CN115286429A

CN115286429A - 一种防腐型水性渗透型无机防水剂及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN115286429A
Application number: CN202210840727.5A
Authority: CN
Inventors: 雷中梨; 邹伟; 李国权; 王雨禾; 邓小旭
Original assignee: Wuhan Ujoin Building Material Technology Co ltd
Current assignee: Wuhan Ujoin Building Material Technology Co ltd
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2022-11-04

Abstract

本发明公开一种防腐型水性渗透型无机防水剂及其制备方法和应用，属于建筑物防腐防水材料技术领域。包括以下重量份数的各组分：硅酸盐30～40份、催化剂5～8份、有机硅3～6份、防腐剂1～3份、早强剂0.5～1份、除藻剂0.1～0.3份、表面活性剂0.05～0.1份、水40～50份。本发明的防水剂不仅能够完全渗透到混凝土裂缝以及孔隙中，修复混凝土结构裂缝，还能作为混凝土材料的保护涂层对混凝土和钢筋混凝土起到保护作用，防止侵蚀性介质对混凝土的侵蚀，达到整体防水和防腐效果，且制备过程简单，成本低、涂装方便。

Description

一种防腐型水性渗透型无机防水剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于建筑物防腐防水材料技术领域，具体涉及一种防腐型水性渗透型无机防水剂及其制备方法和应用。

背景技术

由于混凝土固有的一些缺陷和不足，导致其在使用过程中经常会出现渗漏现象。混凝土的主要破坏因素有钢筋锈蚀、碳化、冻融循环、酸侵蚀、碱侵蚀、硫酸盐侵蚀、磨蚀等，它们作用机理各不相同且十分复杂，但共同点是：与水、其他有害液体或气体向混凝土内部传输的难易程度有关，即与混凝土的渗透性相关。混凝土的耐久性与渗透性有着密切的联系，提高混凝土耐久性的措施多种多样，但总的说来提高混凝土耐久性的所有手段的本质都大同小异，那就是提高混凝土的抗渗性，阻断水等腐蚀性介质对混凝土的破坏，因此，提高新旧混凝土耐久性能常用的处理方法就是提高混凝土的抗渗性，阻断水等破坏介质进入混凝土的内部。因此防水材料成为目前国内外一种较为普遍，同时也是一种比较经济的混凝土耐久性提高手段。

水性渗透型无机防水剂属于刚性防水材料，具有与混凝土结构的相融性。以水为载体，随着水在混凝土结构孔隙进行渗透，被流渗到混凝土结构内部的孔缝中，催化硅酸钙与水泥水化反应过程中析出的Ca(OH)₂发生交互反应，形成不溶于水的枝蔓状纤维结晶物，在混凝土结构内部吸水膨胀，使结构中的毛细孔缝得到充盈密实，提高混凝土结构的致密性，形成与混凝土融为一体的永久性密封防水层，从而有效提高了混凝土结构的抗渗水能力。由于活性化学物质多年后还能被水激活，继续起到催化作用，因此混凝土结构即使局部受损渗漏(裂缝小于0.3mm)，在结晶作用下，会自行修补愈合，并具有多次抗渗能力，从而封闭了水渗漏的通道，形成整体式防水。

中国发明CN106673706A公开了一种水性高渗透结晶防水硬化剂，包括如下重量百分比的组分：碱金属硅酸盐20～40％，早强剂0.25～1％，催化剂1～6％，表面活性剂0～0.5％，促硬剂1～4％，水溶性高分子聚合物0.5～2％，有机硅0～8％，余量为水。该发明中的EDTA-2Na催化剂和聚丙烯酰胺能络合混凝土中的游离钙离子，与碱金属硅酸盐中分离出的硅酸根首先生成水化硅酸钙凝胶体，凝胶体遇水能膨胀，干燥后形成坚硬的结晶体，堵塞混凝土中空隙，并能愈合0.2mm以下的裂缝。但是该防水剂的表面张力大，渗透深度较浅；该防水剂虽然具有防水作用，但是无法避免氯离子、硫酸根离子的渗入，无法消除氯离子、硫酸根离子对混凝土内部钢筋的腐蚀。

中国专利CN104844143A公开了一种喷洒式水性无机凝胶防水剂及其制备方法，该防水剂由硅酸钠水溶液、氢氧化钠、专用催化剂、表面活性剂和水配制而成。具有很高的活性物质含量，适中的粘度以及很低的表面张力，喷洒到混凝土表面后可显著提高其抗压强度及防水性能，同时，催化剂的使用使得该防水剂具有自修复性能和二次抗渗能力。该防水剂虽然表面张力低，抗渗性好，但是该防水剂所使用的HM1500防水剂专用催化剂为国外产品，价格昂贵，限制了其在防水工程中的应用，且该防水剂也无法消除氯离子、硫酸根离子对混凝土内部钢筋的腐蚀。

基于此，亟需研制一种成本低，既可修补混凝土裂缝，又可消除氯离子、硫酸根离子对混凝土内部钢筋的侵蚀的防水剂。

发明内容

针对以上现有技术存在的技术问题，本发明的目的之一是提供一种防腐型水性渗透型无机防水材料，该防水剂不仅能够完全渗透到混凝土裂缝以及孔隙中，修复混凝土结构裂缝，还能作为混凝土材料的保护涂层对混凝土和钢筋混凝土起到保护作用，防止侵蚀性介质对混凝土的侵蚀，达到整体防水和防腐效果，且制备过程简单，成本低、涂装方便。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下：

一种防腐型水性渗透型无机防水剂，包括以下重量份数的各组分：硅酸盐30～40份、催化剂5～8份、有机硅3～6份、防腐剂1～3份、早强剂0.5～1份、除藻剂0.1～0.3份、表面活性剂0.05～0.1份、水40～50份；

防腐剂包括三聚磷酸钾和硫酸铝。

表面活性剂使无机防水剂的表面张力降低，使防水剂中的活性硅酸根离子可以渗透至混凝土结构内部，与游离钙离子反应生成硅酸钙晶体从而填充孔隙。防腐剂可在钢筋表面形成完整致密的防护膜，从而阻止氯离子和硫酸根离子的侵蚀。本发明的无机防水剂不仅可以渗透到混凝土裂缝中，修复混凝土结构裂缝，还能在钢筋表面生成防护膜，阻止腐蚀介质的侵蚀，作为混凝土材料保护涂层，起到整体防水和防腐效果。

本发明的防腐剂为三聚磷酸钾和硫酸铝，三聚磷酸钾溶解于水后，离解出具有很强络合能力的三聚磷酸根离子，渗透传输到钢筋表面，硫酸铝解离出的铝离子与二价和三价的铁离子结合形成磷酸铁铝物质，在钢筋表面逐渐形成一层完整致密的防护膜，从而阻止腐蚀介质的侵蚀，有效保护了基底金属。聚磷酸根离子可以作为架起分子间沟通的桥梁的“媒介”，使分子化合物之间以及分子化合物与金属之间的结合力增强，也令涂层更加地完整，三聚磷酸钾解离出的

具有很强的金属螯合能力，与铁原子结合形成铁络合离子，覆盖在腐蚀活性点上，从而减缓了金属的腐蚀。

优选的，所述硅酸盐为硅酸钠水溶液、硅酸钾水溶液和硅酸锂水溶液的混合溶液。更优选的，所述硅酸钠水溶液中硅酸钠的质量分数为36％，所述硅酸钾水溶液中硅酸钾的质量分数为40％，所述硅酸锂水溶液中硅酸锂的质量分数为20％。硅酸盐的作用是与混凝土内部孔溶液中的钙离子发生化学反应，生成CaSiO₃晶体，填充裂纹和孔隙，达到增加密实性和修复增强的效果。此外，硅酸盐还可以与混凝土中水化产物Ca(OH)₂作用，生成C-S-H(xCaO·SiO₂·yH₂O)凝胶，在增加密实性和修复增强的效果的同时，还具有提高混凝土防水能力的功能。

优选的，所述催化剂为葡萄糖酸钠。葡萄糖酸钠的羧基在水泥水化产物的碱性介质中与游离Ca²⁺反应生成钙离子络合物，所生成的钙离子络合物并不稳定，有SiO₃ ^2-存在时，又会发生解离，生成更加稳定的水化硅酸钙沉淀。随着催化剂的不断络合、解离及水化硅酸钙的生成，晶体不断长大，从而生成凝胶填充于混凝土中的裂缝和毛细孔隙，修补混凝土结构裂缝。葡萄糖酸钠除具有络合作用外，还具有强吸附作用，能在混凝土结构内部形成水化隔膜，一方面能有效降低防水剂的水分散失速度，使防水剂具备更深的渗透能力；另一方面能抵抗水分浸入混凝土结构内部起到防水作用。此外，葡萄糖酸钠还有利于水泥颗粒充分水化，从而提高混凝土的中后期强度。

优选的，所述有机硅包括甲基硅酸钠或甲基硅酸钾中的至少一种。甲基硅酸盐在固化后的混凝土表面形成一层憎水膜，有效抑制了水和其它腐蚀性物质侵入混凝土结构中。

优选的，所述早强剂为三乙醇胺。三乙醇胺可以提高混凝土的早期强度和抗渗性。

优选的，所述除藻剂为硫酸铜。本发明防水剂中的葡萄糖酸钠可与硫酸铜生成络合物，从而阻止硫酸铜在强碱条件下生成氢氧化铜沉淀，保留了Cu²⁺的杀菌除藻功能。硫酸铜通过破坏藻细胞的叶绿体等物质，使得藻类无法吸收与利用光能，从而抑制藻类的生长，铜离子还能凝结菌体的胶体物质，从而破坏了细胞的呼吸和代谢作用，致使细胞死亡。

优选的，所述表面活性剂由氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配而成。更优选的，所述氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂的质量比为1:5。氟碳表面活性剂虽然表面活性极高，但是因其憎水憎油特性，与水和油的亲和性差，表现为界面张力普遍较高，不利于直接在界面上使用，且其价格昂贵。本发明将氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配使用，由于氟碳链与碳氢链之间的互疏性，分子排列可为双分子层结构，上层的氟碳链有较紧密的定向排列，碳氢链平躺或交叉排列在氟碳链定向层之下，非离子的亲水基则朝向水中，在界面形成致密的碳氢链吸附层处在油面一侧，因而可显著降低油水界面张力。氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂配伍产生了协同增效作用。在最佳配比条件下，体系具有最高的界面效力，在低浓度下大幅度降低界面张力，表面张力则接近氟碳表面活性剂的低水平，使氟碳表面活性剂的使用价格大幅度降低。

本发明的另一目的是提供所述一种防腐型水性渗透型无机防水剂的制备方法，步骤如下：按重量份数向水中加入催化剂、防腐剂、早强剂和除藻剂，搅拌溶解，再加入硅酸盐、有机硅和表面活性剂，混合均匀，过滤后得到的清液即可。

本发明的再一目的是提供所述一种防腐型水性渗透型无机防水剂在混凝土结构表面防护工程中/表层修复/防腐中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

(1)本发明的无机防水剂不仅可以渗透到混凝土裂缝中，修复混凝土结构裂缝，还能在钢筋表面生成防护膜，阻止腐蚀介质的侵蚀，作为混凝土材料保护涂层，起到整体防水和防腐效果。

(2)葡萄糖酸钠作为催化剂，不断络合钙离子，生成的络合物发生解离，再生成水化硅酸钙晶体，晶体不断长大，从而生成凝胶修补混凝土结构的裂缝。葡萄糖酸钠除具有络合作用外，还具有强吸附作用，能在混凝土结构内部形成水化隔膜，一方面能有效降低防水剂的水分散失速度，使防水剂具备更深的渗透能力；另一方面能抵抗水分浸入混凝土结构内部起到防水作用。

(3)本发明采用三聚磷酸钾和硫酸铝作为防腐剂，三聚磷酸钾溶解于水后，离解出具有很强络合能力的三聚磷酸根离子，渗透传输到钢筋表面，硫酸铝解离出的铝离子与二价和三价的铁离子结合形成磷酸铁铝物质，在钢筋表面逐渐形成一层完整致密的防护膜，从而阻止腐蚀介质的侵蚀，有效保护了基底金属。

(4)本发明将氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配使用，显著降低油水界面张力。氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂配伍产生了协同增效作用。在最佳配比条件下，体系具有最高的界面效力，在低浓度下大幅度降低界面张力，表面张力则接近氟碳表面活性剂的低水平，使氟碳表面活性剂的使用价格大幅度降低。

附图说明

图1为本发明的防水剂对蓝藻的叶绿素a含量的影响。

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，所述硅酸钠水溶液中硅酸钠的质量分数为36％，所述硅酸钾水溶液中硅酸钾的质量分数为40％，所述硅酸锂水溶液中硅酸锂的质量分数为20％。

实施例1

本实施例提供一种防腐型水性渗透型无机防水剂，包括以下重量份数的各组分：硅酸钠水溶液25份、硅酸钾水溶液5份、硅酸锂水溶液10份、葡萄糖酸钠8份、甲基硅酸钠3份、三聚磷酸钾1.5份、硫酸铝0.1份、三乙醇胺0.5份、硫酸铜0.1份、表面活性剂0.1份、水46.7份；

其中，表面活性剂由氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂按质量比1:5复配而成；

本实施例还提供防腐型水性渗透型无机防水剂的制备方法，步骤如下：按重量份数向水中加入葡萄糖酸钠、三聚磷酸钾、硫酸铝、三乙醇胺和硫酸铜，充分搅拌使其溶解，再加入硅酸盐水溶液、甲基硅酸钠和表面活性剂，混合均匀，最后过滤除去溶液中的杂质，得到的清液即为防腐型水性渗透型无机防水剂。

实施例2

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的防腐型水性渗透型无机防水剂，包括以下重量份数的各组分：硅酸钠水溶液25份、硅酸钾水溶液10份、硅酸锂水溶液5份、葡萄糖酸钠8份、甲基硅酸钾3份、三聚磷酸钾1.5份、硫酸铝0.2份、三乙醇胺0.5份、硫酸铜0.2份、表面活性剂0.1份、水46.5份。

实施例3

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的防腐型水性渗透型无机防水剂，包括以下重量份数的各组分：硅酸钠水溶液15份、硅酸钾水溶液10份、硅酸锂水溶液10份、葡萄糖酸钠5份、甲基硅酸钾6份、三聚磷酸钾2份、硫酸铝0.1份、三乙醇胺0.5份、硫酸铜0.2份、表面活性剂0.1份、水51.1份。

实施例4

本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：本实施例的防腐型水性渗透型无机防水剂，包括以下重量份数的各组分：硅酸钠水溶液15份、硅酸钾水溶液15份、硅酸锂水溶液5份、葡萄糖酸钠5份、甲基硅酸钾5份、三聚磷酸钾2份、硫酸铝0.2份、三乙醇胺0.5份、硫酸铜0.3份、表面活性剂0.1份、水51.9份。

对比例1

本对比例与实施例4基本相同，不同之处在于：对比例1的防腐型水性渗透型无机防水剂不含硫酸铜。

对比例2

本对比例与实施例4基本相同，不同之处在于：对比例2的防腐型水性渗透型无机防水剂不含三聚磷酸钾。

对比例3

本对比例与实施例4基本相同，不同之处在于：对比例3的防腐型水性渗透型无机防水剂不含硫酸铝。

对比例4

本对比例与实施例4基本相同，不同之处在于：对比例4的防腐型水性渗透型无机防水剂的表面活性剂为氟碳表面活性剂。

实施例5

本实施例提供实施例1～4制备的防腐型水性渗透型无机防水剂作为混凝土表面防腐涂层和裂缝修补材料的应用，使用方法如下：

S1.清理应用基面表面的浮浆、浮灰、脱模剂、油垢和污渍；

S2.待应用基面干燥后，将防腐型水性渗透型无机防水剂喷涂至混凝土应用基面上，待应用基面半干时，再喷涂第2遍，重复喷涂2～3遍；除了采用喷涂的方法，也可以采用涂刷的方法将防水剂涂刷至混凝土应用基面上；

S3.应用基面喷涂或涂刷施工完成后，24h内应避免明水冲刷，24h后喷水养护，养护时间不宜小于7h。

实验例

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1～4和对比例1～4的防水剂的凝胶化时间、抗渗性和抗碳化值；按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的相关规定测试电通量；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；按照JC474-0028《砂浆、混凝土防水剂》的相关规定按照下列步骤测试吸水量比：a.试件除涂覆面及相对面以外，其他4个面用无溶剂环氧涂料密封，涂覆试件3块，同时准备不涂覆防水剂的空白试件3块。b.试件在50℃下烘干48h后取出，在温度(20±2)℃、相对湿度(60±5)％的环境下冷却至室温。c.在平底容器底部放置直径10mm的玻璃棒，称量试件初始质量后将其涂覆面朝下放在玻璃棒上，注入(20±2)℃的水，水面高出玻璃棒1～2mm，24h后取出试件，擦拭至面干状态，称量后计算试件的吸水量比；按照DBJ01-54-2001《界面渗透型防水涂料质量检验评定标准》的相关规定测试抗压强度比和渗透深度，测试结果如表1所示。

表1测试结果

由表1测试结果可知，本发明实施例1～4防水剂的渗透性强、抗渗性能好，渗透深度、抗渗性和28d抗碳化值均远超过标准的要求，说明本发明的防水剂具有优异的防水性能。此外，氯离子渗透深度可以控制在6.5mm以下，且电通量可以控制在1000～2000之间，说明本发明的防水剂除了防水性能优异，同时还具有优异的防腐效果，可以作为混凝土材料的保护涂层，阻止氯离子的侵蚀。

相较于实施例1，对比例2的防水剂不含三聚磷酸钾，无法在钢筋表面形成防护膜，导致防水剂的防腐性能变差；对比例3的防水剂不含硫酸铝，无法形成磷酸铁铝物质，导致防水剂的防腐性能变差，说明需将三聚磷酸钾与硫酸铝搭配使用才能使得防水剂的防腐性能达到最佳；对比例4采用单一的氟碳表面活性剂作为表面活性剂，导致防水剂渗透性能变差，渗透深度降低，进而导致防水剂的抗碳化性能变差；说明需要将氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配使用才能达到最佳的效果。

结合实施例1和对比例2～3的结果可知，当去掉三聚磷酸钾或硫酸铝时，将无法达到同时修复混凝土裂缝和防止氯离子侵蚀的目的。

按照实施例5的方法将防水剂喷涂在水工混凝土的表面，蓄水后，测试不同时间水中叶绿素a的含量，测试结果见图1所示；其中叶绿素a的含量直接反应水中的藻类生长情况，叶绿素a含量越低藻类含量越低。由图1可知，与实施例1相比，对比例1的防水剂缺少硫酸铜，叶绿素a含量显著上升；说明本发明的防腐型水性渗透型无机防水剂对蓝藻有很好的抑制效果。

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

1.一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，包括以下重量份数的各组分：硅酸盐30～40份、催化剂5～8份、有机硅3～6份、防腐剂1～3份、早强剂0.5～1份、除藻剂0.1～0.3份、表面活性剂0.05～0.1份、水40～50份；

所述防腐剂包括三聚磷酸钾和硫酸铝。

2.根据权利要求1所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钠水溶液、硅酸钾水溶液和硅酸锂水溶液的混合溶液。

3.根据权利要求1所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，所述催化剂为葡萄糖酸钠。

4.根据权利要求1所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，所述有机硅包括甲基硅酸钠或甲基硅酸钾中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，所述早强剂为三乙醇胺。

6.根据权利要求1所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，所述除藻剂为硫酸铜。

7.根据权利要求1所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂，其特征在于，所述表面活性剂由氟碳表面活性剂与碳氢表面活性剂复配而成。

8.权利要求1～7任一项所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：按重量份数向水中加入催化剂、防腐剂、早强剂和除藻剂，搅拌溶解，再加入硅酸盐、有机硅和表面活性剂，混合均匀，过滤后得到的清液即可。

9.权利要求1～7任一项所述的一种防腐型水性渗透型无机防水剂在混凝土结构表面防护工程/表层修复/防腐中的应用。