CN113548829A - 混凝土智能自修复防水防腐密实剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及防水防腐材料技术领域，提出了一种混凝土智能自修复防水防腐密实剂，按照重量份包括以下组分：纳米硅溶胶20～40份，钠盐9～15份，氢氧化钠1～2份，氢氧化钾1～2份，氢氧化锂1～2份，杀菌剂1～2份，消泡剂1～2份，乳化剂1～2份，去离子水40～60份，所述的防水防腐密实剂可作为混凝土添加剂使用也可作为外涂材料使用。通过上述技术方案，解决了现有技术中的防水防腐密实剂密实效果差，会影响混凝土力学性能的问题。
Description
技术领域
本发明涉及防水防腐材料技术领域，具体的，涉及混凝土智能自修复防水防腐密实剂及其制备方法。
背景技术
混凝土材料广泛应用于桥梁、隧道、民用建筑等工程中。混凝土基建筑物中常见的问题是渗漏，另外由于混凝土本身会出现干缩，同时外界温度变化也会对建筑物产生影响，会导致混凝土基建筑物出现裂缝。混凝土开裂，会降低混凝土结构保护层厚度，导致侵蚀性介质、空气与水分向混凝土结构内部传输加速，缩短了混凝土结构内部钢筋活化腐蚀时间，降低混凝土结构的使用寿命。
目前，常用的混凝土防水密实剂主要有高级脂肪酸类，氯化铁类。对于高级脂肪酸类掺入混凝土中，随着掺入比例的增大，混凝土的强度会随之降低，长期浸渍时防水性也会降低。而对于氯化铁类，氯离子可能会锈蚀钢筋，已被限制使用。目前市场的防水剂产品往往在工程实际使用中会产生诸多的不良反应，无法达成理想的防水剂的使用效果。
一种混凝土密实增强剂(申请号201910210192.1)，掺量需要为混凝土胶凝材料重量比的7.3％，才能起到一定的减少坍落度损失、提高力学性能的效果，而且该申请文件中的产品为混凝土添加剂，无法作为外涂剂进行使用。一种混凝土结构自密实防水剂及其制备方法和应用(202011141135.1)提供了一种密实防水剂，混凝土结构自密实防水剂的用量为1.5-2.3％，且只能作为混凝土添加剂使用，无法实现外涂防水。
发明内容
本发明提出一种混凝土智能自修复防水防腐密实剂及其制备方法，解决了现有技术中的防水防腐密实剂密实效果差、影响混凝土力学性能的问题。
本发明的技术方案如下：
一种混凝土智能自修复防水防腐密实剂，按照重量份包括以下组分：纳米硅溶胶20～40份，钠盐9～15份，氢氧化钠1～2份，氢氧化钾1～2份，氢氧化锂1～2份，杀菌剂1～2份，消泡剂1～2份，乳化剂1～2份，去离子水40～60份。
作为进一步的技术方案，所述钠盐包括偏硅酸钠、富马酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述消泡剂包括聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物。
作为进一步的技术方案，所述杀菌剂包括溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物。
作为进一步的技术方案，所述乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
本发明还提出一种混凝土智能自修复防水防腐密实剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、在去离子水中加入纳米硅溶胶、钠盐搅拌；
S2、依次加入氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂并搅拌；
S3、加热后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在去离子水中依次加入杀菌剂、消泡剂、乳化剂并搅拌；
S5、加入S3所得主料，加热并搅拌乳化后静置得产品。
作为进一步的技术方案，所述步骤S1中，搅拌时间为20～30min；
所述步骤S2中，加入氢氧化钠搅拌5～8min，再加入氢氧化钾并搅拌5～8min，再加入氢氧化锂搅拌5～8min。
作为进一步的技术方案，所述步骤S3中，加热至30～40℃。
作为进一步的技术方案，所述步骤S4中，加入杀菌剂搅拌6～10min，再加入消泡剂并搅拌6～10min、最后加入乳化剂搅拌6～10min。
作为进一步的技术方案，所述步骤S5中，加热至30～40℃后搅拌乳化30～40分钟，静置得产品。
本发明的有益效果为：
1、本发明的密实剂实现了既可以用于混凝土添加剂，又可用于外涂材料应用，使用在任何混凝土表面，包括桥梁、机场跑道、水库、隧道、停车场、人行走道、污水池和水处理柜，次要密封结构、地下拱顶贮藏室、地基、屋面板和地下建筑，是现有技术无法达到的。作为混凝土添加剂时，只需添加1％即可达到较好的效果。涂布使用时可密封不大于0.5毫米的裂缝，并提高混凝土强度，具有持久提升混凝土防水防腐密实度的特点，本发明的密实剂在涂布使用时，不粘在混凝土表面，通过在毛细管内的结晶反应，它变成了混凝土的一部分，在混凝土的任何面(背水面或迎水面)，它都有抵抗液静压的能力。
2、此产品为水性液体，具有良好的渗透性，能够渗透到混凝土的内部与钙离子反应，形成不溶性硅酸钙针状晶体，能良好的填充混凝土毛细孔和发丝裂纹，并且能自我愈合修复后期出现的发丝裂纹和孔洞，可以在混凝土空洞和毛细管深处形成了一个结晶结构，结晶体生长时，它还可以深度渗入基材毛细孔，将污秽和杂质逐出表面，同时亦在表面形成了一层阻碍，防止水的渗透和侵略性化学物的侵入，对混凝土建筑的防水防腐效果明显，能够持久的保持防水防腐性，保护效果与混凝土同寿命。
3、本发明的密实剂为吸湿性溶液，具有亲水性和憎水特性，可以找寻水源，且与水结合，生成结晶，从而防水。结晶紧紧的粘附在混凝土的毛孔里，根据湿气的多少生长与收缩。因此，为建筑物提供了防水功能以及降低了湿气渗透率。本发明可以代替硅烷等不稳定的稀释液成分，将本发明的密实剂与硅烷对比干燥情况时，本发明的干燥率系数(涂层试件干燥率(24小时)与基准试件干燥率(18小时)的百分比即为干燥率系数)可达到31.7％，硅烷仅能达到30.2％，碱处理后吸收率7.8％，硅烷9.5％，既能代替硅烷类不稳定稀释液成分，又能取得更好的效果。
4、本发明利用纳米分散乳化技术，在月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠的作用下凭借颗粒小、好渗透的原理，快速渗透到混凝土内部，与混凝土中的钙离子发生硅酸钙等化学反应，形成针状和枝状结晶体从而持续密实混凝土达到持久性防水作用。
5、本发明中自愈结晶成分是以纳米硅溶胶、偏硅酸钠、酒石酸钠、富马酸钠，其主要作用是渗透到混凝土内部，与混凝土中的钙离子发生化学反应，形成结硅酸钙结晶体，达到密实和堵塞混凝土内的孔隙，形成的结晶既有亲水性又有吸水性，因而具有双重防水阻湿作用，它还可以深度渗入基材毛细孔，将污秽和杂质逐出表面。
6、基面清结成分物质为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂，其主要作用在于清除混凝土表面的灰尘和油渍，打开混凝土表面的毛细孔隙，主要作用是通过降低微细孔隙表面张力，从而使得本发明中配制的活性成分进入混凝土内。
7、本发明采用月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠为乳化剂一方面能够改善颗粒之间的分散性，把小颗粒的团聚进行分离，达到分散的纳米颗粒在水分子之间完美嵌入，另一方面磺酸基的引入能够提高触变性能，对于砂浆的力学强度有所提高，更好的提高乳化分散能力，减少团聚作用，对纳米颗粒的剪切和分散性进行提高，把小颗粒的团聚进行分离，达到分散的纳米颗粒在水分子之间完美嵌入，能够保证密实剂的活性成分均匀的分散进入混凝土中，提高混凝土的防水性和持久性能。
8、本发明以溴化十二烷基二甲基苄基铵和呋酰胺为杀菌剂，对混凝土建筑表面的微生物进行抑制繁殖，达到更好保护建筑的作用。溴化十二烷基二甲基苄基铵的加入能够引入烷基长链，提高力学性能和保水性，另一方面还可以起到分散乳化的作用，避免活性成分团聚，提高混凝土的工作性和密实度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例1深度渗透显示图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。本发明的具体实施方式中的实验方法和测试方法，没有特殊说明，均为采用常规的实验方法即可。
实施例1
S1、在400kg去离子水中加入200kg纳米硅溶胶、30kg偏硅酸钠、30kg富马酸钠、30kg酒石酸钠搅拌分散乳化30min；
S2、加入氢氧化钠10kg搅拌5min、氢氧化钾10kg搅拌5min、氢氧化锂10kg搅拌5min；
S3、加热至33冷却至室温，得到主料备用；
S4、在200kg去离子水中依次加入杀菌剂10kg搅拌6min、消泡剂10kg搅拌6min、乳化剂10kg搅拌6min；
S5、加入S3所得主料，加热至30℃后开始持续搅拌乳化30min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
实施例2
S1、在400kg去离子水中加入400kg纳米硅溶胶、50kg偏硅酸钠、50kg富马酸钠、50kg酒石酸钠搅拌分散乳化30min；
S2、加入氢氧化钠20kg搅拌8min、氢氧化钾20kg搅拌8min、氢氧化锂20kg搅拌8min；
S3、加热至40℃后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在200kg去离子水中依次加入杀菌剂20kg搅拌8min、消泡剂20kg搅拌8min、乳化剂20kg搅拌8min；
S5、加入S3所得主料，加热至40℃后开始持续搅拌乳化40min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
实施例3
S1、在300kg去离子水中加入200kg纳米硅溶胶、30kg偏硅酸钠、40kg富马酸钠、50kg酒石酸钠搅拌分散乳化20min；
S2、加入氢氧化钠15kg搅拌8min、氢氧化钾15kg搅拌8min、氢氧化锂15kg搅拌8min；
S3、加热至35℃后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在100kg去离子水中依次加入杀菌剂15kg搅拌6min、消泡剂15kg搅拌6min、乳化剂15kg搅拌6min；
S5、加入S3所得主料，加热至30℃后开始持续搅拌乳化35min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
实施例4
S1、在300kg去离子水中加入300kg纳米硅溶胶、40kg偏硅酸钠、50kg富马酸钠、30kg酒石酸钠搅拌分散乳化25min；
S2、加入氢氧化钠12kg搅拌5min、氢氧化钾12kg搅拌5min、氢氧化锂12kg搅拌5min；
S3、加热至35℃后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在100kg去离子水中依次加入杀菌剂12kg搅拌5min、消泡剂12kg搅拌5min、乳化剂12kg搅拌5min；
S5、加入S3所得主料，加热至40℃后开始持续搅拌乳化36min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
实施例5
S1、在300kg去离子水中加入250kg纳米硅溶胶、90kg酒石酸钠搅拌分散乳化25min；
S2、加入氢氧化钠10kg搅拌5min、氢氧化钾10kg搅拌5min、氢氧化锂10kg搅拌5min；
S3、加热至35℃后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在100kg去离子水中依次加入杀菌剂10kg搅拌5min、消泡剂10kg搅拌5min、乳化剂10kg搅拌5min；
S5、加入S3所得主料，加热至35℃后开始持续搅拌乳化35min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
实施例6
S1、在300kg去离子水中加入250kg纳米硅溶胶、40kg偏硅酸钠、50kg富马酸钠搅拌分散乳化25min；
S2、加入氢氧化钠18kg搅拌6min、氢氧化钾18kg搅拌6min、氢氧化锂18kg搅拌6min；
S3、加热至40℃后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在100kg去离子水中依次加入杀菌剂10kg搅拌5min、消泡剂10kg搅拌5min、乳化剂10kg搅拌5min；
S5、加入S3所得主料，加热至40℃后开始持续搅拌乳化35min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
实施例7
S1、在400kg去离子水中加入350kg纳米硅溶胶、50kg偏硅酸钠、60kg富马酸钠搅拌分散乳化30min；
S2、加入氢氧化钠20kg搅拌5min、氢氧化钾20kg搅拌8min、氢氧化锂20kg搅拌8min；
S3、加热至40℃后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在200kg去离子水中依次加入杀菌剂20kg搅拌5min、消泡剂20kg搅拌5min、乳化剂20kg搅拌8min；
S5、加入S3所得主料，加热至40℃后开始持续搅拌乳化40min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
对比例1
将实施例1中的月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠用聚氧乙烯芳基醚代替，其他与实施例1相同。
对比例2
将实施例1中的溴化十二烷基二甲基苄基铵替换为等量的呋酰胺，其他与实施例1相同。
对比例3
S1、在400kg去离子水中加入200kg纳米硅溶胶、30kg偏硅酸钠、30kg富马酸钠、30kg酒石酸钠、氢氧化钠10kg、氢氧化钾10kg、氢氧化锂10kg搅拌分散乳化40min；加热至100℃后冷却至室温，得到主料备用；
S2、在200kg去离子水中依次加入杀菌剂10kg搅拌6min、消泡剂10kg搅拌6min、乳化剂10kg搅拌6min；
S5、加入S3所得主料，加热至40℃后开始持续搅拌乳化30min后静置10min得产品。
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
对比例4
在600kg去离子水中加入200kg纳米硅溶胶、30kg偏硅酸钠、30kg富马酸钠、30kg酒石酸钠、氢氧化钠10kg、氢氧化钾10kg、氢氧化锂10kg、杀菌剂10kg、消泡剂搅拌6min、乳化剂10kg搅拌分散乳化50min；加热至40℃后持续搅拌乳化30min后静置10min得产品；
其中所述杀菌剂为溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物；消泡剂为聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物；乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
对比例5
与实施例1的制备方法相比，不加热，室温下处理，其他与实施例1相同。
实验例1
将实施例与对比例所得混凝土防水密实剂添加1％，按照《砂浆、混凝土防水剂JC474～2008》进行测试，测试结果如表1所示。
表1 实施例与对比例的检测结果
实验例2
试样块：根据“保护及修补混凝土结构建筑产品及系统”制成大小为500mm×500mm×200mm混凝土立方试块(水灰率比为0.45)，在每个面涂布200g/㎡的密实剂，常规养护28天后进行如下实验。
实验测试：
使用负荷为44磅的旋转切割机在混凝土样品的表面上的三个不同点处磨损2分钟。测量前后重量变化，并每个实验组进行五组重复实验。按照ASTM C 666-97混凝土抗快速冻融循环性能试验进行冻融循环性能实验，并进行常规的混凝土抗压强度测试。
试验结果如表2所示。
表2 涂布使用时混凝土的性能测试结果
由表1可以发现，本发明的实施例1是综合性能较为优异的实施例。对比例1中月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠用聚氧乙烯芳基醚代替，可以发现得到的密实剂各方面性能都有所降低，发明人认为，这是由于月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠一方面能够改善颗粒之间的分散性，把小颗粒的团聚进行分离，达到分散的纳米颗粒在水分子之间完美嵌入，另一方面磺酸基的引入能够提高触变性能，对于砂浆的力学强度有所提高，更好的提高乳化分散能力，减少团聚作用，能够保证密实剂的活性成分均匀的分散进入混凝土中，提高混凝土的防水性和持久性能。
对比例2中，溴化十二烷基二甲基苄基铵替换为等量的呋酰胺，虽然两者都是杀菌剂，但是发明人通过对比实验的实验数据发现，溴化十二烷基二甲基苄基铵能够提高密实剂除杀菌效果之外其他的效果，发明人认为，这是由于溴化十二烷基二甲基苄基铵的加入能够引入烷基长链，提高力学性能和保水性，另一方面还可以起到分散乳化的作用，避免活性成分团聚，提高混凝土的工作性和密实度。
而对比例3和对比例4的制备方法中没有采用分步添加，对比例4是发明人最开始的制备方法，发现一锅式不仅不能够很好的分散活性成分，还会导致抗压强度下降，而采用本发明实施例中的制备方法，发明人意外的发现，一方面解决了颗粒分散团聚的问题，另一方面还能提高保水性和力学性能和耐磨性。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混凝土智能自修复防水防腐密实剂，其特征在于，按照重量份包括以下组分：纳米硅溶胶20～40份，钠盐9～15份，氢氧化钠1～2份，氢氧化钾1～2份，氢氧化锂1～2份，杀菌剂1～2份，消泡剂1～2份，乳化剂1～2份，去离子水40～60份。
2.根据权利要求1所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂，其特征在于，所述钠盐包括偏硅酸钠、富马酸钠、酒石酸钠中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂，其特征在于，所述消泡剂包括聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、异丙醇质量比为2：1的混合物。
4.根据权利要求1所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂，其特征在于，所述杀菌剂包括溴化十二烷基二甲基苄基铵与呋酰胺质量比为3：1的混合物。
5.根据权利要求1所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂，其特征在于，所述乳化剂为月桂醇聚氧乙烯醚磺基琥珀酸酯二钠。
6.一种混凝土智能自修复防水防腐密实剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在去离子水中加入纳米硅溶胶、钠盐搅拌；
S2、依次加入氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂并搅拌；
S3、加热后冷却至室温，得到主料备用；
S4、在去离子水中依次加入杀菌剂、消泡剂、乳化剂并搅拌；
S5、加入S3所得主料，加热并搅拌乳化后静置得产品。
7.根据权利要求6所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，搅拌时间为20～30min；
所述步骤S2中，加入氢氧化钠搅拌5～8min，再加入氢氧化钾并搅拌5～8min，再加入氢氧化锂搅拌5～8min。
8.根据权利要求6所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，加热至30～40℃。
9.根据权利要求6所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，加入杀菌剂搅拌6～10min，再加入消泡剂并搅拌6～10min、最后加入乳化剂搅拌6～10min。
10.根据权利要求6所述的混凝土智能自修复防水防腐密实剂的制备方法，其特征在于，所述步骤S5中，加热至30～40℃后搅拌乳化30～40分钟，静置得产品。
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