CN114907142A - 一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液及其使用方法 - Google Patents

一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，公开了一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液及其使用方法，包括a组分和b组分；所述a组分包括硅酸钠、硅酸钾和硅溶胶；所述b组分包括EDTA、表面活性剂、水溶性有机溶剂和水。本发明中的混凝土结构生长液通过选择合适配比进行有效渗透填充混凝土中的毛细孔道和通路，生成水不溶的硅酸钙，从而实现阻止水渗漏；在混凝土内部快速形成稳固的枝蔓渗透结构，进一步密实基层混凝土，阻塞渗水的通道，从而基层混凝土表现出优异的抗渗性能。

Description

一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液及其使用方法
技术领域
本发明涉建筑材料技术领域，尤其是涉及一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液及其使用方法。
背景技术
现有的建筑工程中绝大多数是钢筋混凝土框架结构，混凝土在使用过程中，容易受周围环境的物理、化学、生物作用，使混凝土内的某些成分发生反应变性、溶解析出、结晶膨胀及基体开裂等，从而造成混凝土性能的下降出现裂缝、剥离、剥落、蜂窝、漏水、钢筋外露、钢筋锈蚀、承载力不足等问题，不仅直接降低混凝土的性能，更主要的是它会加速混凝土中钢筋的锈蚀。
混凝土保护技术中，涂料的有效渗透以及与水泥活性组分的相互作用是实现涂料防护功能的技术关键。混凝土是介观多孔物质，内部存在游离的CaO等活性组分，只有选择合适的涂料活性成分中使之充分渗透进混凝土中细小微孔和通路，才能够有效结合混凝土中游离的活性组分并进行填充，最终起到保护和修饰混凝土的最终目的。
公开号为CN103833300A的中国发明专利公开了一种结晶防水涂料，所述涂料由以下组分按重量百分比组成：胶凝组分硅酸盐水泥30％～80％、骨架剂细石英砂15％～45％、减水剂亚硝酸钠1％～10％、高分子增韧剂氯化聚乙烯1％～10％、速凝剂铝酸盐2.5％～5.5％；各组分之和为100％。其不足之处在于仅依靠结晶物的吸水膨胀形成防渗区域，并不能纵向延伸到混凝土内部而实现有效渗透填充，容易失效造成混凝土结构不稳定。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液及其使用方法，通过选择合适配比进行有效渗透填充混凝土中的毛细孔道和通路，并在混凝土内部快速形成稳固的枝蔓渗透结构。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现。
第一方面，本发明提供了一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，包括a组分和b组分；所述a组分包括硅酸钠、硅酸钾和硅溶胶；
所述b组分包括EDTA、表面活性剂、水溶性有机溶剂和水。
将a组分和b组分混合施工后，水泥中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙等首先开始水化，释放出Ca2+等离子，液相呈强碱性。表面活性剂溶解于水后将涂料的表面张力降得足够低，一部分硅酸钠直接与混凝土内部的钙离子发生化学反应，直接生成不溶性硅酸钙结晶物。
渗透活性物质向基层混凝土渗透的前提是基层混凝土要充分润湿。当结构生长液涂覆在充分润湿的混凝土表面后，表面活性剂迅速渗入混凝土表面毛细孔，降低了毛细孔中水的表面张力。随着水向基层渗透，EDTA、胶体形态的活性成分也向基层毛细孔中渗透。EDTA作为络合剂，在渗透过程中结合部分毛细孔中的Ca2+，从而避免了Ca2+与毛细孔中残余的微量SiO3 2-过早反应，堵塞毛细孔。形成的可溶性络合物在混凝土内部迁移和渗透，渗透到一定深度后，与另一部分的硅酸钠发生离子交换反应，生成硅酸钙结晶，络合剂重新恢复活性，可继续与混凝土中的钙离子络合。从而促进结构生长液不断延伸，生成水不溶的枝蔓结构，有效堵塞毛细管，从而基层混凝土表现出优异的抗渗性能。
作为优选，按重量份计，所述a组分包括5～10份硅酸钠、3～8份硅酸钾和2～5份硅溶胶。
作为优选，按重量份计，所述b组分包括1～6份EDTA、1.5～4份水溶性有机溶剂和80～90份水。
作为优选，所述水溶性有机溶剂包括PEG或丙二醇。
作为优选，按重量份计，所述b组分还包括1～3份多聚磷酸二氢铝。多聚磷酸二氢铝作为络合剂，促进硅酸与水泥中的钙反应螯合成水不溶的硅酸钙，加快硅酸与水泥中钙的反应，提高渗透结晶速率。
作为优选，所述EDTA为改性的EDTA，其制备方法包括如下步骤：
氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中反应，加入纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。
氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐间会发生酰胺化反应，而将EDTA接枝于环糊精大分子上。γ环糊精的分子为具有较大空腔的筒状物，腔内部呈相对疏水性，而所有羟基则在分子外部，氨基也在分子外部，因此连接的EDTA也分布在外部，可以更好地发生阳离子络合。纳米SiO2粒子为活性高的非晶态物质，可有效提高提高混凝土的抗渗性和耐磨性。由于环糊精的外缘亲水而内腔疏水，因而它能够提供一个疏水的结合部位，使其可依据疏水相互作用力与纳米二氧化硅粒子形成包合物及分子组装体系。但是纳米二氧化硅粒子的粒径相较于环糊精腔体的内径仍较大，之后的聚合反应而形成的交联大分子链有助于将纳米二氧化硅粒子缠结于环糊精内部，从而可以在水性结构生长液中形成较好分散，在其水合生成枝蔓渗透结构的同时，这些纳米颗粒均匀分散到枝蔓结构中，起到了填充、加固以及耐磨等功能化的作用。
多羟基官能团的环糊精和二羟甲基丁酸的聚合反应会在环糊精分子外部延伸得到超支化聚合物分子，其末端有大量活性羟基的高度支化结构的聚合物，可有效提高亲水性以及结构生长液的流动性和分散性。而加入羧甲基纤维素共聚接枝，增强了粘结力，可提高结构生长液处理后混凝土的强度和密实度，进一步改善混凝土的整体性能。先使得二羟甲基丁酸聚合反应生成一定聚合度的超支化聚合物后，该聚合物为类似球形的交联紧凑结构，可以较好包埋纳米二氧化硅粒子。再加入羧甲基纤维素钠接枝，延伸形成较长支链，避免交联形成的粘度过大，而不利于渗透性和流动性。
作为优选，所述氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐的摩尔比为小于等于1；所述反应的温度为60～80℃，反应的时间为12～24小时。
作为优选，所述纳米二氧化硅粒子的粒径为≤40nm；所述氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：6～10：2～5。
纳米二氧化硅粒子的粒径会影响其在环糊精内部的包埋效果。氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比则会影响聚合形成大分子链的构象，以及最终生长液的流动性。
作为优选，所述羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60～75：25～40的水/乙醇混合溶液中；所述羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.5～0.8；所述羧甲基纤维素钠的粘度为2000～7000mPa·s。
羧甲基纤维素钠为阴离子型纤维素衍生物，其所携带的羧甲基数目及粘度都会影响反应进程，并且，未反应的羧甲基会络合阳离子，有利用生长液的快速渗透结晶。
第二方面，本发明还提供了一种包括上述混凝土裂纹防渗漏的结构生长液的使用方法，包括如下步骤：将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行涂刷施工或干撒施工。
涂刷施工指基层混凝土干固后再在其表面涂刷防水材料的施工方式。干撒施工指现浇混凝土未完全干固前(初凝)直接在其表面均匀抛洒防水材料的施工方式。干撒施工简单，进度快，防水材料与基层粘结牢固，小起鼓、脱壳，不过要求掌握好混凝土的干固程度，要求抛撒均匀并压实；涂刷施工工期相对较长，且配料时要求严格，注意养护。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)通过选择合适配比进行有效渗透填充混凝土中的毛细孔道和通路，生成水不溶的硅酸钙，从而实现阻止水渗漏；
(2)在混凝土内部快速形成稳固的枝蔓渗透结构，进一步密实基层混凝土，阻塞渗水的通道，从而基层混凝土表现出优异的抗渗性能；
(3)将EDTA改性在促进水合生成枝蔓渗透结构的同时，加入纳米颗粒起到填充、加固以及耐磨等功能化的作用，可提高结构生长液处理后混凝土的强度和密实度，进一步改善混凝土的整体性能。
具体实施方式
以下用具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
总实施例
混凝土裂纹防渗漏的结构生长液包括a组分和b组分。按重量份计，a组分包括5～10份硅酸钠、3～8份硅酸钾和2～5份硅溶胶，b组分包括1～6份EDTA、1.5～4份PEG或丙二醇和80～90份水，b组分还可包括1～3份多聚磷酸二氢铝。
上述的EDTA可为改性的EDTA，其制备方法包括如下步骤：
摩尔比小于等于1的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于60～80℃下反应12～24小时，加入粒径为≤40nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60～75：25～40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.5～0.8，粘度为2000～7000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：6～10：2～5。
上述结构生长液的使用方法为：
将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行涂刷施工或干撒施工。
实施例1
混凝土裂纹防渗漏的结构生长液包括a组分和b组分。按重量份计，a组分包括7份硅酸钠、5份硅酸钾和5份硅溶胶，b组分包括3份EDTA、2份PEG和80份水。
上述结构生长液的使用方法为：
将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行干撒施工。
实施例2
混凝土裂纹防渗漏的结构生长液包括a组分和b组分。按重量份计，a组分包括5份硅酸钠、7份硅酸钾和4份硅溶胶，b组分包括5份EDTA、3份丙二醇和85份水。
上述结构生长液的使用方法为：
将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行干撒施工。
实施例3
混凝土裂纹防渗漏的结构生长液包括a组分和b组分。按重量份计，a组分包括6份硅酸钠、5份硅酸钾和4份硅溶胶，b组分包括3份EDTA、4份PEG、3份多聚磷酸二氢铝和85份水。
上述结构生长液的使用方法为：
将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行涂刷施工。
实施例4
混凝土裂纹防渗漏的结构生长液包括a组分和b组分。按重量份计，a组分包括7份硅酸钠、5份硅酸钾和5份硅溶胶，b组分包括3份改性的EDTA、2份PEG和80份水。
改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为0.8的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于70℃下反应18小时，加入粒径为10nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60：40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.6，粘度为5000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：7：4。
上述结构生长液的使用方法为：
将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行干撒施工。
实施例5
混凝土裂纹防渗漏的结构生长液包括a组分和b组分。按重量份计，a组分包括7份硅酸钠、5份硅酸钾和5份硅溶胶，b组分包括3份改性的EDTA、2份PEG和80份水。
改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为1的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于80℃下反应15小时，加入粒径为30nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为70：30的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.7，粘度为4000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：8：3。
上述结构生长液的使用方法为：
将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行干撒施工。
对比例1
与实施例4的区别在于：先加入羧甲基纤维素钠溶液，再加入二羟甲基丁酸聚合；
改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为0.8的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于70℃下反应18小时，加入粒径为25nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到羧甲基纤维素钠溶液中进行聚合反应，加入二羟甲基丁酸后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60：40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.6，粘度为5000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：7：4。
对比例2
与实施例4的区别在于：羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.3；改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为0.8的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于70℃下反应18小时，加入粒径为25nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60：40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.3，粘度为5000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：7：4。
对比例3
与实施例4的区别在于：羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为1.0；改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为0.8的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于70℃下反应18小时，加入粒径为25nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60：40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为1.0，粘度为5000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：7：4。
对比例4
与实施例4的区别在于：氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：6：7；
改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为0.8的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于70℃下反应18小时，加入粒径为25nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60：40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.6，粘度为5000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：6：7。
对比例5
与实施例4的区别在于：纳米二氧化硅粒子的粒径为60nm；
改性的EDTA的制备方法包括如下步骤：
摩尔比为0.8的氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中于70℃下反应18小时，加入粒径为60nm的纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。其中，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60：40的水/乙醇混合溶液中，羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.6，粘度为5000mPa·s；氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：7：4。
表1各组的性能测试结果
抗压强度(7d)/MPa 粘结强度/MPa 抗渗强度(背水面)/MPa
实施例1 52.7 2.9 1.7
实施例2 51.5 2.6 1.5
实施例3 52.4 2.8 1.8
实施例4 68.9 3.5 2.8
实施例5 67.5 3.4 2.7
对比例1 61.8 3.3 2.2
对比例2 59.3 3.0 1.9
对比例3 64.1 3.7 2.3
对比例4 62.7 3.8 2.5
对比例5 65.9 3.1 2.1
具体结果如表1所示，结合实施例1-5，可知本发明的混凝土结构生长液通过选择合适配比进行有效渗透填充混凝土中的毛细孔道和通路，生成水不溶的硅酸钙，从而实现阻止水渗漏；在混凝土内部快速形成稳固的枝蔓渗透结构，进一步密实基层混凝土，阻塞渗水的通道，从而基层混凝土表现出优异的抗渗性能。
结合实施例4和对比例1，先加入羧甲基纤维素钠反应，因其为较大的分子长链，分子间的空隙较大，不利于包合纳米二氧化硅粒子，纳米粒子对水泥的增强作用降低。结合实施例4和对比例2-3，羧甲基纤维素钠携带的羧甲基过少会降低水溶性，不利于渗透形成枝蔓结构；而羧甲基过多形成交联聚合，会造成粘度过大，同样不利于流动性和渗透性。结合实施例4和对比例4，加入羧甲基纤维素钠过多也会造成粘度过大，不能形成较好的枝蔓结构，且纳米粒子不能较好分散，抗压强度降低。结合实施例4和对比例5，纳米二氧化硅粒子的粒径过大不能形成较好的包埋结构，分散性降低，流动性也会变差，不利于抗渗性能。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，包括a组分和b组分；
所述a组分包括硅酸钠、硅酸钾和硅溶胶；
所述b组分包括EDTA、表面活性剂、水溶性有机溶剂和水。
2.如权利要求1所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，按重量份计，所述a组分包括5~10份硅酸钠、3~8份硅酸钾和2~5份硅溶胶。
3.如权利要求1所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，按重量份计，所述b组分包括1~6份EDTA、1.5~4份水溶性有机溶剂和80~90份水。
4.如权利要求3所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，所述水溶性有机溶剂包括PEG或丙二醇。
5.如权利要求1所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，按重量份计，所述b组分还包括1~3份多聚磷酸二氢铝。
6.如权利要求1所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，所述EDTA为改性的EDTA，其制备方法包括如下步骤：
氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐在N,N-二甲基乙酰胺中反应，加入纳米二氧化硅粒子后，超声振荡分散，离心后取沉淀物；加入到二羟甲基丁酸中进行聚合反应，加入羧甲基纤维素钠溶液后继续反应，得到改性的EDTA。
7.如权利要求6所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，所述氨基-γ环糊精和乙二胺四乙酸二酐的摩尔比为小于等于1；所述反应的温度为60～80℃，反应的时间为12～24小时。
8.如权利要求6所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，所述纳米二氧化硅粒子的粒径为≤40nm；所述氨基-γ环糊精、二羟甲基丁酸和羧甲基纤维素钠的质量比为1：6~10：2~5。
9.如权利要求8所述一种混凝土裂纹防渗漏的结构生长液，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠溶解在体积比为60~75：25~40的水/乙醇混合溶液中；所述羧甲基纤维素钠中每一葡萄糖单元所携带的羧甲基数目为0.5~0.8；所述羧甲基纤维素钠的粘度为2000~7000mPa·s。
10.一种包括权利要求1-9任一所述混凝土裂纹防渗漏的结构生长液的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将a组分和b组分混合后，注入到混凝土的裂缝中进行涂刷施工或干撒施工。
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