CN113979701B - 一种水泥基防水涂料，其原料组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水泥基防水涂料，其原料组合物及其制备方法和应用。水泥基防水涂料的原料组合物包括如下重量份数的各组分：20~30份水泥、10~20份机制砂、2~5份活性母料、0.1~0.3份改性PVA纤维、0.5~2份分散剂和0.1~0.5份消泡剂；其中，所述改性PVA纤维的制备方法包括如下步骤：将浸渍有氨基硅油的PVA纤维烘干，表面涂敷阳离子防静电液。本发明制得的水泥基防水涂料具有理想的防水、抗渗、抗侵蚀和去污功效，可承受120米以上的水头高水压，且抗渗、防水时间长，还具有修复缝隙、耐寒和耐热功效，在‑40℃~120℃条件下，无变化，无开裂起皮。

Description

一种水泥基防水涂料，其原料组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种水泥基防水涂料，其原料组合物及其制备方法和应用。
背景技术
在建筑领域，很多建筑物都有防水、抗渗透的需求。由于普通混凝土水泥的抗渗、防水性能较差，水可慢慢渗入混凝土内部，最终导致混凝土水泥柱出现裂痕，甚至被侵蚀、摧毁。对此，本领域常在普通混凝土的表面包覆抗水材料或是涂抹防水涂料。包覆抗水材料的方法成本高，且施工难度大，防水效果一般。涂敷防水涂料的抗渗、防水效果明显优于包覆法，但现有防水涂料的防护程度有限，抗渗、防水效果仍然无法满足使用者需求。
因此，本领域亟需研发一种抗渗、防水效果理想，降低有害离子渗透系数的水泥基防水涂料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中水泥基防水涂料抗渗、防水程度有限等缺陷，而提供一种水泥基防水涂料，其原料组合物及其制备方法和应用。本发明制得的水泥基防水涂料涂敷在混凝土表面，产生的物化反应渗透到内部，可达10cm以上，物化反应形成不溶于水的枝蔓状结晶体，将缝隙密实，堵塞渗透水路，使防水层和混凝土表面形成完整的体系，提高防水、抗渗、抗侵蚀和去污功效，可承受120米以上的水头的高水压，且抗渗、防水时间长；还兼具理想的耐寒和耐热功效，在-40℃~120℃条件下，无变化，无开裂起皮。
本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供一种水泥基防水涂料的原料组合物，其包括如下重量份数的各组分：20~30份水泥、10~20份机制砂、2~5份活性母料、0.1~0.3份改性PVA纤维、0.5~2份分散剂和0.1~0.5份消泡剂；其中，所述改性PVA纤维的制备方法包括如下步骤：将浸渍有氨基硅油的PVA纤维烘干，表面涂敷阳离子型抗静电液。
一些实施例中，所述改性PVA纤维的制备过程中，所述浸渍有氨基硅油的PVA纤维的制备方法可为本领域常规，一般可包括如下步骤：将PVA纤维浸渍在氨基硅油中，即可。其中，所述浸渍的时间可为5~15min，较佳地为8min。
一些实施例中，所述改性PVA纤维的制备过程中，所述涂敷的操作后还可进一步包括干燥的操作。
一些实施例中，所述阳离子防静电液可包括季铵盐类防静电液和/或鏻盐类防静电液。
其中，所述季铵盐类防静电液中可包括烷基叔胺氯化物和/或硬脂酰二甲基戊基氯化铵。所述烷基叔胺氯化物可包括硬脂酰二甲基戊基氯化铵。
一些实施例中，所述改性PVA纤维较佳地为安徽皖维集团有限责任公司生产的产品编号为KS-1500的改性PVA纤维。
一些实施例中，所述水泥可为本领域常规使用的硅酸盐水泥，例如，P.O 42.5硅酸盐水泥。
一些实施例中，所述机制砂的粒径可为本领域常规，较佳地为0.3~2.36mm。
一些实施例中，所述活性母料可包括甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙中的任意一种或多种，较佳地包括甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙。
一较佳实施例中，所述活性母料中还进一步包括偏高岭土和/或硫酸钠。
当所述活性母料包括甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙时，甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙的质量比可为（2.5~3.5）:（0.5~1.5）:（1.5~2.5）:1，较佳地为3:1:2:1。
当所述活性母料包括甲基硅酸钠、偏高岭土、硫酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙时，甲基硅酸钠、偏高岭土、硫酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙的质量比可为（2.5~3.5）:（1.5~2.5）:（1.5~2.5）:（0.5~1.5）:（1.5~2.5）:1，较佳地为3:2:2:1:2:1。研发过程中发现，当采用该种活性母料时，随着水渗透到内部，活性母料反应生成钙矾石等不溶性晶体，不溶性晶体充满毛细管孔隙并与混凝土结合成整体，堵塞混凝土内部的毛细孔道，从而使混凝土致密，防止水渗漏。活性母料与未水化的水泥颗粒发生水化反应，并促进水泥水化，形成水泥水化晶体，生成大量晶体填充，封堵孔隙，使水无法进入混凝土，从而达到更理想的防水效果。
一些实施例中，所述分散剂可为本领域常规使用的分散剂，较佳地为聚氨酯类分散剂，例如，EFKA-4010型分散剂。
一些实施例中，所述消泡剂可为本领域常规使用的消泡剂，较佳地为有机硅类消泡剂，例如，BYK-066N型消泡剂。
一些实施例中，所述水泥的重量份数较佳地为22~28份，更佳地为25~28份。
一些实施例中，所述机制砂的重量份数较佳地为13~18份，更佳地为15~18份。
一些实施例中，所述活性母料的重量份数较佳地为2~4份，更佳地为3~4份。
一些实施例中，所述改性PVA纤维的重量份数较佳地为0.15~0.25份，更佳地为0.2~0.25份。
一些实施例中，所述分散剂的重量份数较佳地为1~1.8份，更佳地为1.4~1.8份。
一些实施例中，所述消泡剂的重量份数较佳地为0.2~0.4份，更佳地为0.3~0.4份。
一些实施例中，所述水泥基防水涂料的原料组合物中还可进一步包括纳米硅灰、纳米氮化硅和TiO2中的任意一种或多种，较佳地包括所述纳米硅灰、所述纳米氮化硅和所述TiO2。
其中，所述纳米硅灰的平均粒径可为本领域常规，较佳地为150~250nm，更佳地为200nm。
其中，所述纳米氮化硅的平均粒径可为本领域常规，较佳地为10~30nm，更佳地为20nm。
其中，所述TiO2中，粒径为2μm 的TiO2的占比可为大于60%。
其中，所述TiO2的晶型可为本领域常规，较佳地为锐钛型。
其中，所述纳米硅灰的重量份数可为1~3份，较佳地为1.5~2.5份，更佳地为2~2.5份。
其中，所述纳米氮化硅的重量份数可为2~12份，较佳地为5~11份，更佳地为8~11份。
其中，所述TiO2的重量份数可为3~5份，较佳地为3.5~4.8份，更佳地为4.2~4.8份。
其中，所述纳米氮化硅和所述纳米硅灰的体积比可为（2~4）：1。
研发过程中发现，所述纳米硅灰和所述纳米氮化硅可使不同孔隙的填充效果更好，可进一步提高混凝土的抗渗性，降低有害离子的渗透系数，同时还能有效地改善界面结构，提高混凝土的密实度、强度和抗侵蚀能力。
当同时添加纳米硅灰和TiO2时，TiO2可负载在纳米硅灰多孔结构中，实现TiO2的有效分散，将二者掺入含改性PVA纤维的水泥基防水涂料中时，TiO2更易向表面迁移，提高TiO2的利用率，促使TiO2充分发挥光催化作用，并保持良好的耐久性。当表面被油污染时，表面的TiO2可催化油污产生大量羟基基团，使表面具有超亲水性，表面接触角降低，不易被油污再次附着、污染，油污可在自身重力、外部风力和雨水冲洗的作用下脱落，从而实现自清洁。
一些实施例中，所述水泥基防水涂料的原料组合物中还可进一步包括水。
其中，所述水的重量份数可为本领域常规，较佳地为80~110份，更佳地为88~105份，进一步更佳地为97~105份。
本发明还提供一种水泥基防水涂料的制备方法，原料包括如上所述的水泥基防水涂料的原料组合物，制备方法具体包括如下步骤：
（1）所述水泥、所述机制砂、所述活性母料、所述改性PVA纤维和水经混合反应，制得X组分液体；
（2）所述X组分液体和Q组分液体经混合反应，制得所述水泥基防水涂料；其中，所述Q组分液体包括所述分散剂、所述消泡剂和水。
步骤（1）中，所述水与所述水泥的重量份数比可为（2.2~4.25）：1，较佳地为（2.9~3.3）：1，更佳地为（2.9~3.1）：1。
步骤（1）中，所述混合反应的温度可为本领域该类反应常规的温度，较佳地为室温。
步骤（1）中，所述混合反应的时间可为本领域该类反应常规的时间，较佳地为3~10min，更佳地为5min。
步骤（1）中，所述混合反应可按照本领域常规在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速可为35~55rpm，较佳地为45rpm。
步骤（2）中，所述Q组分液体中的所述水与所述水泥的重量份数比可为（0.5~1.25）：1，较佳地为（0.7~0.9）：1，更佳地为（0.76~0.82）：1。
步骤（2）中，所述Q组分液体中还可进一步包括纳米硅灰、纳米氮化硅和TiO2中的任意一种或多种，较佳地包括所述纳米硅灰、所述纳米氮化硅和所述TiO2。所述Q组分液体中的纳米硅灰、纳米氮化硅和TiO2分别同如上所述的水泥基防水涂料的原料组合物中的所述纳米硅灰、所述纳米氮化硅和所述TiO2。
步骤（2）中，所述Q组分液体的制备方法可为本领域常规，较佳地将所述Q组分液体中各组分混合均匀，即可。
其中，所述混合的温度可为本领域该类操作常规的温度，较佳地为室温。
其中，所述混合的方法可为本领域常规，一般可为搅拌和/或超声波分散。
所述搅拌的转速可为本领域常规，较佳地为100~300rpm，更佳地为200rpm。所述搅拌的时间可为本领域常规，较佳地3~10min，更佳地为5min。
所述超声波分散的频率可为本领域常规，较佳地为20~100KHz。所述超声波分散的时间可为本领域常规，较佳地为3~10min，更佳地为5min。
步骤（2）中，所述混合反应的温度可为本领域该类反应常规的温度，较佳地为室温。
步骤（2）中，所述混合反应的时间可为本领域该类反应常规的时间，较佳地为3~10min，更佳地为5min。
步骤（2）中，所述混合反应可按照本领域常规在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速可为35~55rpm，较佳地为45rpm。
本发明还提供一种水泥基防水涂料，其由如上所述的水泥基防水涂料的制备方法制得。
本发明还提供一种如上所述的水泥基防水涂料在建筑领域作为防水涂层材料的应用。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明中，所述室温为15~40℃。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：本发明制得的水泥基防水涂料涂敷在混凝土表面，产生的物化反应渗透到内部，可达10cm以上，物化反应形成不溶于水的枝蔓状结晶体，将小于0.4mm缝隙密实，堵塞渗透水路，使防水层和混凝土表面形成完整的体系，提高防水、抗渗、抗侵蚀和去污功效，可承受120米以上的水头高水压，且抗渗、防水时间长；还兼具理想的耐寒和耐热，在-40℃~120℃条件下，无变化，无开裂起皮；
改性PVA纤维的吸水率较大，能够有效吸附混凝土表面及空气中的水分，促进水化反应及结晶作用的发生；充分吸收混凝土表面的水分来参与其结晶反应，还会防止空鼓现象的发生。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中，水泥购自安徽海螺水泥股份有限公司，编号为P.O 42.5硅酸盐水泥；
下述实施例中，改性PVA纤维的制备方法为：将PVA纤维浸渍在氨基硅油中，浸渍8min，取出烘干，在表面涂敷季铵盐类防静电液（含烷基叔胺氯化物和硬脂酰二甲基戊基氯化铵），晾干，制得改性PVA纤维。
下述实施例中，机制砂的粒径为0.3~2.36mm；
下述实施例中，纳米硅灰购自上海耀前建筑涂装有限公司；平均粒径为200nm；
下述实施例中，纳米氮化硅购自秦皇岛一诺高新材料开发有限公司；平均粒径为20nm；
下述实施例中，TiO2购自宣城晶瑞新材料有限公司，编号为VK-TA18；粒径为2μm的TiO2的占比为70%；
下述实施例中，分散剂为EFKA-4010分散剂；
下述实施例中，消泡剂为BYK-066消泡剂。
实施例1~3
实施例1~3中水泥基防水涂料的原料组合物见表1；
制备工艺具体包括如下步骤：
（1）按照表1中配方称取各组分，水泥、机制砂、活性母料、改性PVA纤维和水在室温下混合反应5min，制得X组分液体，混合反应在搅拌的条件下进行，搅拌的转速为45rpm；
其中，活性母料为甲基硅酸钠、偏高岭土、硫酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙的混合物，各组分的质量比为3:2:2:1:2:1；
（2）室温条件下，将纳米硅灰、纳米氮化硅、TiO2、分散剂和消泡剂和水在200 rpm的转速下搅拌5min，再于100KHz的条件下超声分散5min，制得Q组分液体；
X组分液体和Q组分液体混合反应5min，混合反应在搅拌的条件下进行，搅拌的转速为45rpm，制得水泥基防水涂料。
表1
Figure 872479DEST_PATH_IMAGE001
实施例4
与实施例1相比，区别仅在于活性母料为甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙的混合物，各组分质量比为3:1:2:1，其他条件参数同实施例1。
实施例5
与实施例相比，区别仅在于不含有纳米硅灰，其他条件参数同实施例1。
对比例1
雷庭（广州）实业发展有限公司雷庭水泥基渗透结晶防水涂料。
对比例2
山东朗顺防水材料有限公司生产的郎顺牌水泥基渗透结晶型防水涂料。
对比例3
与实施例1相比区别仅在于将改性PVA纤维替换为等量的PVA纤维，其他条件参数同实施例1。
效果实施例1
测试上述实施例和对比例制得产品的力学性能和抗渗性能，结果见表2。
抗压强度、抗折强度、粘结强度、抗渗压力、按照《水泥基渗透结晶型防水材料》（GB18445-2012）进行。
氯离子扩散系数按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009）进行。
表2
Figure 727302DEST_PATH_IMAGE002
实验结果证明，按照本发明所述配比制备得到的实施例1~5的水泥基防水涂料与传统普通市场上的水泥基渗透结晶防水材料相比，在涂抹厚度变薄的情况下，可表现出更理想的力学性能和抗渗、防水功效；采用实施例1~3制得的水泥基防水涂料处理28后，当去除涂层时，混凝土仍然具有很好的防水效果，说明随着时间的延长，水泥基防水涂料可以渗入到混凝土结构内部，从根本上密实基体，达到更好的防水效果。可见，本申请制得的水泥基防水涂料的优势比较显著。
效果实施例2
将上述实施例1~3制得的水泥基防水涂料分别涂敷在具有0.4mm裂缝的混凝土表面，涂敷厚度为1kg/m2。涂敷28天后，去除涂层，观察裂缝状态。
结果显示，实施例1~3制得的水泥基防水涂料均可有效修复裂缝，且修复效果理想。
效果实施例3
将上述实施例1~3制得的水泥基防水涂料分别涂敷在混凝土表面，涂敷厚度为1kg/m2。涂敷28天后，将样品分别至于-40℃和120℃环境中处理2h，观察处理后的表面涂层的状况。
结果显示，上述各实验组表面的涂层无变化，无开裂起皮现象发生。可见，上述实施例1~3制得的水泥基防水涂料具有理想的耐寒和耐热性能。
最后，还需要说明的是，在本发明中术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管上面已经通过本公开的具体实施例的描述对本公开进行了披露，但是，应该理解，本领域技术人员可在所附方案的精神和范围内设计对本公开的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本公开所要求保护的范围。

Claims (14)

1.一种水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，其包括如下重量份数的各组分：20~30份水泥、10~20份机制砂、2~5份活性母料、0.1~0.3份改性PVA纤维、0.5~2份分散剂和0.1~0.5份消泡剂；其中，所述改性PVA纤维的制备方法包括如下步骤：将浸渍有氨基硅油的PVA纤维烘干，表面涂敷阳离子防静电液。
2.如权利要求1所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述改性PVA纤维的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
a所述浸渍有氨基硅油的PVA纤维的制备方法包括如下步骤：将PVA纤维浸渍在氨基硅油中，所述浸渍的时间为5~15min；
b所述涂敷的操作后还进一步包括干燥的操作；
c所述阳离子防静电液包括季铵盐类防静电液和/或鏻盐类防静电液；所述季铵盐类防静电液中包括烷基叔胺氯化物。
3.如权利要求2所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述烷基叔胺氯化物包括硬脂酰二甲基戊基氯化铵。
4.如权利要求1所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述水泥基防水涂料的原料组合物满足下述条件中的一种或多种：
a所述水泥为硅酸盐水泥；
b所述机制砂的粒径为0.3~2.36mm；
c所述分散剂为聚氨酯类分散剂；
d所述消泡剂为有机硅类消泡剂；
e所述水泥的重量份数为22~28份；
f所述机制砂的重量份数为13~18份；
g所述活性母料的重量份数为2~4份；
h所述改性PVA纤维的重量份数为0.15~0.25份；
i所述分散剂的重量份数为1~1.8份；
j所述消泡剂的重量份数为0.2~0.4份；
k所述水泥基防水涂料的原料组合物中还进一步包括水，所述水的重量份数为80~110份。
5.如权利要求1所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述活性母料包括甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙中的任意一种或多种。
6.如权利要求5所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述活性母料包括甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙，甲基硅酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙的质量比为（2.5~3.5）:（0.5~1.5）:（1.5~2.5）:1。
7.如权利要求5所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述活性母料中还进一步包括偏高岭土和/或硫酸钠。
8.如权利要求7所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述活性母料包括甲基硅酸钠、偏高岭土、硫酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙，甲基硅酸钠、偏高岭土、硫酸钠、偏铝酸钠、氟硅酸镁和木质素硫酸钙的质量比为（2.5~3.5）:（1.5~2.5）:（1.5~2.5）:（0.5~1.5）:（1.5~2.5）:1。
9.如权利要求1~8中任意一项所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述水泥基防水涂料的原料组合物中还进一步包括纳米硅灰、纳米氮化硅和TiO2中的任意一种或多种。
10.如权利要求9所述的水泥基防水涂料的原料组合物，其特征在于，所述水泥基防水涂料的原料组合物满足下述条件中的一种或多种：
a所述纳米硅灰的平均粒径为150~250nm；
b所述纳米氮化硅的平均粒径为10~30nm；
c所述TiO2中，粒径为2μm的TiO2的占比为大于60%；
d所述TiO2的晶型为锐钛型；
e所述纳米硅灰的重量份数为1~3份；
f所述纳米氮化硅的重量份数为2~12份；
g所述TiO2的重量份数为3~5份；
h所述纳米氮化硅和所述纳米硅灰的体积比为（2~4）：1；
i所述水泥基防水涂料的原料组合物中还进一步包括所述纳米硅灰、所述纳米氮化硅和所述TiO2。
11.一种水泥基防水涂料的制备方法，其特征在于，原料包括如权利要求1~10中任意一项所述的水泥基防水涂料的原料组合物，制备方法具体包括如下步骤：
（1）所述水泥、所述机制砂、所述活性母料、所述改性PVA纤维和水经混合反应，制得X组分液体；
（2）所述X组分液体和Q组分液体经混合反应，制得所述水泥基防水涂料；其中，所述Q组分液体包括所述分散剂、所述消泡剂和水。
12.如权利要求11所述的水泥基防水涂料的制备方法，其特征在于，所述的水泥基防水涂料的制备方法满足下述条件中的一种或多种：
a步骤（1）中，所述水与所述水泥的重量份数比为（2.2~4.25）：1；
b步骤（1）中，所述混合反应的温度为室温；
c步骤（1）中，所述混合反应的时间为3~10min；
d步骤（1）中，所述混合反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为35~55rpm；
e步骤（2）中，所述Q组分液体中的所述水与所述水泥的重量份数比为（0.5~1.25）：1；
f步骤（2）中，所述Q组分液体中还进一步包括纳米硅灰、纳米氮化硅和TiO2中的任意一种或多种；
g步骤（2）中，所述Q组分液体的制备方法为将所述Q组分液体中各组分混合均匀，即可；所述混合的温度为室温；所述混合的方法为搅拌和/或超声波分散；当所述混合的方法为搅拌时，所述搅拌的转速为100~300rpm；当所述混合的方法为搅拌时，所述搅拌的时间3~10min；当所述混合的方法为超声波分散时，所述超声波分散的频率为20~100KHz；当所述混合的方法为超声波分散时，所述超声波分散的时间为3~10min；
h步骤（2）中，所述混合反应的温度为室温；
i步骤（2）中，所述混合反应的时间为3~10min；
j步骤（2）中，所述混合反应在搅拌的条件下进行，所述搅拌的转速为35~55rpm。
13.一种水泥基防水涂料，其特征在于，其由如权利要求11或12所述的水泥基防水涂料的制备方法制得。
14.一种如权利要求13所述的水泥基防水涂料在建筑领域作为防水涂层材料的应用。
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