CN115108850A - 一种渗透结晶型防腐防水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种渗透结晶型防腐防水材料及其制备方法，属于混凝土外加剂技术领域。一种渗透结晶型防腐防水材料，包括以下重量份数的各组分：水玻璃100份、纳米水化硅酸钙晶种0.1～2份、络合分散剂0.3～1份、调节剂30～90份、渗透剂0.01～0.02份。本发明的渗透结晶型防腐防水材料，采用纳米水化硅酸钙晶种作为结晶剂，该纳米水硅酸钙晶种结构致密，本发明通过加入纳米水化硅酸钙晶种作为种子，诱导硅酸盐发生结晶化反应，形成同样结构致密的凝胶，且生成的凝胶非常稳定，可以耐酸碱腐蚀，耐盐离子腐蚀。本发明通过添加调节剂稀酸或稀碱，使溶液中的硅酸基团保持合理的空间结构，调节防水材料的凝胶化反应时间，使其可以满足不同密实度的混凝土。

Description

一种渗透结晶型防腐防水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及混凝土外加剂技术领域，更具体地，涉及一种渗透结晶型防腐防水材料及其制备方法。

背景技术

混凝土是一种非均质、多孔，且具有显微裂缝结构、表面粗糙的高渗透性材料。从微观结构上看属于多孔结构，其内部存在大量的孔隙和微裂纹，这些微观缺陷都将成为后期混凝土的渗水通道。除此之外，混凝土在塑性阶段时表面水分蒸发产生的收缩裂缝和硬化阶段产生的温度裂缝也会增加混凝土的渗透性，严重影响了混凝土的耐久性。因此，对混凝土结构采取表面防水防止外界环境中水侵入，对提高混凝土耐久性十分重要。

水性渗透型无机防水剂是以碱金属硅酸盐溶液为基料，加入催化剂、助剂，经混合反应而成，具有渗透性、可封闭水泥砂浆与混凝土毛细孔道和裂纹功能的防水剂。其主要技术原理是主成分硅酸盐渗透到水泥砂浆或混凝土的毛细孔道中，与水泥水化过程中产生的Ca(OH)₂反应，生成不溶于水的水化硅酸钙凝胶体(C-S-H)，从而堵塞内部孔隙，封闭毛细孔通道，增加密实度，形成与混凝土融为一体的永久性密封防水层，提高了水泥混凝土耐久性。与传统的防水卷材、防水涂料相比，该类材料能够改善水泥混凝土本身的质量，治标又治本，是一种具有革命性意义的防水材料。

如中国专利CN107540304A公开了一种复合型水泥基渗透结晶型防水材料。在水泥基防水材料中添加所述复合型的外加剂后，在水的作用下，防水材料中的活性化学物质具有较强的渗透性，促使未水化的水泥颗粒发生水化反应，生成大量的针状晶体，填塞封闭毛细孔道，使水泥混凝土具有优良的防水抗渗功能；该发明中的活性物质渗透性虽好，但很难快速修复混凝土的裂缝孔隙，提高防水抗渗性能。

目前防水材料主要存在以下问题：一是大多数的防水材料形成的硅酸钙晶体较为稀疏，从而降低了整体的密封填充效果，降低了整体的堵缝效果，进而不能抵抗氯离子的侵蚀，抗渗性能有待提升，从而降低了整体实用性；二是大多数的防水材料的反应速度不可控，很容易因混凝土的密实度不同造成使用失效；因为如果混凝土的初始孔隙率很大，则要求有效成分渗透深度不能太大，要缩短反应速度，将有限的有效物质集中在一起反应生成更多的水化产物堵塞孔隙；如果混凝土的初始孔隙率很小，将导致有效物质很难渗透，此时则要求延长反应速度，待有效物质渗透后再进行反应。只有这样对不同孔隙率的混凝土采用合适的防水材料，才能保证实际工程每一次的使用都是有效的。而现有的大多数防水材料的反应速度不可控。

因此，亟需一种可调控反应速度、结晶致密、渗透性能好的防水材料。

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结晶型防腐防水材料，所述防水材料渗透能力强、结晶产物密实，同时可根据混凝土的密实度调节防水材料的凝胶化反应时间，调控结晶速率，使其可以满足不同密实度的混凝土。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

一种渗透结晶型防腐防水材料，包括以下重量份数的各组分：水玻璃100份、纳米水化硅酸钙晶种0.1～2份、络合分散剂0.3～1份、调节剂30～90份、渗透剂0.01～0.02份。

本发明的渗透结晶型防腐防水材料，采用纳米水化硅酸钙晶种作为结晶剂，该纳米水硅酸钙晶种具有网络状粒子形态，结构致密，可诱导硅酸盐持续反应生成致密的水化硅酸钙产物。本发明通过加入纳米水化硅酸钙晶种作为种子，诱导硅酸盐发生结晶化反应，形成同样结构致密的凝胶，且生成的凝胶非常稳定，可以耐酸碱腐蚀，耐盐离子腐蚀。本发明的防水材料可以在混凝土内部孔隙中生长出结构致密且稳定的凝胶，以堵塞混凝土的孔隙，防水性能大幅度提升，且可以同时起到整体防腐防水效果，能抵抗各种盐离子的侵蚀，提高混凝土的耐久性。

优选的，所述纳米水化硅酸钙晶种的制备方法如下：将活性硅藻土与生石灰按质量比1:(1～2)混合，加水，后在1.5～1.8MPa条件下反应3～5h，过滤后得到的溶液即为所述纳米水化硅酸硅晶种。

优选的，所述水玻璃的制备方法如下：利用吸附剂对工业水玻璃进行吸附处理，后过滤，得到澄清液即得。更优选的，所述工业水玻璃为模数为2.2～3.6的工业液体硅酸钠。工业水玻璃属于精品水玻璃中的残次品废料，浑浊度高、颜色深、杂质多，本发明通过对工业水玻璃进行吸附过滤处理，得到透明澄清的溶液作为防水材料的原料，可以合理利用残次品废料。本发明采用廉价的工业水玻璃生产防水剂，可以降低生产成本。

更优选的，所述吸附剂包括活性炭、硫酸铝钾或硅藻土中的至少一种。所述吸附剂的质量为工业水玻璃质量的0.5～1％。

优选的，所述络合分散剂包括三聚磷酸钠、三乙醇胺或乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。络合分散剂可以屏蔽溶液中的钙镁离子，避免金属阳离子导致溶液浑浊、澄清度下降以及体系不稳定的问题。

优选的，所述渗透剂包括聚硅氧烷、脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基磺酸钠中的至少一种。通过添加渗透剂降低溶液体系的液相表面张力，让溶液体系具有极佳的渗透能力。

优选的，所述调节剂为稀酸或稀碱溶液。更优选的，所述稀酸或稀碱溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。通过添加调节剂，使溶液中的硅酸基团保持合理的空间结构，调控结晶速率，调节防水材料的凝胶化反应时间。通过添加稀酸可以促进硅酸盐的凝胶化反应，使凝胶化反应时间变短；通过添加稀碱可以延缓硅酸盐的凝胶化反应，使凝胶化反应时间变长。通过调节稀酸和稀碱的比例，可以对防水材料的凝胶化反应时间进行调节。

更优选的，所述稀酸溶液为盐酸溶液或硫酸溶液，所述稀碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

本发明还提供所述渗透结晶型防腐防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.按配比称取工业水玻璃和吸附剂混合，吸附24h，后进行过滤，得到澄清液；

S2.再加入调节剂、晶化剂、络合分散剂和渗透剂，混合均匀，即得到所述渗透结晶型防腐防水材料。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的渗透结晶型防腐防水材料，采用纳米水化硅酸钙晶种作为结晶剂，该纳米水硅酸钙晶种结构致密，本发明通过加入纳米水化硅酸钙晶种作为种子，诱导硅酸盐发生结晶化反应，形成同样结构致密的凝胶，且生成的凝胶非常稳定，可以耐酸碱腐蚀，耐盐离子腐蚀。本发明的防水材料可以在混凝土内部孔隙中生长出结构致密且稳定的凝胶，以堵塞混凝土的孔隙，防水性能大幅度提升，且可以同时起到整体防腐防水效果，能抵抗各种盐离子的侵蚀，提高混凝土的耐久性。

(2)本发明通过添加调节剂稀酸或稀碱，使溶液中的硅酸基团保持合理的空间结构，调控结晶速率，调节防水材料的凝胶化反应时间，使其可以满足不同密实度的混凝土。

(3)本发明通过对工业水玻璃进行吸附过滤处理，得到透明澄清的溶液作为防水材料的原料，可以合理利用残次品废料。本发明采用廉价的工业水玻璃生产防水剂，可以降低生产成本。

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。

以下实施例及对比例中，纳米水化硅酸钙晶种的制备方法如下：将活性硅藻土与生石灰按质量比1:1.5混合均匀后，放入压力锅中，加入质量为混合料5倍的蒸馏水；通过控制加热功率保持压力锅压力在1.5～1.8MPa，持续4h后，将产物倒出过300目方孔筛，用蒸馏水清洗筛上残留物，得到的溶液即为所述纳米水化硅酸硅晶种。

实施例1

本实施例的一种渗透结晶型防腐防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.在反应釜中加入工业液体硅酸钠，再加入工业液体硅酸钠质量1％的活性炭，吸附24h，再进行过滤，去掉溶液中的杂质，得到透明澄清的溶液；

S2.在反应釜中加入100重量份步骤S1得到的澄清溶液，加入30重量份调节剂(浓度为0.02mol/L的盐酸溶液)，再加入1重量份纳米水化硅酸钙晶种、0.5重量份乙二胺四乙酸二钠、0.02重量份聚硅氧烷，在反应釜中充分搅拌均匀，过滤去除杂质后得到所述渗透结晶型防腐防水材料。

实施例2～12防水材料的制备方法与实施例1基本相同，区别之处仅在于，工业液体硅酸钠的模数、调节剂及其重量份数不同，具体见表1。

表1实施例2～12的工业液体硅酸钠的模数、调节剂及其重量份数

对比例1

本对比例的渗透结晶型防腐防水材料的制备方法与实施例1基本相同，区别之处在于，本对比例中将纳米水化硅酸钙晶种替换成纳米硅酸钙分散液。

实施例13

本实施例的一种渗透结晶型防腐防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.在反应釜中加入模数2.2的工业液体硅酸钠，加入工业级水玻璃质量1％的硅藻土，吸附24h，再进行过滤，去掉溶液中的杂质，得到透明澄清的溶液；

S2.在反应釜中加入100重量份步骤S1得到的澄清溶液，加入30重量份调节剂(浓度为0.02mol/L的盐酸溶液)，再加入2重量份纳米水化硅酸钙晶种、1重量份三聚磷酸钠、0.01重量份脂肪醇聚氧乙烯醚，在反应釜中充分搅拌均匀，过滤去除杂质后得到所述渗透结晶型防腐防水材料。

实施例14

本实施例的一种渗透结晶型防腐防水材料的制备方法，包括以下步骤：

S1.在反应釜中加入模数2.2的工业级水玻璃，加入工业级水玻璃质量1％的活性炭，吸附24h，再进行过滤，去掉溶液中的杂质，得到透明澄清的溶液；

S2.在反应釜中加入100重量份步骤S1得到的澄清溶液，加入30重量份浓度为0.02mol/L的盐酸溶液，再加入0.1重量份纳米水化硅酸钙晶种、0.3重量份三乙醇胺、0.01重量份十二烷基磺酸钠，在反应釜中充分搅拌均匀，过滤去除杂质后得到所述渗透结晶型防腐防水材料。

实施例15

本实施例提供本发明的渗透结晶型防腐防水材料的使用方法，步骤如下：

P1.对混凝土应用基面进行预处理，清理应用基面表面的浮浆、浮灰、脱模剂、油垢和污渍，待应用基面干燥；

P2.采用喷涂或涂刷的施工方法将实施例1～14制备的防水材料应用到混凝土基面上，重复喷涂2～3遍，养护24h。

试验例

①按照JC/T 1018-2020《水性渗透型无机防水剂》的相关规定测试实施例1～12制备的防水材料的凝胶化时间，测试结果见表2。

表2实施例1～12防水材料的凝胶化时间

从表2的测试结果可以看出，本发明的调节剂可以调节防水材料的凝胶化时间，从而使防水材料可以适用于不同密实度的混凝土。通过比较实施例1～3、实施例7～9可以发现，加入盐酸溶液可以促进硅酸盐的凝胶化反应，使凝胶化反应时间变短，降低凝胶化时间；通过比较实施例4～6、实施例10～12可以发现，加入氢氧化钠溶液可以延缓硅酸盐的凝胶化反应，使凝胶化反应时间变长。采用本发明限定的调节剂及用量，可以调节凝胶化时间在5～574min之间，可以满足不同密实度的混凝土的要求。

②按照JC/T 1018-2020《水性渗透型无机防水剂》的相关规定测试实施例1、13～14和对比例1的防水材料的凝胶化时间、抗渗性和抗碳化值；测试结果见表3。

表3测试结果

从表3的测试结果可知，本发明的渗透结晶型防腐防水材料为无色透明液体，表面张力低，抗渗性能好，且凝胶化时间可调，各项性能均远超于JC/T 1018-2020的要求。通过比较实施例1和对比例1可以发现，与纳米硅酸钙分散液相比，本发明采用纳米水化硅酸钙晶种作为结晶剂，可以大幅度提升防水材料的抗渗和抗碳化性能。

③按照JG/T 337-2011《混凝土结构防护用渗透型涂料》的相关规定测试实施例1、13～14和对比例1的防水材料氯离子渗透深度和吸水量比；测试结果见表4。

表4测试结果

注：氯化物环境下测试。

从表4的测试结果可知，本发明的渗透结晶型防腐防水材料可以有效抵抗氯离子的侵蚀，可以同时起到整体防腐防水效果，提高混凝土的耐久性。

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)

1.一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：水玻璃100份、纳米水化硅酸钙晶种0.1～2份、络合分散剂0.3～1份、调节剂30～90份、渗透剂0.01～0.02份。

2.根据权利要求1所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述纳米水化硅酸钙晶种的制备方法如下：将活性硅藻土与生石灰按质量比1:(1～2)混合，加水，后在1.5～1.8MPa条件下反应3～5h，过滤后得到的溶液即为所述纳米水化硅酸硅晶种。

3.根据权利要求1所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述水玻璃的制备方法如下：利用吸附剂对工业水玻璃进行吸附处理，后过滤，得到澄清液即得。

4.根据权利要求1所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述络合分散剂包括三聚磷酸钠、三乙醇胺或乙二胺四乙酸二钠中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述渗透剂包括聚硅氧烷、脂肪醇聚氧乙烯醚或十二烷基磺酸钠中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述吸附剂包括活性炭、硫酸铝钾或硅藻土中的至少一种。

7.根据权利要求3所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述吸附剂的质量为工业水玻璃质量的0.5～1％。

8.根据权利要求1所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述调节剂为稀酸或稀碱溶液。

9.根据权利要求8所述的一种渗透结晶型防腐防水材料，其特征在于，所述稀酸溶液为盐酸溶液或硫酸溶液，所述稀碱溶液为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

10.权利要求1～9任一项所述的渗透结晶型防腐防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.按配比称取工业水玻璃和吸附剂混合，吸附24h，后进行过滤，得到澄清液；

S2.再加入调节剂、晶化剂、络合分散剂和渗透剂，混合均匀，即得到所述渗透结晶型防腐防水材料。