CN114605858A - 一种自结晶渗透型混凝土防护涂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自结晶渗透型混凝土防护涂料及其制备方法，其由硅酸锂溶液、甲基硅酸钠溶液、乳化剂op‑10、甲基丙烯酸甲酯、单体混合液、KH550、过氧化二烷基溶液和去离子水制成。本发明通过单体调控硅丙乳液的聚合物网络，包括控制晶核的生长以及晶核与聚合物网络的相容性，建立在原位聚合基础上的可调控有机无机复合的混凝土防护涂料，相比于传统的防护涂料，具备极佳的化学物理稳定性，以及晶核嵌入，无机颗粒的生长相比于物理杂化能更好的调控涂层的功能。

Description

一种自结晶渗透型混凝土防护涂料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑外加剂技术领域，具体涉及一种自结晶渗透型混凝土防护涂料及其制备方法。
背景技术
混凝土和钢筋混凝土是建设工程中最重要的建筑材料，但是混凝土构筑物在耐久性方面存在不同程度的问题，例如钢筋锈蚀、混凝土开裂及抗有害离子渗透性、抗碳化性能差等，严重影响了混凝土结构的使用使命。混凝土腐蚀劣化过程中，混凝土保护层被侵蚀介质破坏后，空气中的O2和CO2通过混凝土孔隙扩散到钢筋表面时就会发生锈蚀，当氯离子通过混凝土孔隙侵入到其内部时，混凝土会加速破坏，使用寿命大大缩短。研究发现氯离子的侵蚀速率主要取决于氯离子扩散系数。最后可能导致混凝土开裂，使混凝土构筑物存在严重的安全隐患。
传统的混凝土保护材料有环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸树脂、氯化橡胶及乙烯树脂等，但这些传统保护材料有着自身难以克服的缺点，如耐碱性差、附着力小、耐久性差、施工困难等诸多问题。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种自结晶渗透型混凝土防护涂料。
本发明的另一目的在于提供过上述自结晶渗透型混凝土防护涂料的制各方法。
本发明的技术方案如下：
一种自结晶渗透型混凝土防护涂料，其由硅酸锂溶液、甲基硅酸钠溶液、乳化剂op-10、甲基丙烯酸甲酯、单体混合液、KH550、过氧化二烷基溶液和去离子水制成；其中，
硅酸锂溶液的浓度为22-24％，甲基硅酸钠溶液的浓度为98-99％，该硅酸锂溶液和该甲基硅酸钠溶液的质量比为5-7∶1；
单体混合液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以1-2∶1-2∶2-5的质量比组成；
过氧化二烷基溶液的浓度为98-99％。
在本发明的一个优选实施方案中，硅酸锂溶液和甲基硅酸钠溶液的总量、乳化剂op-10、单体混合液、聚乙烯基环硅烷、KH550和过氧化二烷基溶液的质量比为90-110∶3-5∶85-90∶0.8-1.2∶0.8-1.2∶5-7∶48-53。
进一步优选的，硅酸锂溶液和甲基硅酸钠溶液的总量、乳化剂op-10、单体混合液、聚乙烯基环硅烷、KH550、过氧化二烷基溶液和去离子水的质量比为100∶4∶88∶1∶1∶6∶50。
在本发明的一个优选实施方案中，所述硅酸锂溶液的浓度为23％，所述甲基硅酸钠溶液的浓度为99％。
进一步优选的，所述硅酸锂溶液和所述甲基硅酸钠溶液的质量比为6∶1。
上述自结晶渗透型混凝土防护涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将硅酸锂溶液和甲基硅酸钠溶液超声分散混合均匀，获得澄清透明的A溶液；
(2)将部分去离子水、一半的乳化剂op-10和单体混合液混合后，进行高速分散乳化，获得乳液B；
(3)将剩余去离子水、聚乙烯基环硅烷、另一半乳化剂op-10、KH550和8-11％的乳液B混合，充分搅拌并升温至84-87℃，然后在保温的条件下，边搅拌边缓慢滴加溶液A，获得乳液C；
(4)在保温条件下，向上述乳液C中加入部分过氧化二烷基溶液，并于2.5-3.5h内向乳液C中滴加剩余的乳液B，随后加入剩余的过氧化二烷基溶液，再保温0.8-1.2h后，经过筛，即得所述自结晶渗透型混凝土防护涂料。
在本发明的一个优选实施方案中，所述超声分散的时间为30-40min。
在本发明的一个优选实施方案中，所述高速分散乳化中的转速为1400-1600rpm。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)中，充分搅拌并升温至85℃。
进一步优选的，所述步骤(4)为：在保温条件下，向上述乳液C中加入部分过氧化二烷基溶液，并于3h内向乳液C中滴加剩余的乳液B，随后加入剩余的过氧化二烷基溶液，再保温1h后，经过筛，即得所述自结晶渗透型混凝土防护涂料。。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过单体调控硅丙乳液的聚合物网络，包括控制晶核的生长以及晶核与聚合物网络的相容性，建立在原位聚合基础上的可调控有机无机复合的混凝土防护涂料，相比于传统的防护涂料，具备极佳的化学物理稳定性，以及晶核嵌入，无机颗粒的生长相比于物理杂化能更好的调控涂层的功能。因为是大分子乳液作为主要基底，同样可通过温度调控，高分子相比于无机成分对温度响应更敏感。
2、本发明相比于纯无机的渗透型的涂料，优点体现在：a、以硅丙乳液为基底，聚合物涂料的耐久性和耐候性更好，单体的特定配比保证了硅丙大分子网络的稳定性；b、晶核嵌入，在高分子网络中生长的方式利于无机颗粒的完整性，涂料渗透时利于无机组分与空隙中氯离子键合，再者高分子乳液会对键合部分进行包覆，会对混凝土中产生的空隙和孔洞进行双重保护。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
(1)将浓度为23％的硅酸锂溶液和浓度为99％甲基硅酸钠溶液以6∶1的质量比超声分散30min混合均匀，获得100g澄清透明的A溶液；
(2)将10g去离子水、2g乳化剂op-10和88g单体混合液(由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以2∶1∶3的质量比组成)混合后，进行1500rpm高速分散乳化50min，获得乳液B；
(3)将40g去离子水、1g聚乙烯基环硅烷、2g乳化剂op-10、1g KH550和10％的乳液B混合于装有温度计、搅拌装置和冷凝器的250mL的四口烧瓶，充分搅拌并升温至85℃，然后在保温的条件下，边搅拌边缓慢滴加完溶液A，获得乳液C；
(4)在保温条件下，向上述乳液C中加入浓度为99％的过氧化二烷基溶液4g，并于3h内向乳液C中滴加完剩余的乳液B，随后补加入2g过氧化二烷基溶液，再保温1h后，经过筛，即得所述自结晶渗透型混凝土防护涂料。
将本实施例制得的自结晶渗透型混凝土防护涂料人工涂覆与混凝土标准样块上，使用混凝土氯离子电通量测定仪(满足现行业标准《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》GB/T 50089-2009的有关规定)来测定在一定条件下通过混凝土规定截面积的电量总和来间接评价混凝土的密实性，结果如表1所示，其中空白样就是不涂覆任何东西。
在使用电通量测试仪时，具体有如下步骤：
1.电通量试验应采用直径(100±1)mm，高度(50±2)mm的圆柱体试件，当试件表面有其他附加材料时，应预先去除，且试样内不得含有钢筋等良导电材料，在试件移送试验室前，应避免冻伤或其他物理伤害。
2.电通量试验前应将试件进行真空饱水。应将试件放入真空容器中，然后启动真空泵，应在5min内将真空容器中的绝对压强减少至(1-5)kPa，应保持真空度3h，然后在真空泵仍然运转的情况下，注入足够的蒸馏水或者去离子水，直至淹没试件，应在试件浸没1h后恢复常压，并继续浸泡(18±2)h。
3.在真空饱水结束后，从水中取出试件，且应保持试件所处环境的相对湿度在95％以上。应将试件安装于试验槽内，并采用螺杆将两试验槽和端面装有硫化橡胶垫的试件夹紧。试件安装后，应采用蒸馏水或者其他有效方法检查试件和试验槽之间的密封性能。
4.检查密封性后，应将质量浓度为3.0％的NaCl溶液和摩尔浓度为0.3mol/L的NaOH溶液分别注入试件两侧的试验槽中，注入NaCl溶液的试验槽的铜网应连接电源负极，注入NaOH溶液的试验槽中的铜网应连接电源正极。
5.采用自动采集数据的测试装置后，最后电脑自动得出电通量的数值。
实施例2至4
实施例2中，单体混合液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以2∶2∶2的质量比组成，其余同实施例1。
实施例3中，单体混合液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以1∶2∶5的质量比组成，其余同实施例1。
实施例4中，单体混合液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以2∶2∶2的质量比组成，且步骤(3)充分搅拌并升温至50℃，其余同实施例1。
实施例2至实施例4制得的涂料采用与实施例1相同的方法来进行效果测试，结果如表1所示。
表1
样品 电通量(平均值)
空白样 744.5C
实施例1 687.0C
实施例2 356.8C
实施例3 556.8C
实施例4 687.0C
在此表中，空白样是指混凝块试样未涂覆任何物料，测得电通量为744.5C，实施例1至3分别是对单体混合溶液的甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸的比例进行了改变，而实施例4则是对温度进行了调整，根据最终的电通量测试结果显示，单体混合液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以2∶2∶2的质量比组成时，且搅拌温度为85℃，涂料的电通量最低(356.8C)。说明：甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸的比例和温度显著影响着硅丙乳液的稳定性以及硅丙乳液与硅酸盐溶液的相容性。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种自结晶渗透型混凝土防护涂料，其特征在于：其由硅酸锂溶液、甲基硅酸钠溶液、乳化剂op-10、甲基丙烯酸甲酯、单体混合液、KH550、过氧化二烷基溶液和去离子水制成；其中，
硅酸锂溶液的浓度为22-24％，甲基硅酸钠溶液的浓度为98-99％，该硅酸锂溶液和该甲基硅酸钠溶液的质量比为5-7∶1；
单体混合液由甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸以1-2∶1-2∶2-5的质量比组成；过氧化二烷基溶液的浓度为98-99％。
2.如权利要求1所述的一种自结晶渗透型混凝土防护涂料，其特征在于：硅酸锂溶液和甲基硅酸钠溶液的总量、乳化剂op-10、单体混合液、聚乙烯基环硅烷、KH550和过氧化二烷基溶液的质量比为90-110∶3-5∶85-90∶0.8-1.2∶0.8-1.2∶5-7∶48-53。
3.如权利要求2所述的一种自结晶渗透型混凝土防护涂料，其特征在于：硅酸锂溶液和甲基硅酸钠溶液的总量、乳化剂op-10、单体混合液、聚乙烯基环硅烷、KH550、过氧化二烷基溶液和去离子水的质量比为100∶4∶88∶1∶1∶6∶50。
4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的一种自结晶渗透型混凝土防护涂料，其特征在于：所述硅酸锂溶液的浓度为23％，所述甲基硅酸钠溶液的浓度为99％。
5.如权利要求4所述的一种自结晶渗透型混凝土防护涂料，其特征在于：所述硅酸锂溶液和所述甲基硅酸钠溶液的质量比为6∶1。
6.权利要求1至5中任一权利要求所述的一种y结晶渗透型混凝土防护涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将硅酸锂溶液和甲基硅酸钠溶液超声分散混合均匀，获得澄清透明的A溶液；
(2)将部分去离子水、一半的乳化剂op-10和单体混合液混合后，进行高速分散乳化，获得乳液B；
(3)将剩余去离子水、聚乙烯基环硅烷、另一半乳化剂op-10、KH550和8-11％的乳液B混合，充分搅拌并升温至84-87℃，然后在保温的条件下，边搅拌边缓慢滴加溶液A，获得乳液C；
(4)在保温条件下，向上述乳液C中加入部分过氧化二烷基溶液，并于2.5-3.5h内向乳液C中滴加剩余的乳液B，随后加入剩余的过氧化二烷基溶液，再保温0.8-1.2h后，经过筛，即得所述自结晶渗透型混凝土防护涂料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述超声分散的时间为30-40min。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述高速分散乳化中的转速为1400-1600rpm。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，充分搅拌并升温至85℃。
10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)为：在保温条件下，向上述乳液C中加入部分过氧化二烷基溶液，并于3h内向乳液C中滴加剩余的乳液B，随后加入剩余的过氧化二烷基溶液，再保温1h后，经过筛，即得所述自结晶渗透型混凝土防护涂料。
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