CN114477915A - 一种超疏水水泥预制品的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；本发明的水泥预制品具有超强的疏水性能，该水泥预制品通过在胶凝材料中添加疏水掺和料使水泥预制品本体具有一定的疏水性能，同时添加了复合纤维，以提高水泥预制品本体的机械强度及改善纤维混凝土的界面结合性能，而且由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成的复合纤维可在预制混凝土件的表面形成具有一定粗糙度的表层，不但可以与喷涂的超疏水涂层牢固结合，且喷涂的超疏水涂层可以很好的填充在混凝土预制件的粗糙表层，实现混凝土预制品的超疏水性能。

Description

一种超疏水水泥预制品的制备方法
技术领域
本发明涉及特种混凝土的制备技术领域，尤其是涉及一种超疏水水泥预制品的制备方法。
背景技术
水泥作为工程建设的一种主要材料，具有成型容易、硬化后机械强度高、与骨架结合后的高强稳定性等优良性质，因此在基础设施建设中具有不可替代的作用。水泥预制品即混凝土预制件，是指在工厂中通过标准化、机械化的方式加工生产的混凝土制品，与传统的现浇混凝土需工地现场制模、现场浇注、现场养护的施工工艺相比，水泥预制品具有施工安全系数高、质量可控性好、有助于提高施工效率以及成本低和环境污染小等优点；但是水泥预制品与传统的现浇混凝土相同的是，其表面微孔隙分布较多，在水与固化后的制品或者制品建筑物接触以后，水会被表面微孔所产生的毛细作用吸附至其外表面，随后将会逐步渗入预制品内部结构中，若此时水中含有Cl-、
Figure BDA0003531214190000011
等可对混凝土有侵蚀作用的离子，这些离子也会随水的渗透进入到混凝土的内部而造成预制品及内部钢筋骨架的腐蚀破坏。
通常情况下，在普通的使用环境中钢筋混凝土构筑物不会面对大量的Cl-、
Figure BDA0003531214190000012
Mg2+等对其有害离子的侵蚀，在这种环境下普通的混凝土也能够表现出良好的耐久性能，而且混凝土在普通环境中的使用率颇高，因此人们把混凝土性能提高的研究主要集中在混凝土结构强度上而忽视了混凝土结构在浸水、潮湿等特殊环境下耐久性较差的问题，以及南方长时间阴雨可能会对混凝土结构造成不可逆侵害的问题，并因此而付出巨大代价。
近年来随着我国经济迅速发展，不但城乡建设得到了较为快速的发展，而且桥梁建设与公路铺设等基础设施建设也随之进入了高速发展阶段，在各种工程建设中均少不了水泥预制件的大量使用。由于水泥预制件有现浇混凝土不可比拟的工厂化加工优势，因此水泥预制件更容易制备为具有特种功能的水泥制品，针对上述混凝土性能的缺陷，本发明通过提出一种新型的特种超疏水水泥预制品的制备方法。
发明内容
针对现有技术中的混凝土硬化后耐水性不足以及由此带来的混凝土工程稳定性差的技术问题，本发明提供了一种超疏水水泥预制品的制备方法。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法包括以下步骤：
(1)胶凝材料的备取：所述胶凝材料由水泥、砂、疏水掺和料和复合纤维组成；
(2)将备取的水泥、砂和复合纤维与水混匀后形成水泥灌浆料；
(3)向步骤(2)得到的水泥灌浆料中加入疏水掺和料后充分混合均匀，得到疏水胶凝混料；
(4)在成型模具内层涂抹脱模剂；
(5)在成型模具内浇筑疏水胶凝混料并振捣；
(6)静置拆模后进行自然养护；
(7)养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层。
进一步地，所述的疏水混凝土预制件的制备方法中还包括在步骤(5)中浇筑的疏水胶凝混料中预埋钢制骨架的步骤。
进一步地，所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂800-1200份、疏水掺和料10-20份和复合纤维30-60份，所述胶凝材料在施工前添加400-500份的水，在充分混匀以后作为水泥灌浆料置于成型模具中成型。
进一步地，所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述的砂为经60目细筛筛选的细砂；所述的疏水掺和料为十三氟辛基三乙氧基硅烷；复合纤维由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成，硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为1-3:2，即1-3质量份的硫酸钙晶须与2质量份的粉煤灰纤维进行混合得到复合纤维。硫酸钙晶须是一种短纤维，添加到混凝土产品中可以提起到增强、增韧以及提高拉伸强度等；粉煤灰纤维是一种特殊的纤维，本发明中应用的粉煤灰纤维为吹丝法制得的纤维，其平均直径小于2μm，平均长度小于100μm，对于较长的粉煤灰纤维可以经剪切处理后得到该长度规格的粉煤灰纤维，剪切过程可以采用研磨、绞切或者将纤维团压缩为固形块后裁切，然后绞打分散等方法，所述粉煤灰纤维具有较强的疏水性，可以与水泥灌浆料中的十三氟辛基三乙氧基硅烷充分混合结合分散在水泥灌浆料中，同时由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成的复合纤维可在预制混凝土件的表面形成具有一定粗糙度的表层，该具有一定粗糙度的表层通过具有疏水性的十三氟辛基三乙氧基硅烷和粉煤灰纤维，可以与喷涂的超疏水涂层牢固结合，且喷涂的超疏水涂层可以很好的填充在混凝土预制件的粗糙表层，实现混凝土预制品的超疏水性能。
进一步地，所述超疏水涂层由纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到。
进一步地，所述的超疏水涂层由以下重量份的原料组成：纳米二氧化硅粉体10-20份、粉煤灰5-10份、羧基改性硅油5-10份、疏水型水性聚氨酯5-10份、溶剂30-50份。
进一步地，所述的粉煤灰为微米级粉煤灰，所述的溶剂为对羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯等具有良好溶解性的120#溶剂，所述疏水型水性聚氨酯优选为硅改性水性聚氨酯。
所述的步骤(7)中，养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层的步骤为：将所述纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到的超疏水涂层经施工覆在养护完成后的成品表面作为面层，在室温下或加热操作待溶剂挥发后在混凝土预制品外部形成超疏水涂层。
本发明采用微米级的粉煤灰颗粒与填充在其中的纳米二氧化硅粒子共同构建了超疏水涂层结构，所述的粉煤灰颗粒为表面粗糙、棱角较多的蜂窝状组合粒子，该粒子可以很好的填充于混凝土表面具有一定粗糙度的表层上较大的凹坑里，且可以与粉煤灰纤维实现良好的结合性，进而实现超疏水涂层与混凝土成品表层间良好的结合牢度，使经超疏水涂层涂覆后的混凝土预制品表面宏观上表现的更为平整，但同时由于粉煤灰颗粒为表面粗糙、棱角较多的蜂窝状组合粒子，使经超疏水涂层涂覆后的混凝土预制品表面微观上实际凹凸不平，添加疏水型水性聚氨酯则有助于二氧化硅粒子等纳米颗粒均匀地分布于粉煤灰颗粒所构建的骨架表面，同时可以形成纳米粒子填充所形成的表面凹凸，整个面层的表面凹凸连接成连续的多孔网状结构，这些凹凸使与之接触的液体(水)，由于表面凹凸的凹槽内存在空气，水无法渗入凹槽内，进而在表面形成类似空气垫的结构，使本发明的有混凝土预制品表层具备非常强的疏水性能。
与现有技术相比，本发明具备的优点为：
本发明的水泥预制品具有超强的疏水性能，该水泥预制品通过在胶凝材料中添加疏水掺和料使水泥预制品本体具有一定的疏水性能，同时添加了复合纤维，以提高水泥预制品本体的抗弯、抗拉、抗冲击等性能，同时复合纤维对混凝土的界面融合起到增强作用，改善纤维混凝土的界面结合性能，而且由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成的复合纤维可在预制混凝土件的表面形成具有一定粗糙度的表层，不但可以与喷涂的超疏水涂层牢固结合，且喷涂的超疏水涂层可以很好的填充在混凝土预制件的粗糙表层，实现混凝土预制品的超疏水性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步地说明。
实施例1：一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法包括以下步骤：
(1)胶凝材料的备取：所述胶凝材料由水泥、砂、疏水掺和料和复合纤维组成；
(2)将备取的水泥、砂和复合纤维与水混匀后形成水泥灌浆料；
(3)向步骤(2)得到的水泥灌浆料中加入疏水掺和料后充分混合均匀，得到疏水胶凝混料；
(4)在成型模具内层涂抹脱模剂；
(5)在成型模具内浇筑疏水胶凝混料并振捣；
(6)静置拆模后进行自然养护；
(7)养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层。
进一步地，所述的疏水混凝土预制件的制备方法中还包括在步骤(5)中浇筑的疏水胶凝混料中预埋钢制骨架的步骤。
进一步地，所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂1000份、疏水掺和料15份和复合纤维45份，所述胶凝材料在施工前添加450份的水，在充分混匀以后作为水泥灌浆料置于成型模具中成型；所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述的砂为经60目细筛筛选的细砂；所述的疏水掺和料为十三氟辛基三乙氧基硅烷；复合纤维由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成，硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为1:1。
进一步地，所述超疏水涂层由纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到；所述的超疏水涂层各原料的重量份配比为：纳米二氧化硅粉体15份、粉煤灰8份、羧基改性硅油8份、疏水型水性聚氨酯8份、溶剂40份；所述的粉煤灰为微米级粉煤灰，所述的溶剂为120#溶剂，所述疏水型水性聚氨酯为硅改性水性聚氨酯。
所述的步骤(7)中，养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层的步骤为：将所述纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到的超疏水涂层经施工覆在养护完成后的成品表面作为面层，在室温下或加热操作待溶剂挥发后在混凝土预制品外部形成超疏水涂层。
实施例2：一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法包括以下步骤：
(1)胶凝材料的备取：所述胶凝材料由水泥、砂、疏水掺和料和复合纤维组成；
(2)将备取的水泥、砂和复合纤维与水混匀后形成水泥灌浆料；
(3)向步骤(2)得到的水泥灌浆料中加入疏水掺和料后充分混合均匀，得到疏水胶凝混料；
(4)在成型模具内层涂抹脱模剂；
(5)在成型模具内浇筑疏水胶凝混料并振捣；
(6)静置拆模后进行自然养护；
(7)养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层。
进一步地，所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂800份、疏水掺和料10份和复合纤维30份，所述胶凝材料在施工前添加400份的水，在充分混匀以后作为水泥灌浆料置于成型模具中成型；所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述的砂为经60目细筛筛选的细砂；所述的疏水掺和料为十三氟辛基三乙氧基硅烷；复合纤维由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成，硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为1:2。
进一步地，所述超疏水涂层由纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到；所述的超疏水涂层各原料的重量份配比为：纳米二氧化硅粉体10份、粉煤灰5份、羧基改性硅油5份、疏水型水性聚氨酯5份、溶剂30份；所述的粉煤灰为微米级粉煤灰，所述的溶剂为120#溶剂，所述疏水型水性聚氨酯为硅改性水性聚氨酯。
所述的步骤(7)中，养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层的步骤为：将所述纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到的超疏水涂层经施工覆在养护完成后的成品表面作为面层，在室温下或加热操作待溶剂挥发后在混凝土预制品外部形成超疏水涂层。
实施例3：一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法同实施例1，与实施例1不同的是，所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂1200份、疏水掺和料20份和复合纤维60份，所述胶凝材料在施工前添加500份的水，在充分混匀以后作为水泥灌浆料置于成型模具中成型；复合纤维中硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为3:2；所述的超疏水涂层各原料的重量份配比为：纳米二氧化硅粉体20份、粉煤灰10份、羧基改性硅油10份、疏水型水性聚氨酯10份、溶剂50份。
实施例4：一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法同实施例1，与实施例1不同的是，所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂900份、疏水掺和料18份和复合纤维40份，所述胶凝材料在施工前添加470份的水，在充分混匀以后作为水泥灌浆料置于成型模具中成型；复合纤维中硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为3:2；所述的超疏水涂层各原料的重量份配比为：纳米二氧化硅粉体18份、粉煤灰6份、羧基改性硅油9份、疏水型水性聚氨酯7份、溶剂45份。
对比例1：一种超疏水水泥预制品的制备方法，其包括疏水混凝土预制件的制备；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法包括以下步骤：
(1)胶凝材料的备取：所述胶凝材料由水泥、砂、疏水掺和料和复合纤维组成；
(2)将备取的水泥、砂和复合纤维与水混匀后形成水泥灌浆料；
(3)向步骤(2)得到的水泥灌浆料中加入疏水掺和料后充分混合均匀，得到疏水胶凝混料；
(4)在成型模具内层涂抹脱模剂；
(5)在成型模具内浇筑疏水胶凝混料并振捣；
(6)静置拆模后进行自然养护。
进一步地，所述的疏水混凝土预制件的制备方法中还包括在步骤(5)中浇筑的疏水胶凝混料中预埋钢制骨架的步骤。
进一步地，所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂1000份、疏水掺和料15份和复合纤维45份，所述胶凝材料在施工前添加450份的水，在充分混匀以后作为水泥灌浆料置于成型模具中成型；所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述的砂为经60目细筛筛选的细砂；所述的疏水掺和料为十三氟辛基三乙氧基硅烷；复合纤维由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成，硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为1:1。
将实施例1-4以及对比例1制成直径60mm、厚度7mm的混凝土块进行测试，测试内容包括：利用接触角测量仪对疏水涂层接触进行测试，测量时采用微量进样器每次量取约5μL去离子水滴在待测样品的表面，取5次平行测量的平均值；采用1500号标准砂纸磨损试验进行耐磨性测试，测试方法为：将待测样品表面与砂纸贴合，样品上面放置50g砝码并以4-5mm·s-1的速度匀速拖动样品，匀速拖动样品以20cm作为一个磨损周期进行记录，并采用接触角测量仪测量磨损操作后水接触角的变化，结果如下表所示。
Figure BDA0003531214190000081
以上实施例进一步地说明了本发明的基本原理、主要特征及优点，本领域的技术人员应该了解，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：包括疏水混凝土预制件的制备、超疏水涂层的制备以及将超疏水涂层涂覆于疏水混凝土预制件上制备得到超疏水水泥预制品的步骤；
所述的疏水混凝土预制件的制备方法包括以下步骤：
(1)胶凝材料的备取：所述胶凝材料由水泥、砂、疏水掺和料和复合纤维组成；
(2)将备取的水泥、砂和复合纤维与水混匀后形成水泥灌浆料；
(3)向步骤(2)得到的水泥灌浆料中加入疏水掺和料后充分混合均匀，得到疏水胶凝混料；
(4)在成型模具内层涂抹脱模剂；
(5)在成型模具内浇筑疏水胶凝混料并振捣；
(6)静置拆模后进行自然养护；
(7)养护完成后的成品外部喷涂超疏水涂层。
2.根据权利要求1所述的一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：所述的疏水混凝土预制件的制备方法中还包括在步骤(5)中浇筑的疏水胶凝混料中预埋钢制骨架的步骤。
3.根据权利要求1所述的一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：所述的胶凝材料的各原料的重量份配比为：水泥1000份、砂800-1200份、疏水掺和料10-20份和复合纤维30-60份，所述胶凝材料在施工前添加400-500份的水。
4.根据权利要求1或3所述的一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：所述的水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥；所述的砂为经60目细筛筛选的细砂；所述的疏水掺和料为十三氟辛基三乙氧基硅烷；复合纤维由微米级的硫酸钙晶须和粉煤灰纤维组成，硫酸钙晶须和粉煤灰纤维的质量份配比为1-3:2。
5.根据权利要求1所述的一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：所述超疏水涂层由纳米二氧化硅粉体、粉煤灰、羧基改性硅油以及疏水型水性聚氨酯溶于溶剂得到。
6.根据权利要求1或5所述的一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：所述的超疏水涂层由以下重量份的原料组成：纳米二氧化硅粉体10-20份、粉煤灰5-10份、羧基改性硅油5-10份、疏水型水性聚氨酯5-10份、溶剂30-50份。
7.根据权利要求6所述的一种超疏水水泥预制品的制备方法，其特征在于：所述的粉煤灰为微米级粉煤灰，所述的溶剂为120#溶剂。
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