CN115417619A - 一种混凝土内掺型自修复防水剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种混凝土内掺型自修复防水剂,以重量份计,包括以下组分:萜烯树脂改性火山灰30‑50份;硅酸盐5‑15份;改性二氧化硅3‑8份;活性组分3‑10份;第一助剂0.5‑2份;第二助剂0.5‑1.5份。本发明的混凝土内掺型自修复防水剂,固化时间短,可以渗透进入水泥基材料内部形成结晶体堵塞微裂缝,提高了其抗压能力和防水功能,并具有多次抗渗能力。
Description
技术领域
本发明涉及防水建筑材料技术领域,具体涉及一种混凝土内掺型自修复防水剂。
背景技术
混凝土属于刚性建筑材料,在硬化过程中会产生各种裂缝,有干缩裂缝、温度裂缝、结构受力变形裂缝等,混凝土一旦出现裂缝,水、二氧化碳及有害离子等就会从裂缝处侵入,导致钢筋锈蚀,钢筋一旦锈蚀,混凝土结构就会进一步劣化,必须对混凝土裂缝进行修复。
通常的裂缝修复方法有填充法(裂缝宽度大于1.0mm)、灌注法(裂缝宽度0.2~1.0mm)和表面封闭法(裂缝宽度小于0.2mm)。常用的裂缝修复材料分有机材料和无机材料两大类,有机材料有环氧树脂、聚氨酯等,缺点是与无机的硅酸盐水泥本体不相容,不耐紫外线,耐久性差,容易剥落;无机材料有水泥基类修补材料,如水不漏等,缺点是水泥基类材料对湿润养护要求较高,硬化后易收缩,与原有混凝土粘结力较差。
水泥基渗透结晶型防水材料通常以硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥、石英砂等为主要成分,掺入活性化学物质制成。目前国内的渗透结晶型防水材料一般都是以国外进口的母料为基础进行复配,如CN 101362867 A、CN 103408986 A等国内专利,由于进口母料导致生产成本增加,不利于渗透结晶型防水材料在国内的应用与发展,打破国外对于母料的垄断显得尤为必要。
而一些国内的渗透结晶型防水材料配方,如CN 104844079 A、CN 103803833 A等,虽然产品表现出了防水、抗渗性能,但是有些仅表现出一次抗渗能力,二次抗渗压力检测也不一定达标。
因此,开发一种混凝土内掺型自修复防水剂对于国内建筑材料的发展有着重要的意义。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的目的是以制备一种新型无机渗透结晶型防水材料,其固化时间短,可以渗透进入水泥基材料内部形成结晶体堵塞微裂缝,提高了其抗压能力和防水功能,并且具有多次抗渗能力。
针对以上发明目的,本发明的技术方案是:
一种混凝土内掺型自修复防水剂,以重量份计,包括以下组分:
萜烯树脂改性火山灰 30-50份;
硅酸盐5-15份;所述硅酸盐包括硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾中的一种或几种;
改性二氧化硅 3-8份;
活性组分3-10份;所述活性组分包括氢氧化钙、氧化钙、硫酸钙、硫酸钠中的一种或几种;
第一助剂 0.5-2份;所述助剂包括氨基三乙酸、聚丙烯酸、柠檬酸、羟基乙酸中的一种或多种;
第二助剂 0.5-1.5份;所述助剂包括羟丙基甲基纤维素、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或多种。
优选的方案,一种混凝土内掺型自修复防水剂,以重量份计,包括以下组分:
萜烯树脂改性火山灰 30-40份;
硅酸盐5-10份;
纳米氧化铝 5-8份;
改性二氧化硅 3-5份;
活性组分5-8份;
第一助剂 0.5-1份;
第二助剂 0.5-1份。
优选的,所述改性二氧化硅粉末的改性方法为:将二氧化硅颗粒置于马弗炉中烘干,然后加入的醇水混合液中均匀分散,所述醇水混合液由体积比为1:(3-5)的正丁醇与水组成,再加入占二氧化硅颗粒总质量10~20%的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和占二氧化硅颗粒总质量10-20%的乙烯基单体丙烯酸,在低压条件下加热至45-55℃,搅拌2-4h,最后将混合物过滤、干燥、研磨到400-600目,得改性二氧化硅。
优选的,所述萜烯树脂改性火山灰的活性物质包括如下重量份组分:40-50份的SiO2 、5-15份的Al2O3、5-10份的Fe2 O3 、5-10份的CaO、5-10份的MgO。
优选的,所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾按照质量比(2-3):1:1组成。
优选的,所述活性组分为为硫酸钙和硫酸钠按照质量比(1-3):1组成。
优选的,所述第一助剂为氨基三乙酸与聚丙烯酸按照质量比(2-3):1组成。
优选的,第二助剂为羟丙基甲基纤维素与木质素磺酸钙按照质量比1:(2-4)组成。
本发明所述的一种混凝土内掺型自修复防水剂,制备方法包括以下步骤:
(1)按上述重量份配比,将改性二氧化硅在质量分数为4%-8%的聚乙二醇2000的溶液中边搅拌边超声分散30-40min,然后将萜烯树脂改性火山灰加入分散液中,继续分散20-30min,将改性二氧化硅均匀分散到萜烯树脂改性火山灰中,得组分A;
(2)将硅酸盐加水溶解,得溶液B;
(3)将混合物A和溶液B混合20-30min,使得硅酸盐均匀分散在组分A中,然后再在105℃-130℃下烘干到含水率<1%;得混合物B;
(4)在混合物B与加入活性组分、第一助剂和第二助剂搅拌混合均匀,得到本发明的混凝土内掺型自修复防水剂。
本发明的原理是:
本发明的混凝土内掺型自修复防水剂是参与到混凝土内部使用,在干燥的条件下,水泥基材料处于休眠状态。当水泥基材料内部出现微小裂缝或孔隙时,在有水渗入的情况下,硫酸根离子以及火山灰中的活性化学物质与水泥水化产物C—A—H(水化铝酸钙)反应,生成针状钙矾石晶体(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O)等填充混凝土裂纹和孔隙,达到增加密实性和防水效果。第一助剂在有水的状态下先与游离的钙离子形成络合物,并沿着混凝土的裂缝渗透至内部,在遇到SiO 3 2- 的时候不稳定的钙离子络合物便释放出Ca 2+ 与SiO 3 2- 形成更稳定的水化硅酸钙堵塞孔隙与裂缝,而第一助剂再次被释放参与下一次结晶的过程,从而保证了混凝土的多次抗渗能力。第二助剂可以促进第一助剂的渗透,促进晶体的生成。
下面对本发明做进一步的解释和说明:
火山灰中有一定量的活性二氧化硅、活性氧化铝、氧化钙等成分,这些活性物质在有水的环境下,能与氢氧化钙发生反应,产生水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙等产物,这个反应成为火山灰反应。
萜烯树脂改性火山灰为现有材料,常规改性方法为现有方法,一般为先将火山灰以5℃/min的升温 速度升温至100-105℃保温研磨5-10min,再加入萜烯树脂和硅酸镁铝,继续以5℃/min的升 温速度升温至130-140℃保温研磨10-15min,然后以5℃/min的降温速度降温至0-5℃密封 保温静置15-30min,并加入石棉绒、聚二烯丙基二甲基氯化铵和N-羟甲基丙烯酰胺,再次以 5℃/min的升温速度升温至125-130℃保温研磨15-30min,待自然冷却至室温后将所得混合物送入真空干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得萜烯树脂改性火山灰。
本发明选用萜烯树脂改性火山灰为主要材料,其比表面积大和丰富其内部孔道结构,还能增强其与骨料其余高分子和小分子制备原料之间的共混相容性,促进制备原料的均匀混合。
本发明将二氧化硅改性也是为了增加其比表面积,分散性更好,可以均匀分散在混合物中。改性二氧化硅可以在混凝土早期水化中作为结晶的晶种,促进结晶。
本发明先将改性二氧化硅均匀分散到萜烯树脂改性火山灰中,得组分A,再将硅酸盐加水溶解,得溶液B;将混合物A和溶液B在50-80℃下混合20-30min,使得硅酸盐均匀分散在组分A中,然后再在105℃-130℃下烘干到含水率<1%;得混合物B;这样做的目的是保证活性组分改性二氧化硅都均匀分散在火山灰中,提高抗渗效果、缩短固化时间,提高抗压强度。而且经过试验发现改性二氧化硅与萜烯树脂改性火山灰的质量比为3-4:1的时候组分A分散较好。
以萜烯树脂改性火山灰负载改性二氧化硅进一步改性后的固化时间短。可进一步减小试样的吸水性,从而减小水对试样的破坏作用。火山灰材料可优先与Ca(OH)2发生火山灰反应生成C—S—H产物,从而增加试样的抗压强度。而且改性二氧化硅可促进火山灰材料与Ca(OH)2的火山灰反应的进行,同时起到填充作用,增加了试样的致密度。
所述活性组分添加到混凝土之后发生同离子效应,促进晶体的生长过程,提高混凝土的防水能力。
所述第一助剂的作用是与钙离子形成络合物并渗透进水泥内部参与结晶反应,形成结晶体堵塞空隙与裂缝。通过大量实验筛选,我们得到以氨基三乙酸与聚丙烯酸按照质量比2-3:1组成的第一助剂更有效。氨基三乙酸和聚丙烯酸对钙、镁离子均有较强的螯合作用。
所述第二助剂的作用是促进活性物质和第一助剂渗透到水泥内部,从而促进晶体的生成,进一步提高混凝土的防水能力。通过大量实验筛选,我们得到第二助剂为羟丙基甲基纤维素与木质素磺酸钙按照质量比1:2-4组成效果更优。
所述活性组分、第一助剂和第二助剂添加可以提高本发明混凝土内掺自修复型无机防水材料的多次抗渗能力。
本发明的防水剂是一种混凝土内掺自修复型无机防水材料,能够与混凝土水化反应产物发生复式链化反应形成结晶体,堵塞混凝土内的裂缝及毛细孔道,可以大大提高混凝土的强度及抗渗等性能。
与现有技术相比,本发明的优势是:
1、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂具有自动修复,能通过化学反应在混凝土内部产生结晶体堵住混凝土的毛细孔,还可产生二次结晶,具有自动修复微细裂纹等缺陷的功能。
2、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂具有自愈合性能,可以自愈合0.45mm混凝土裂缝。
3、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂具有抵抗海水侵蚀性能。
4、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂掺加于结构砼内,提高、改善混凝土的防水性能。
5、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂可以减少裂缝收缩,增强结构中后期强度及密实度。
6、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂与柔性外防水层相比,大大节省了施工工期,加快工程进度,降低施工综合成本。
7、本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂属无机活性硅质材料,与建筑体同寿命。
本发明的一种混凝土内掺型自修复防水剂应用领域广泛,适用于所有地下混凝土构造物、水池、水库、地铁隧道、水中或海中建筑、地下室防水工程等。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。
附图说明
图1为本发明实施例中一种混凝土内掺型自修复防水剂砂浆层截面SEM照片,其中图1(a)普通混凝土的砂浆层截面SEM照片,图1(b)是结晶过程成熟状态的一个截面SEM照片,图1(c)是结晶过程成熟状态的另一个截面的SEM照片。
图2为本发明实施例中裂缝循环水养护(模拟渗水场景),图2(a)是模拟水池底膜成型照片(预留0.45mm裂缝),图2(b)是模拟玻璃池壁安装场景照片(预留0.45mm裂缝),图2(c)是模拟循环水运行场景照片(预留0.45mm裂缝)。
图3为本发明实施例中裂缝循环水养护(模拟渗水场景),图3(a)是养护前裂缝处状态照片,图3(b)是10天裂缝处状态照片,图3(c)20天裂缝处状态照片,图3(d)是30天状态照片。
图4为本发明实施例中裂缝泡水养护过程的照片,其中图4(a)是养护前装水裂缝处状态照片,图4(b)是养护中裂缝处有明显结晶体形成的照片,图4(c)是30天后装水,裂缝处已经修复的照片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步解释和说明
实施例1
一种混凝土内掺型自修复防水剂优选的方案,以重量份计,组分为:萜烯树脂改性火山灰 40份;硅酸盐10份;改性二氧化硅5份;活性物质6份;第一助剂 1份;第二助剂 1份。
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾按照质量比3:1:1组成。
所述所述活性组分为为硫酸钙和硫酸钠按照质量比1:1组成。
所述第一助剂为氨基三乙酸与聚丙烯酸按照质量比3:1组成。
第二助剂为羟丙基甲基纤维素与木质素磺酸钙按照质量比1:2组成。
所述改性二氧化硅粉末的改性方法为:将二氧化硅颗粒置于马弗炉中烘干,然后加入的醇水混合液中均匀分散,所述醇水混合液由体积比为1:4的正丁醇与水组成,再加入占二氧化硅颗粒总质量15%的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和占二氧化硅颗粒总质量15%的乙烯基单体丙烯酸,在低压条件下加热至50℃,搅拌3h,最后将混合物过滤、干燥、研磨到600目,得改性二氧化硅。
所述萜烯树脂改性火山灰的改性方法为现有技术,具体为:先将火山灰以5℃/min的升温 速度升温至105℃保温研磨5min,再加入萜烯树脂和硅酸镁铝,继续以5℃/min的升温速度升温至130℃保温研磨12min,然后以5℃/min的降温速度降温至5℃密封 保温静置15min,并加入石棉绒、聚二烯丙基二甲基氯化铵和N-羟甲基丙烯酰胺,再次以 5℃/min的升温速度升温至125℃保温研磨20min,待自然冷却至室温后将所得混合物送入真空干燥机中,干燥所得固体经超微粉碎机制成微粉,即得萜烯树脂改性火山灰。
本发明所述的一种混凝土内掺型自修复防水剂,制备方法包括以下步骤:
(1)按上述重量份配比,将改性二氧化硅在质量分数为5%的聚乙二醇2000的溶液中边搅拌边超声分散30min,然后将萜烯树脂改性火山灰加入分散液中,继续分散30min,将改性二氧化硅均匀分散到萜烯树脂改性火山灰中,得组分A;
(2)将硅酸盐加水溶解,得溶液B;
(3)将混合物A和溶液B混合30min,使得硅酸盐均匀分散在组分A中,然后再在105℃下烘干到含水率<1%;得混合物B;
(4)在混合物B与加入活性组分、第一助剂和第二助剂搅拌混合均匀,得到本发明的混凝土内掺型自修复防水剂。
将实施例1的产品进行试验:
将实施例1的产品掺杂到混凝土内搅拌均匀,人工制造0.45mm的裂缝,然后进行养护,图1为本发明实施例中一种混凝土内掺型自修复防水剂砂浆层截面SEM照片,其中图1(a)普通混凝土的砂浆层截面SEM照片,图1(b)是结晶过程成熟状态的一个截面SEM照片,图1(c)是结晶过程成熟状态的另一个截面的SEM照片。可见,混凝土内产生了大量针状晶体。
图2为本发明实施例中裂缝循环水养护(模拟渗水场景),图2(a)是模拟水池底膜成型照片(预留0.45mm裂缝),图2(b)是模拟玻璃池壁安装场景照片(预留0.45mm裂缝),图2(c)是模拟循环水运行场景照片(预留0.45mm裂缝)。
图3为本发明实施例中裂缝循环水养护(模拟渗水场景),图3(a)是养护前裂缝处状态照片,图3(b)是10天裂缝处状态照片,图3(c)20天裂缝处状态照片,图3(d)是30天状态照片。可见,30天时裂缝已经完全自动修复。
图4为本发明实施例中裂缝泡水养护过程的照片,其中图4(a)是养护前装水裂缝处状态照片,图4(b)是养护中裂缝处有明显结晶体形成的照片,图4(c)是30天后装水,裂缝处已经修复的照片。可见,30天时裂缝已经完全自动修复。
用实施例1的产品送去检测,检测结果如表1所示。
实施例2
一种混凝土内掺型自修复防水剂,以重量份计,组分为:萜烯树脂改性火山灰 35份;硅酸盐8份;改性二氧化硅4份;硫酸钙2份;硫酸钠2份;第一助剂 0.8份;第二助剂0.6份。
所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾按照质量比2:1:1组成。
所述第一助剂为氨基三乙酸与聚丙烯酸按照质量比2:1组成。
第二助剂为羟丙基甲基纤维素与木质素磺酸钙按照质量比1:4组成。
萜烯树脂改性火山灰的制备方法同实施例1。
所述改性二氧化硅粉末的改性方法为:将二氧化硅颗粒置于马弗炉中烘干,然后加入的醇水混合液中均匀分散,所述醇水混合液由体积比为1:5的正丁醇与水组成,再加入占二氧化硅颗粒总质量12%的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和占二氧化硅颗粒总质量20%的乙烯基单体丙烯酸,在低压条件下加热至45℃,搅拌2h,最后将混合物过滤、干燥、研磨到500目,得改性二氧化硅。
本发明所述的一种混凝土内掺型自修复防水剂,制备方法包括以下步骤:
(1)按上述重量份配比,将改性二氧化硅在质量分数为8%的聚乙二醇2000的溶液中边搅拌边超声分散40min,然后将萜烯树脂改性火山灰加入分散液中,继续分散20min,将改性二氧化硅均匀分散到萜烯树脂改性火山灰中,得组分A;
(2)将硅酸盐加水溶解,得溶液B;
(3)将混合物A和溶液B混合20min,使得硅酸盐均匀分散在组分A中,然后再在105℃下烘干到含水率<1%;得混合物B;
(4)在混合物B与加入活性组分、第一助剂和第二助剂搅拌混合均匀,得到本发明的混凝土内掺型自修复防水剂。
用实施例2的产品送去检测,检测结果如表1所示。
本发明实施例2制备的的砂浆层截面SEM照片与图1相似,不一一提供。
对比例1
在实施例1的基础上,本实施例与实施例1的不同之处在于,其他组分同实施例1,但是没有添加活性物质、第一助剂和第二助剂,制备方法相同。
对比例2
在实施例1的基础上,本实施例与实施例1的不同之处在于,其他组分同实施例1,但是第一助剂仅为氨基三乙酸,第二助剂为木质素磺酸钙,制备方法相同。
对比例3
在实施例1的基础上,本实施例与实施例1的不同之处在于,其他组分同实施例1,但是萜烯树脂改性火山灰替换成普通火山灰,改性二氧化硅替换成未改性的二氧化硅。制备方法相同。
对比例4
在实施例1的基础上,本实施例与实施例1的不同之处在于,组分同实施例1,但是制备方法不同,制备方法就是将所有的组分混合后搅拌50min,得粉末状产品。
对比例1-4的产品送去检测,检测结果如表1所示:
表1 实施例1的产品性能检测结果
实施例1和实施例2和对比例2已检项目符合GB18445-2012中水泥基渗透结晶型防水剂技术要求,并且高于标准要求。对比例1无第二次和第三次抗渗能力,且第一次抗渗压力比(%)不达标。对比例2有第二次和第三次抗渗能力,但是效果不如实施例1和实施例2的好,证明本发明的活性物质、第一助剂和第二助剂在防水剂中起了很重要的协同增效作用,缺少这三种成分效果不达标,且以实施例1和实施例2的配方效果更为明显。对比例3和对比例4比表面积小,成分分散不均匀,含气量高,抗压强度降低,抗渗压力降低。对比例1-对比例4的抗压强度比明显低于实施例1和实施例2。对比例1-对比例4的抗渗压力和抗渗压力比明显低于实施例1和实施例2。对比例2、3、4有多次抗渗能力,但是多次抗渗压力和抗渗压力比明显低于实施例1和实施例2。
终上所述,本发明产品有良好的防水抗渗作用,本发明产品相对普通的水泥砂浆有较高的抗压强度,多次抗渗压力较高,对于水泥基材料的成本降低与使用寿命的提高有很好的作用。
以上所述为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围不局限于此,任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,以重量份计,包括以下组分:
萜烯树脂改性火山灰 30-50份;
硅酸盐5-15份;所述硅酸盐包括硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾中的一种或几种;
改性二氧化硅 3-8份;
活性组分3-10份;所述活性组分包括氢氧化钙、氧化钙、硫酸钙、硫酸钠中的一种或几种;
第一助剂 0.5-2份;所述第一助剂包括氨基三乙酸、聚丙烯酸、柠檬酸、羟基乙酸中的一种或多种;
第二助剂 0.5-1.5份;所述第二助剂包括羟丙基甲基纤维素、木质素磺酸钙、木质素磺酸钠中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,以重量份计,包括以下组分:
萜烯树脂改性火山灰 30-40份;
硅酸盐5-10份;
改性二氧化硅 3-5份;
活性组分5-8份;
第一助剂 0.5-1份;
第二助剂 0.5-1份。
3.根据权利要求1所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,所述改性二氧化硅的改性方法为:将二氧化硅颗粒置于马弗炉中烘干,然后加入的醇水混合液中均匀分散,所述醇水混合液由体积比为1:(3-5)的正丁醇与水组成,再加入占二氧化硅颗粒总质量10~20%的γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷和占二氧化硅颗粒总质量10-20%的乙烯基单体丙烯酸,在低压条件下加热至45-55℃,搅拌2-4h,最后将混合物过滤、干燥、研磨到400-600目,得改性二氧化硅。
4.根据权利要求1所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,所述萜烯树脂改性火山灰的活性物质包括如下重量份组分:40-50份的SiO2 、5-15份的Al2O3、5-10份的Fe2 O3、5-10份的CaO、5-10份的MgO。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸锂和硅酸钾按照质量比(2-3):1:1组成。
6.根据权利要求1-4中任意一项所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,所述活性组分为硫酸钙和硫酸钠按照质量比(1-3):1组成。
7.根据权利要求1-4中任意一项所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,所述第一助剂为氨基三乙酸与聚丙烯酸按照质量比(2-3):1组成。
8.根据权利要求1-4中任意一项所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,第二助剂为羟丙基甲基纤维素与木质素磺酸钙按照质量比1:(2-4)组成。
9.根据权利要求1-4中任意一项所述一种混凝土内掺型自修复防水剂,其特征是,制备方法包括以下步骤:
(1)按上述重量份配比,将改性二氧化硅在质量分数为4%-8%的聚乙二醇2000的溶液中边搅拌边超声分散30-40min,然后将萜烯树脂改性火山灰加入分散液中,继续分散20-30min,将改性二氧化硅均匀分散到萜烯树脂改性火山灰中,得组分A;
(2)将硅酸盐加水溶解,得溶液B;
(3)将混合物A和溶液B混合20-30min,使得硅酸盐均匀分散在组分A中,然后再在105℃-130℃下烘干到含水率<1%;得混合物B;
(4)在混合物B与加入活性组分、第一助剂和第二助剂搅拌混合均匀,得到本发明的混凝土内掺型自修复防水剂。
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