有重大影响。进一步的，硅烷偶联剂水解生成的硅醇与水泥基材发生化学作用，形成网状交联结构，从而充分发挥了其防水抗渗密实的功效。同时利用纳米二氧化硅分散体溶于碱性溶液特点，将纳米二氧化硅溶液pH值为10~11之间的抗渗剂里，在混凝土加工使用过程中，由于添加的减水剂量为水量的较小占比，迅速降低了体系的pH值，通过搅拌，迅速释放出纳米二氧化硅，均匀的分散在水体中，有效避免的纳米的团聚效应，进而提高了混凝土的综合性能，普通水泥材料细观结构是毛糙的，存在孔隙率，采用纳米二氧化硅能有效地减少水泥硬化浆体中的微孔，使在无宏观缺陷水泥竣化浆体中使孔隙率降低；二氧化硅的引入能部分夹在凝胶层之间，使两相之间的结合非常牢固；表面能高，表面缺陷多，易与水泥石中的水化产物产生化学键合，凝胶可在纳米SiO₂和纳米表面形成键合，并键合成三维网络结构，可大大地提高水泥硬化浆体的物理力学性能和耐久性。本发明公开的四臂抗渗密实剂可以降低水泥混凝土水灰比，可显著提高其抗盐冻剥蚀破坏能力，从而提高其耐久性，因此建议在水泥混凝土结构设计及施工过程中，在满足水泥混凝土工作性的前提下，尽可能降低水灰比，提升水泥混凝土结构物的密实度，降低空隙率，减少盐溶液渗入水泥混凝土孔通道，从而达到提升水泥混凝土抗盐冻剥蚀破坏的能力。

相比现有技术本发明具有如下优点：

本发明公开的四臂抗渗密实剂的制备方法以及作用机理与现有的抗渗密实剂并不相同，本发明采用硅烷偶联剂制备四臂抗渗剂通过碱液释放二氧化硅作用，制备具有协同作用的缩抗渗防水密实剂，是低掺量高性能的绿色新型外加剂，可以填充混凝土的毛细孔缝隙，堵塞渗水通道，提高混凝土的密实度，减轻混凝土的收缩开裂，提高混凝土结构的防渗能力，适应于超长结构不留伸缩逢的混凝土防潮、防水、防渗工程的施工，尤其是对于高层建筑的现浇筏片基础、给排水、大型水场工程、引水地面工程更为适宜，同时具有抗冻性能，且制备原料来源广泛，方法简便，成本较低，具有较高的实用经济价值。

具体实施方式

下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。

实施例一

其中1，3-双(N，N-二缩水甘油氨甲基)环己烷购自江苏新纳希Epoxy S-610。

步骤S1、将硅烷偶联剂溶于溶剂中，混合均匀，得硅烷偶联剂溶液，混合温度为28℃；所述的硅烷偶联剂为KH-550，所述的硅烷偶联剂与有机溶剂的摩尔体积比为0.3mol/L；所述的溶剂为二氯甲烷；步骤S2、将1，3-双(N，N-二缩水甘油氨甲基)环己烷逐滴加入到步骤S1得到的硅烷偶联剂溶液中，控制反应温度为20℃反应2h，之后再控制反应温度为40℃反应3h，旋蒸除去溶剂，即得四臂抗渗剂，将1，3-双(N，N-二缩水甘油氨甲基)环己烷逐滴加入到硅烷偶联剂中时，控制功能基化单体与硅烷偶联剂的摩尔比为5∶1；步骤S3、温度为25℃，准备纳米二氧化硅水溶液，将纳米二氧化硅溶于碱性水溶液里，得到分散纳米二氧化硅碱液，制备的纳米二氧化硅分散体占分散纳米二氧化硅碱液总重的重量比例为20%，采用的纳米二氧化硅尺度为70nm，所述的碱性溶液为多硫化钠溶液，pH值控制在11；步骤S4、将步骤S2所得的四臂抗渗剂和步骤S2得到的分散纳米二氧化硅碱液按照质量比3∶7相混合，即得所述四臂抗渗密实剂。

实施例二

2，2′-二甲基-3，3′，5，5′-三苯基甲烷四异氰酸酯购自江苏恒邦7900固化剂TPMMTIA型。步骤S1、混合温度为25℃，将硅烷偶联剂溶于溶剂中，混合均匀，得硅烷偶联剂溶液；所述的硅烷偶联剂为KH-792，所述的硅烷偶联剂与有机溶剂的摩尔体积比为2mol/L；所述的溶剂为二甲苯；步骤S2、将2，2′-二甲基-3，3′，5，5′-三苯基甲烷四异氰酸酯逐滴加入到步骤S1得到的硅烷偶联剂溶液中，控制反应温度为20℃反应1h，之后再控制反应温度为30℃反应2h，即得四臂抗渗剂，将7900固化剂逐滴加入到硅烷偶联剂中时，控制7900固化剂与硅烷偶联剂的摩尔比为4∶1；步骤S3、温度为25℃，准备纳米二氧化硅水溶液，将纳米二氧化硅溶于碱性多硫化钠溶液，pH值控制在10，得到分散纳米二氧化硅碱液，步骤S4制备的纳米二氧化硅分散体占分散纳米二氧化硅碱液总重的重量比例为5%；步骤S4、采用的纳米二氧化硅尺度为30nm，将步骤S2所得的四臂抗渗剂和步骤S2得到的分散纳米二氧化硅碱液按照质量比2∶9相混合，旋蒸除去溶剂，即得所述四臂抗渗密实剂。

对比例1

本对比例与实施例2相比，在步骤S4中，将分散纳米二氧化硅碱液替换为原始的纳米二氧化硅水溶液，除此外的方法步骤均相同。

对比例2

本对比例与实施例2相比，在步骤S4中，四臂抗渗剂替换为同等浓度的硅烷偶联剂KH-792，除此外的方法步骤均相同。

对比例3

本对比例与实施例2相比，在步骤S3中，将碱溶液替换为pH值相同的氢氧化钠溶液，除此外的方法步骤均相同。

试验标准参照JC/T 474-2008砂浆、混凝土防水剂，外加剂折固掺量为水泥用量0.21％，试验结果见表1。将实施例1~2与对比例1~3的抗渗密实剂进行应用性能测试，测试结果见表1

表1 实施例1~2与对比例1~3的抗渗密实剂的应用性能测试结果

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种四臂抗渗密实剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、将硅烷偶联剂溶于溶剂中，混合均匀，得硅烷偶联剂溶液；所述的硅烷偶联剂为KH-792或KH-550，所述的硅烷偶联剂与有机溶剂的摩尔体积比为0.3~2mol/L；所述的溶剂为二甲苯或二氯甲烷；步骤S2、将功能基化单体逐滴加入到步骤S1得到的硅烷偶联剂溶液中，或者将功能基化单体逐滴加入到步骤S1得到的硅烷偶联剂溶液中；控制反应温度为10~20℃反应1~2h，之后再控制反应温度为30~40℃反应2~3h，即得四臂抗渗剂；

步骤S3、准备纳米二氧化硅水溶液，将纳米二氧化硅溶于碱性水溶液里，得到分散纳米二氧化硅碱液；

步骤S4、将步骤S2所得的四臂抗渗剂和步骤S2得到的分散纳米二氧化硅碱液按照质量比2~3∶7~9相混合，即得所述四臂抗渗密实剂。

2.根据权利要求1所述的一种四臂抗渗密实剂的制备方法，其特征在于，步骤S2中将功能基化单体逐滴加入到硅烷偶联剂中时，控制功能基化单体与硅烷偶联剂的摩尔比为4~5∶1。

3.根据权利要求1所述的一种四臂抗渗密实剂的制备方法，其特征在于，步骤S2所述的功能基化单体为2，2′-二甲基-3，3′，5，5′-三苯基甲烷四异氰酸酯、1，3-双(N，N-二缩水甘油氨甲基)环己烷中的其中一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种四臂抗渗密实剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1混合温度为25~28℃，所述步骤S3温度为25~28℃。

5.根据权利要求1所述的一种四臂抗渗密实剂的制备方法，其特征在于，其中步骤S4采用的纳米二氧化硅尺度为30~70nm，所述的碱性溶液为多硫化钠溶液，pH值控制在10~11之间。

6.根据权利要求1所述的一种四臂抗渗密实剂的制备方法，其特征在于，其中步骤S4，步骤S3制备的纳米二氧化硅分散体占分散纳米二氧化硅碱液总重的重量比例为5~20%。