CN115093247A - 一种渗透聚合柔性防水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渗透聚合柔性防水材料及其制备方法，属于灌浆堵漏材料技术领域。一种渗透聚合柔性防水材料，包括A组份和B组份，其中A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸盐水溶液50～80份、酯类化合物10～20份、无机硅10～30份、乳化剂5～10份；B组份包括以下重量份数的各组分：渗透剂0.01～0.05份、固化剂2～8份、催化剂1～3份、水90～97份。所述防水材料渗透能力强，渗透至混凝土内部后结晶固化形成弹性体防水凝胶，形成的弹性体防水凝胶强度高且干缩率低，起到修补裂缝和再造防水层的效果。解决现有技术中水玻璃类灌浆材料易干缩脱落、丙烯酸盐灌浆材料强度低的问题。

Description

一种渗透聚合柔性防水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及灌浆堵漏材料技术领域，更具体地，涉及一种渗透聚合柔性防水材料及其制备方法。

背景技术

化学灌浆是将由单体或低聚体、溶剂、固化剂或交联剂等组成的浆液灌入混凝土工程所需修复的部位，浆液经交联聚合反应形成凝胶或固结体，使被修复的部位胶结并形成一个整体，从而达到修补裂缝、防渗和加固的目的。目前，化学灌浆材料已被广泛的应用于大坝、水库、涵闸等基础防渗帷幕和地基加固、桥基加固以及桥体裂缝补强、地下建筑物(如地铁、隧道等)的防渗堵漏等领域。

化学灌浆材料的种类很多，丙烯酸盐灌浆材料是使用很广泛的一大类。丙烯酸盐灌浆材料是以丙烯酸盐单体，配以交联剂、引发剂等组成的水溶性浆液，浆液粘度低，可灌性好，凝胶速度快，凝胶时间从数秒到数十分钟可调，凝胶体保水性好，堵漏效果可立竿见影，但是也存在缺点，如凝胶体强度很低，与混凝土粘接差，在干燥的环境下凝胶体会慢慢失水而干缩，干缩后的凝胶体遇水之后又会吸水膨胀，在这个干缩-膨胀的循环过程，容易发生脱粘甚至凝胶体的破坏，导致复漏。水玻璃类灌浆材料是指水玻璃在固化剂作用下，生成凝胶以充填裂缝间隙。由于水玻璃来源丰富、价格低廉、污染小、黏度低、凝胶时间可调节等优点，是化学灌浆材料中应用最广、用量最大的灌浆材料。但是水玻璃凝胶体容易干缩而从混凝土表面脱落，影响其耐久性。

为了解决上述问题，中国专利CN109942739A公开了一种水玻璃-丙烯酸盐复合凝胶堵水剂及其制备方法。将丙烯酸盐灌浆材料与水玻璃进行复配，形成的多重性的复合凝胶堵水剂。水玻璃具有较好的水溶性，在溶胶凝胶过程中不会生成孔结构，能提高凝胶体的强度，以水玻璃为硅前驱体形成Si-O-Si网络结构，同时丙烯酸盐在交联剂、促进剂、引发剂的作用下聚合，最终制得的复合凝胶堵水剂在强度方面具有较高的优势，同时保水性好，不易干缩脱落，封堵能力较强。但是该发明只是将保水性好的丙烯酸盐和水玻璃进行简单复配，以提高水玻璃的吸液能力，其降低干缩的能力有限。且该发明的堵水剂不能满足抗冲击、耐磨以及耐强腐蚀的要求。本发明的防水材料不仅强度高，渗透能力强，防水性能好，具备一定韧性，还具有极佳的抗冲耐磨耐腐蚀特性，可广泛应用于各类环境和场合，不易老化。

因此，亟需一种强度高、干缩小的防水材料。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种渗透聚合柔性防水材料，所述防水材料渗透能力强，渗透至混凝土内部后结晶固化形成弹性体防水凝胶，形成的弹性体防水凝胶强度高且干缩率低，且耐磨性好，起到修补裂缝和再造防水层的效果。解决现有技术中水玻璃类灌浆材料易干缩脱落、丙烯酸盐灌浆材料强度低的问题。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种渗透聚合柔性防水材料，包括A组份和B组份，其中A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸盐水溶液50～80份、酯类化合物10～20份、无机硅10～30份、乳化剂5～10份；

B组份包括以下重量份数的各组分：渗透剂0.01～0.05份、固化剂2～8份、催化剂1～3份、水90～97份。

本发明的防水材料渗透能力强，在渗透剂的作用下，防水材料可以渗透至混凝土内部；本发明的渗透聚合柔性防水材料以丙烯酸盐、酯类化合物和无机硅为主料，A组份和B组份混合后，酯类化合物在固化剂的作用下生成脲键，丙烯酸盐在固化剂的作用下形成丙烯酸树脂，无机硅在催化剂的作用下形成水化硅酸钙凝胶；然后形成的聚脲树脂、水化硅酸钙凝胶与丙烯酸树脂通过氢键交联形成网状的有机无机杂化超分子材料；该超分子材料体系中，聚脲树脂在丙烯酸树脂和水化硅酸钙凝胶的表面形成一层膜，以保证丙烯酸吸收的水分在干燥环境下不易蒸发，进而降低收缩率。该超分子材料的状态为弹性体凝胶，结合了水化硅酸钙凝胶的致密性、丙烯酸树脂的高分子防水膜的斥水性和聚脲树脂的耐酸碱腐蚀、弹性模量大的特性，具有强度高、弹性好、干缩率低等优点。本发明的防水材料渗透至混凝土内部后，在裂缝内结晶固化形成弹性体凝胶，起到修补裂缝和再造防水层的效果，起到显著的防腐防水和耐磨效果。

优选的，所述A组份与B组份的体积比为1:2～2:1。

优选的，所述丙烯酸盐水溶液中丙烯酸盐的质量浓度为30～60％，所述丙烯酸盐水溶液包括丙烯酸钠水溶液、丙烯酸钙水溶液或丙烯酸镁水溶液中的至少一种。

优选的，所述酯类化合物包括异氰酸酯、天门冬氨酸酯或对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。

更优选的，所述异氰酸酯包括二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

优选的，所述无机硅包括硅酸钠、硅溶胶或纳米二氧化硅中的至少一种。

优选的，所述乳化剂包括失水山梨糖醇脂肪酸酯、辛基苯基聚氧乙烯醚或平平加中的至少一种。

优选的，所述渗透剂包括十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚或偏硅酸钠中的至少一种；所述催化剂包括氯化钙、亚硝酸钙或硝酸钙中的至少一种。

优选的，所述固化剂包括六亚甲基四胺、二乙烯三胺或二乙基甲苯二胺中的至少一种。

本发明还提供所述渗透聚合柔性防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取所述丙烯酸盐水溶液、酯类化合物和无机硅进行混合，加入乳化剂后，在30～40℃下，在1500～2500rpm/min转速下高速搅拌0.5～1h，得到A组份；

S2.按配比称取所述渗透剂、固化剂、催化剂和水，混合均匀，即得到B组份；

S3.使用前将A组份和B组份混合均匀，即得到所述渗透聚合柔性防水材料。

本发明的制备方法中，步骤S1将丙烯酸盐水溶液、酯类化合物和无机硅混合，在乳化剂和高速搅拌的作用下，使丙烯酸盐、酯类化合物和无机硅混合形成均一相，得到A组份；步骤S2将渗透剂、固化剂和催化剂配制成溶液，得到B组份；步骤S3将A组份和B组份混合后，即得到所述渗透聚合柔性防水材料。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的渗透聚合柔性防水材料以丙烯酸盐、酯类化合物和无机硅为主料，A组份和B组份混合后，酯类化合物在固化剂的作用下生成脲键，无机硅在催化剂的作用下形成水化硅酸钙凝胶，然后形成的聚脲树脂、水化硅酸钙凝胶与丙烯酸树脂通过氢键交联成网状的有机无机杂化超分子材料，该超分子材料体系中，聚脲树脂在丙烯酸树脂和水化硅酸钙凝胶的表面形成一层膜，以保证丙烯酸吸收的水分在干燥环境下不易蒸发，进而降低收缩率。该超分子材料结合了水化硅酸钙凝胶的致密性、丙烯酸树脂的高分子防水膜的斥水性和聚脲树脂的耐酸碱腐蚀、弹性模量大的特性，具有强度高、弹性好、耐磨、干缩率低等优点，起到显著的防腐防水和耐磨效果。

(2)本发明的防水材料渗透能力强，在渗透剂的作用下，防水材料可以渗透至混凝土内部。

具体实施方式

下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例提供一种渗透聚合柔性防水材料，包括A组份和B组份，

其中，A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸钠水溶液60份(丙烯酸钠的质量浓度为50％)、二环己基甲烷二异氰酸酯15份、硅酸钠25份、失水山梨糖醇脂肪酸酯7份；

B组份包括以下重量份数的各组分：脂肪醇聚氧乙烯醚0.03份、六亚甲基四胺5份、氯化钙2份、水93份。

本实施例还提供所述渗透聚合柔性防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取丙烯酸钠水溶液、二环己基甲烷二异氰酸酯和硅酸钠进行混合，加入失水山梨糖醇脂肪酸酯后，在40℃下，在2000rpm/min转速下高速搅拌0.5h，得到A组份；

S2.按配比称取脂肪醇聚氧乙烯醚、六亚甲基四胺、氯化钙和水，混合均匀，即得到B组份；

S3.将A组份和B组份分别倒入分液漏斗，同时打开阀门，将A组份和B组份按体积比1:1进行混合，即得到所述渗透聚合柔性防水材料。

实施例2

本实施例提供一种渗透聚合柔性防水材料，包括A组份和B组份，

其中，A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸钙水溶液50份(丙烯酸钙的质量浓度为50％)、二苯基甲烷二异氰酸酯20份、硅溶胶30份、辛基苯基聚氧乙烯醚6份；

B组份包括以下重量份数的各组分：十二烷基磺酸钠0.02份、二乙烯三胺6份、亚硝酸钙2份、水92份。

本实施例还提供所述渗透聚合柔性防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取丙烯酸钙、二苯基甲烷二异氰酸酯和硅溶胶进行混合，加入辛基苯基聚氧乙烯醚后，在40℃下，在1500rpm/min转速下高速搅拌1h，得到A组份；

S2.按配比称取十二烷基磺酸钠、二乙烯三胺、亚硝酸钙和水，混合均匀，即得到B组份；

S3.将A组份和B组份分别倒入分液漏斗，同时打开阀门，将A组份和B组份按体积比1:2进行混合，即得到所述渗透聚合柔性防水材料。

实施例3

本实施例提供一种渗透聚合柔性防水材料，包括A组份和B组份，

其中，A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸钠水溶液80份(丙烯酸钠的质量浓度为50％)、六亚甲基二异氰酸酯10份、硅酸钠10份、平平加8份；

B组份包括以下重量份数的各组分：脂肪醇聚氧乙烯醚0.03份、二乙基甲苯二胺3份、氯化钙1份、水96份。

本实施例还提供所述渗透聚合柔性防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取丙烯酸钠、六亚甲基二异氰酸酯和硅酸钠进行混合，加入平平加后，在40℃下，在2500rpm/min转速下高速搅拌0.5h，得到A组份；

S2.按配比称取脂肪醇聚氧乙烯醚、二乙基甲苯二胺、氯化钙和水，混合均匀，即得到B组份；

S3.将A组份和B组份分别倒入分液漏斗，同时打开阀门，将A组份和B组份按体积比1:1进行混合，即得到所述渗透聚合柔性防水材料。

对比例1

本对比例的渗透聚合柔性防水材料与实施例1基本相同，区别之处在于，本对比例防水材料的A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸钠水溶液60份(丙烯酸钠的质量浓度为50％)、水15份、硅酸钠25份、失水山梨糖醇脂肪酸酯7份；

即与实施例1相比，本对比例的渗透聚合柔性防水材料A组份中不含二环己基甲烷二异氰酸酯。

对比例2

本对比例的渗透聚合柔性防水材料与实施例1基本相同，区别之处在于，本对比例防水材料的A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸钠水溶液60份(丙烯酸钠的质量浓度为50％)、二环己基甲烷二异氰酸酯3份、水12份、硅酸钠25份、失水山梨糖醇脂肪酸酯7份；

即与实施例1相比，本对比例的渗透聚合柔性防水材料A组份中二环己基甲烷二异氰酸酯的用量减少。

试验例

按照JC/T 2037-2010《丙烯酸盐灌浆材料》的相关规定测试实施例1～3和对比例1～2的防水材料的渗透系数、固砂体抗压强度、抗挤出破坏比降和遇水膨胀率；

其中收缩率的测试方法为：将测试样品置于干燥环境中，直到固结体质量不再减少，剩余质量和最初质量的比值；测试结果见表1。

表1测试结果

从表1的测试结果可知，本发明实施例1～3的渗透聚合柔性防水材料的固化物渗透系数低，抗渗性好，固砂体抗压强度高，各项性能均远超于JC/T 2037-2010的要求；且固化物的干燥收缩率低，起到修补裂缝和防水堵漏的效果，降低防水材料干缩引起的复漏风险。与实施例1、3相比，实施例2中A组份和B组份的体积比为1:2，A组份用量变少，所以各项性能均略有下降。通过比较实施例1和对比例1可以发现，当防水材料中缺少酯类化合物时，防水材料的固砂体抗压强度和抗挤出破坏比降显著降低，收缩率显著上升，这是因为没有聚脲树脂形成膜包裹在丙烯酸树脂表面，丙烯酸树脂在干燥环境下失水量多，导致收缩率显著上升。通过比较实施例1和对比例2可以发现，当防水材料中酯类化合物的用量太低时，固砂体抗压强度，抗挤出破坏率比降和遇水膨胀率均有一定幅度下降，收缩率显著上升。

②按照JG/T 337-2011《混凝土结构防护用渗透型涂料》的相关规定测试氯离子渗透深度和吸水量比；测试结果见表2。

表2测试结果

注：氯化物环境下测试。

从表2的测试结果可知，本发明的渗透聚合柔性防水材料可以有效抵抗氯离子的侵蚀，说明本发明的防水材料具有良好的耐腐蚀性，可同时起到防腐防水效果。

③按照DL/T5207-2005《水工建筑物抗冲磨防空蚀混凝土技术规范》的相关规定测试防水材料的耐磨性。

表3磨损率测试结果

从表3的测试结果可知，本发明的渗透聚合柔性防水材料具有极佳的耐磨性能，对比例1缺少二环己基甲烷二异氰酸酯，磨损率显著上升，耐磨性能下降。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，包括A组份和B组份，其中A组份包括以下重量份数的各组分：丙烯酸盐水溶液50～80份、酯类化合物10～20份、无机硅10～30份、乳化剂5～10份；

B组份包括以下重量份数的各组分：渗透剂0.01～0.05份、固化剂2～8份、催化剂1～3份、水90～97份。

2.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述A组份与B组份的体积比为1:2～2:1。

3.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述丙烯酸盐水溶液中丙烯酸盐的质量浓度为30～60％，所述丙烯酸盐水溶液包括丙烯酸钠水溶液、丙烯酸钙水溶液或丙烯酸镁水溶液中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述酯类化合物包括异氰酸酯、天门冬氨酸酯或对苯二甲酸乙二酯中的至少一种。

5.根据权利要求4所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述异氰酸酯包括二环己基甲烷二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述无机硅包括硅酸钠、硅溶胶或纳米二氧化硅中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述乳化剂包括失水山梨糖醇脂肪酸酯、辛基苯基聚氧乙烯醚或平平加中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述渗透剂包括十二烷基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚或偏硅酸钠中的至少一种；所述催化剂包括氯化钙、亚硝酸钙或硝酸钙中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种渗透聚合柔性防水材料，其特征在于，所述固化剂包括六亚甲基四胺、二乙烯三胺或二乙基甲苯二胺中的至少一种。

10.权利要求1～9任一项所述的渗透聚合柔性防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按配比称取所述丙烯酸盐水溶液、酯类化合物和无机硅进行混合，加入乳化剂后，在30～40℃下，在1500～2500rpm/min转速下高速搅拌0.5～1h，得到A组份；

S2.按配比称取所述渗透剂、固化剂、催化剂和水，混合均匀，即B得到组份；

S3.使用前将A组份和B组份混合均匀，即得到所述渗透聚合柔性防水材料。