CN114262196A - 一种自清洁高耐候性混凝土修护材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，属于建筑材料技术领域，包括以下质量份数的组分：纳米二氧化钛1‑5份；碳纳米管0.5‑1份；复合无机填料2‑5份；聚丙烯纤维5‑10份；硅酸盐水泥30‑50份；粉煤灰5‑10份；细砂10‑20份；减水剂3‑5份；丙烯酸改性环氧聚合乳液10‑20份；表面活性剂0.2‑1.5份。本发明提供的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，具有光催化自清洁、优秀的耐候性，优秀的耐腐蚀，低收缩性的特点。本发明还提供一种自清洁高耐候性混凝土修护材料的制备方法。

Description

一种自清洁高耐候性混凝土修护材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，更具体地说，是涉及一种自清洁高耐候性混凝土修护材料及其制备方法。

背景技术

水泥基材料是一种无机非金属材料，是当代最主要的人造建筑材料之一，尤其在路面结构中，由水泥基材料构成的水泥混凝土路面依旧占有极大比重。水泥基材料的劣化是结构工程中较为普遍的现象，造成劣化的原因除了早期开裂外，其他造成劣化和耐久性下降的原因基本都由水泥基材料表面开始，首先是表面封闭性能下降，进而是内部结构被有害物质侵蚀，最终导致整个结构的破坏，而造成表面封闭性能下降的主要原因则是表面裂缝的产生。因此，提高由水泥基材料构成的水泥混凝土路面耐久性最主要的工作是增强表面性能。

聚合物乳液可以提高水泥基材的柔韧性，添加聚合物乳液不仅能提高基体本身的性能，还提高了水泥基间的相互作用，使材料的性能远高于普通混凝土的基本性能，聚丙烯纤维能有效地控制混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂纹，防止及抑制混凝土原生裂缝的形成和发展，大大改善混凝土的防裂抗渗性能、抗冲磨性能，增加混凝土的韧性，从而提高混凝土的使用寿命。

通过TiO2的光催化特性实现了自清洁。在没有光照的情况下，其表面具有疏水性，但在紫外光的照射下，会转变为超亲水性；另一方面，TiO2会在紫外光的诱导下，通过化学反应，把光能转化为化学能，分解表面附着的水和其他有机污染物，这些物质被分解后以气体形式离开物质表面，残留的固体微粒又会随着水膜铺展而被带走，从而实现自清洁表面的效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自清洁高耐候性混凝土修护材料及其制备方法，旨在解决现有的修护材料存在的耐候性差的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，包括以下质量份数的组分：

纳米二氧化钛1-5份；碳纳米管0.5-1份；复合无机填料2-5份；聚丙烯纤维5-10份；硅酸盐水泥30-50份；粉煤灰5-10份；细砂10-20份；减水剂3-5份；丙烯酸改性环氧聚合乳液10-20份；表面活性剂0.2-1.5份。

优选地，包括以下质量份数的组分：

纳米二氧化钛2.5份；碳纳米管0.75份；复合无机填料2.5份；聚丙烯纤维7.5份；硅酸盐水泥40份；粉煤灰7.5份；细砂15份；减水剂4份；消泡剂0.35份；丙烯酸改性环氧聚合乳液15份；表面活性剂0.85份。

优选地，所述复合无机填料为碳酸钙、高岭土、云母粉、水滑石中的一种或多种；

优选地，所述减水剂为亚甲基萘磺酸钠缩聚物、萘磺酸甲醛缩合物中的一种或多种。

优选地，所述表面活性剂为二丙酮醇、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或多种。

优选地，所述粉煤灰的粒径大小为50-100μm；

所述聚丙烯纤维的长度大小为50-100mm。

优选地，丙烯酸改性环氧聚合乳液采用以下步骤制得：

将环氧树脂溶解在有机溶剂中，室温条件下搅拌均匀，其中有机溶剂为丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；

将氧化性引发剂加入混合溶液中，室温条件下搅拌均匀；将表面活性剂的水溶液加入混合溶液中，搅拌均匀。粗乳化液做成后，高速搅拌15分钟，得到预乳化液；

将预乳化液、还原性引发剂分别分成两份；其中一份预乳化液与一份还原性引发剂加入反应容器中，待反应温度升到60℃时，加入另一份预乳化液、还原性引发剂，反应1.5-3h。

优选地，所述有机溶剂为丙烯酸；所述氧化性引发剂为过氧化二叔丁基；所述还原性引发剂为布吕格曼还原剂。

本发明还提供一种自清洁高耐候性混凝土修护材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：准备制备过程所需纳米二氧化钛、碳纳米管、复合无机填料、水、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、细砂、丙烯酸改性环氧聚合乳液、萘磺酸盐系高效减水剂；

步骤2：将纳米二氧化钛、碳纳米管、复合无机填料与水混合，超声分散2h，调节溶液pH值为3-7；

步骤3：将硅酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、细砂混合搅拌均匀；

步骤4：将丙烯酸改性环氧聚合乳液、萘磺酸盐系高效减水剂、步骤2得到的混合溶液均匀混合，超声15min。

步骤5：将步骤4所得液体混合物加入到步骤3所得固体混合物中，搅拌速度120r/min，慢速搅拌5min，加入表面活性剂，继续搅拌80-100s。

本发明提供的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料及其制备方法的有益效果在于：与现有技术相比，本发明一种自清洁高耐候性混凝土修护材料及其制备方法，本发明制备的混凝土维护材料具有光催化自清洁、优秀的耐候性，优秀的耐腐蚀，低收缩性的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料的制备方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，现对本发明提供的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料进行说明。所述一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，包括以下质量份数的组分：

纳米二氧化钛1-5份；碳纳米管0.5-1份；复合无机填料2-5份；聚丙烯纤维5-10份；硅酸盐水泥30-50份；粉煤灰5-10份；细砂10-20份；减水剂3-5份；丙烯酸改性环氧聚合乳液10-20份；表面活性剂0.2-1.5份。

其中，纳米二氧化钛直径在100纳米以下，产品外观为白色疏松粉末。具有抗线、抗菌、自洁净、抗老化性能。纳米二氧化钛的使用使得该种修护材料可实现光催化自清洁功能。

碳纳米管为的层间距0.34nm，直径18nm。碳纳米管表面较为活泼，用于负载纳米二氧化钛，实现光催化自清洁。

减水剂为萘系高效减水剂。更具体的是，减水剂为亚甲基萘磺酸钠缩聚物、萘磺酸甲醛缩合物中的一种或多种。使用萘系高效减水剂的特点有：减水率较高(15％～25％)，不引气，对凝结时间影响小，与水泥适应性相对较好，能与其他各种外加剂复合使用。

表面活性剂为二丙酮醇、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或多种。聚二甲基硅氧烷具备良好的表面状态控制能力。聚醚聚酯改性有机硅氧烷的相容性依靠聚醚和聚酯进行调整，链越长相容性越好，分子量越大，其表面状态控制能力就越强，增滑性、抗粘连性就越好，此外还可以起到聚合物乳液消泡的作用。

粉煤灰的粒径大小为50-100μm。粉煤灰由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒。粉煤灰大部分呈球状，表面光滑，微孔较小。部分颗粒因熔融时粘连，表面粗糙、棱角多呈蜂窝状组合粒子。一般指燃料燃烧所产生的烟道气中的任何固体颗粒，有时也包括在水泥生产过程中悬浮在空气中的颗粒状物质。粉煤灰主要物相是玻璃体，占50％～80％；所含晶体矿物有莫来石、α-石英、方解石、钙长石、硅酸钙、赤铁矿和磁铁矿等，还有少量未燃的碳。

聚丙烯纤维的长度大小为50-100mm。聚丙烯纤维的使用可以改善保水性、降低早期收缩、减少裂纹。

复合无机填料为碳酸钙、高岭土、云母粉、水滑石中的一种或多种，能有效提高混凝土修复材料的抗磨性、耐腐蚀性、降低收缩。

丙烯酸改性环氧聚合乳液可以提高混凝土修复材料耐久性，如抗冻性、抗渗性、防腐、防霉性等。

本发明提供的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，与现有技术相比，本发明制备的混凝土维护材料具有光催化自清洁、优秀的耐候性，优秀的耐腐蚀，低收缩性的特点。

本发明还提供一种自清洁高耐候性混凝土修护材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、准备制备过程所需纳米二氧化钛、碳纳米管、复合无机填料、水、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、细砂、丙烯酸改性环氧聚合乳液、萘磺酸盐系高效减水剂、表面活性剂；

步骤S2、将纳米二氧化钛、碳纳米管、复合无机填料与水混合，超声分散2h；

步骤S3、将硅酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、细砂混合搅拌均匀；

步骤S4、将丙烯酸改性环氧聚合乳液、萘磺酸盐系高效减水剂、步骤2得到的混合溶液均匀混合，搅拌15min；

步骤S5、将步骤4所得液体混合物加入到步骤3所得固体混合物中，搅拌速度100-150r/min(120r/min)，慢速搅拌3-8min(5min)，加入表面活性剂，继续搅拌60-120s(80-100s)。

实施例1

在本实施例中，该种自清洁高耐候性混凝土修护材料包括以下质量份数的组分：纳米二氧化钛1.75份；碳纳米管0.5份；碳酸钙2份；聚丙烯纤维9份；硅酸盐水泥35份；粉煤灰9份；细砂12.5份；减水剂2份；丙烯酸改性环氧聚合乳液15份；表面活性剂0.8份

实施例2

在本实施例中，该种自清洁高耐候性混凝土修护材料包括以下质量份数的组分：纳米二氧化钛2份；碳纳米管0.75份；碳酸钙5份；聚丙烯纤维7.5份；硅酸盐水泥42.5份；粉煤灰7.5份；细砂15份；减水剂4份；丙烯酸改性环氧聚合乳液15份；表面活性剂0.85份。

实施例3

在本实施例中，该种自清洁高耐候性混凝土修护材料包括以下质量份数的组分：纳米二氧化钛2.5份；碳纳米管0.5份；水滑石5份；聚丙烯纤维10份；硅酸盐水泥45份；粉煤灰10份；细砂20份；减水剂3份；丙烯酸改性环氧聚合乳液17份；表面活性剂0.85份。

对照组

本对照组实验中，使用市面购买的普通水泥砂浆，更具体的是，河南远特建筑材料RG混凝土砂浆。

性能检测

对实施例1、2、3、对照组中得到的混凝土修护材料按照GB/T 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》测试7d、28d抗压强度，在28天龄期的时候进行弹性模量测试、劈裂抗拉试验，其中用于劈裂试验的试样是直径为100毫米、高度为200毫米的圆柱体。检测结果如表1。

表1力学性能测试

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	对照组
					7d抗压强度	42.7MPa	46.8MPa	49.3MPa	32.9MPa
28d抗压强度	54.2MPa	58.9MPa	69.8MPa	44.6MPa
					弹性模量	32.5GPa	33.8GPa	35.0GPa	26.8GPa
劈裂强度	3.89MPa	4.07MPa	4.90MPa	2.50MPa

自清洁性表面可以抗菌、防雾、防霉、光催化分解污染物。利用水的作用，不仅通过形成滚动的液滴带走污物，还利用光催化来破坏吸附的污物。测试材料的接触角，结果如表2。

表2疏水性检测

检测项目	实施例1	实施例2	实施例3	对照组
					接触角	159°	163°	170°	58°
滚动角	8°	7°	7°	42°

制备直径为75mm、高度为150mm的圆柱形试样，浇筑后24小时将试样从模具中取出，并在27℃下湿养护28天。试验中考虑的温度包括室温、200℃、300℃、400℃、500℃、600℃和700℃。以室温下抗压强度为标准，计算在每个温度下强度损失率。测试结果如表3所示。

表3耐热性测试

制备直径为75mm、高度为150mm的圆柱形试样，浇筑后24小时将试样从模具中取出，并在27℃下湿养护28天。在-20℃冷冻环境放置24h，取出室温下解冻，该步骤循环25次，测试强度损失率，耐冻融性测试结果表明折损率均在15％以内。

以上所述仅为本发明的部分较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

纳米二氧化钛1-5份；碳纳米管0.5-1份；复合无机填料2-5份；聚丙烯纤维5-10份；硅酸盐水泥30-50份；粉煤灰5-10份；细砂10-20份；减水剂3-5份；丙烯酸改性环氧聚合乳液10-20份；表面活性剂0.2-1.5份。

2.如权利要求1所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于，包括以下质量份数的组分：

纳米二氧化钛2.5份；碳纳米管0.75份；复合无机填料2.5份；聚丙烯纤维7.5份；硅酸盐水泥40份；粉煤灰7.5份；细砂15份；减水剂4份；丙烯酸改性环氧聚合乳液15份；表面活性剂0.85份。

3.如权利要求1所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于：所述减水剂为亚甲基萘磺酸钠缩聚物、萘磺酸甲醛缩合物中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于：所述表面活性剂为二丙酮醇、聚二甲基硅氧烷、聚醚聚酯改性有机硅氧烷中的一种或多种。

5.如权利要求1所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于：所述复合无机填料为碳酸钙、高岭土、云母粉、水滑石中的一种或多种。

6.如权利要求1所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于，所述粉煤灰的粒径大小为50-100μm；

所述聚丙烯纤维的长度大小为50-100mm。

7.如权利要求1所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于，丙烯酸改性环氧聚合乳液采用以下步骤制得：

将环氧树脂溶解在有机溶剂中，室温条件下搅拌均匀，其中有机溶剂为丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯中的一种或多种；

将氧化性引发剂加入混合溶液中，室温条件下搅拌均匀；将乳化剂加入混合溶液中，搅拌均匀。粗乳化液做成后，高速搅拌15分钟，得到预乳化液；

将预乳化液、还原性引发剂分别分成两份；其中一份预乳化液与一份还原性引发剂加入反应容器中，待反应温度升到60℃时，加入另一份预乳化液、还原性引发剂，反应1.5-3h。

8.如权利要求8所述的一种自清洁高耐候性混凝土修护材料，其特征在于：所述有机溶剂为丙烯酸；所述氧化性引发剂为过氧化二叔丁基；所述还原性引发剂为布吕格曼还原剂。

9.一种自清洁高耐候性混凝土修护材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：准备制备过程所需纳米二氧化钛、碳纳米管、复合无机填料、水、硅酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、细砂、丙烯酸改性环氧聚合乳液、减水剂、表面活性剂；

步骤2：将纳米二氧化钛、碳纳米管、复合无机填料与水混合，超声分散1.5-3h；

步骤3：将硅酸盐水泥、粉煤灰、聚丙烯纤维、细砂混合搅拌均匀；

步骤4：将丙烯酸改性环氧聚合乳液、减水剂、步骤2得到的混合溶液均匀混合，超声分散15min，；

步骤5：将步骤4所得液体混合物加入到步骤3所得固体混合物中，搅拌速度100-150r/min，慢速搅拌3-8min，加入表面活性剂，继续搅拌60-120s。

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