CN115536303A - 混凝土内掺型抗渗憎水材料、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混凝土内掺型抗渗憎水材料，将其作为内掺剂掺入新拌混凝土中，封闭毛细孔及微裂纹，并在混凝土服役过程中出现新的微细裂纹时，仍然能够抗渗。该内掺型抗渗憎水材料包括莫来粉100‑120重量份；膨胀蛭石粉80‑100重量份；有机硅烷乳液40‑60重量份；纳米复合疏水型二氧化硅30‑50重量份；纳米改性硅酸钾20‑40重量份；甲基硅酸锂1‑3重量份；饱和硝酸银溶液1‑3重量份；硅烷偶联剂0.1‑0.3重量份；可再分散乳胶粉0.1‑0.3重量份。
Description
技术领域
本发明涉及混凝土领域，更具体地，涉及一种混凝土内掺型防渗憎水材料、制备方法及应用。
背景技术
混凝土在成型及服役过程中不可避免的内部会出现有害的毛细孔及微裂缝，这部分毛细孔及微裂缝成为外部劣化因子的侵蚀通路，造成混凝土结构的破坏，抗渗能力下降。
主要混凝土抗渗材料分为内掺型及外部后防护材料。外部后防护材料无论柔性、刚性均无法做到与混凝土事实上的同寿。
当前内掺型抗渗材料主要方向为减缩剂，例如CN111592271A公开了一种内掺型防渗抗裂减缩剂，作为内掺剂掺入水泥应用于混凝土中，用于防止混凝土因干燥和自收缩引起的开裂现象，其包含以下组分：碱改性硅藻土35～45重量份，氧化镁15～22重量份，蛭石13～20重量份，硼砂8～11重量份，六偏磷酸钠3～9重量份，柠檬酸改性淀粉7～13重量份。但这种减缩剂在混凝土服役一段时间后出现裂缝后即丧失效果，无法持续作用。
还有一些内掺型防渗剂是通过改变混凝土内部的孔隙结构，作用过程中析出凝胶封闭毛细孔。同样，这种类型的防渗剂也是在混凝土出现裂缝后即丧失效果。
还有些内掺型材料会在混凝土成型后期于表面生成疏水结构，以提升混凝土表层抗渗、抗裂、耐久性，但此疏水结构较为脆弱，在物理磨损、紫外线照射、干湿交替的情况下极易脱落或改变结构，失去原有性能。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种混凝土内掺型抗渗憎水材料，将其作为内掺剂掺入新拌混凝土中，封闭毛细孔及微裂纹，并在混凝土服役过程中出现新的微细裂纹时，仍然能够抗渗。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种混凝土内掺型抗渗憎水材料，其包含以下组分：
优选地，所述有机硅烷溶液包括羟基、醚基改性有机硅乳液。
优选地，硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
优选地，所述混凝土内掺型抗渗憎水材料还包括木质素磺酸钙0.2-0.3份。
混凝土内掺型抗渗憎水材料的制备方法，包括：
步骤1：取100-120重量份莫来粉、80-100重量份膨胀蛭石粉混合，并放入研磨机中研磨成400-600目的粉末，放置备用；
步骤2：向40-60重量份的有机硅烷乳液中依次加入可再分散乳胶粉0.1-0.3重量份、纳米改性硅酸钾20-40重量份、纳米复合疏水型二氧化硅30-50重量份，饱和硝酸银溶液1-3重量份，高速搅拌混合，高速搅拌混合的速率为1200转/分钟以上，使有机硅烷乳液与纳米复合疏水型二氧化硅充分分散，银离子附着于纳米二氧化硅表面，形成匀质混合物；
步骤3：先将步骤1得到的粉末加入高速搅拌反应釜中，并依次加入甲基硅酸锂1-3重量份、硅烷偶联剂0.1-0.3重量份，加热到65-70℃维持1-2小时；
步骤4：再向前述高速搅拌反应釜中加入步骤2的混合物，加热至70-90℃，充分混合、反应，直至液体全部蒸发，混合物充分包裹粉剂，得到颗粒状固体产物；
步骤5：将所得颗粒状固体产物经烘干后研磨至400-600目得到内掺型抗渗憎水材料。
优选地，还包括步骤6：加入木质素磺酸钙0.2-0.3份，充分混合15-30分钟。
采用前述任一种混凝土内掺型抗渗憎水材料增强混凝土抗渗性能的应用，其特征在于，将所述混凝土内掺型抗渗憎水材料10-20重量份加入高强混凝土预拌粉100-150重量份，并加水45-55重量份充分搅拌，获得新拌混凝土。
(三)有益效果
本发明的技术效果在于：
a.在混凝土搅拌过程中加入，其中磨细其微观级配合理的莫来粉及纳米(微米)复合疏水型二氧化硅通过空间位阻及其微观形态效应，分散混凝土中水泥含水后的絮状结构，释放自由水，使混凝土级配更加合理，以减少用水量，改善混凝土和易性；同时，在混凝土水化期间，膨胀蛭石粉具备强离子交换能力，遇水膨胀，能够抵消混凝土早期干缩造成的塑性裂纹。塑性裂缝的减少有助于提升混凝土后期服役过程中的长期耐久性，降低微细塑性裂缝转化为有害裂缝，进而起到防护结构构筑物长期有效安全使用的目的。
b.在混凝土硬化过程中通过莫来粉、膨胀蛭石粉、纳米(微米)复合疏水型二氧化硅的超细填充及活性物质与混凝土中的矿物质反应生成凝胶封闭毛细孔及微裂缝。甲基硅酸锂、有机硅烷乳液能与混凝土表层(10mm)Ca(OH)2等反应生成稳定的不溶物，使其表层更加密实，阻滞外来物质的侵蚀。
c.纳米二氧化硅的加入可直接对整体混凝土进行密实填充，提高混凝土整体致密性、强度，降低混凝土在纳米及微米级别下的孔隙率。同时利用纳米二氧化硅比表面积大、表面多介孔结构和超强的吸附能力以及奇异的理化特性，将有效材料(银离子)均匀地分散并保护到其表面的介孔中，使混凝土具备耐高温、持久、广谱的抗菌效果，对于潮湿、温暖环境下混凝土的防霉菌具有很好的作用。
d.在长期服役过程中，纳米改性硅酸钾能够渗入混凝土内部20-30mm，该活性成分能够有水参与的情况下，与Ca(OH)2反应生成稳定的凝胶不溶物，持续封闭毛细孔，即使在服役过程中混凝土产生了该活性物质无法封闭的细微裂缝，也可借助于纳米(微米)复合疏水型二氧化硅及莫来粉的憎水性能排斥水的渗入，真正达到与混凝土同寿。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
本发明实施例提供一种混凝土内掺型抗渗憎水材料，其包含以下组分：
优选地，所述有机硅烷溶液包括羟基、醚基改性有机硅乳液。
优选地，硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
优选地，所述混凝土内掺型抗渗憎水材料还包括木质素磺酸钙0.2-0.3份。
本发明实施例还提供前述混凝土内掺型抗渗憎水材料的制备工艺。
步骤1：取100-120重量份莫来粉、80-100重量份膨胀蛭石粉混合，并放入研磨机中研磨成400-600目的粉末，放置备用；
步骤2：向40-60重量份的有机硅烷乳液中依次加入可再分散乳胶粉0.1-0.3重量份、纳米改性硅酸钾20-40重量份、纳米复合疏水型二氧化硅30-50重量份，饱和硝酸银溶液1-3重量份，高速搅拌混合，高速搅拌混合的速率为1200转/分钟以上，使有机硅烷乳液与纳米复合疏水型二氧化硅充分分散，银离子附着于纳米二氧化硅表面，形成匀质混合物；
步骤3：先将步骤1得到的粉末加入高速搅拌反应釜中，并依次加入甲基硅酸锂1-3重量份、硅烷偶联剂0.1-0.3重量份，加热到65-70℃维持1-2小时；
步骤4：再向前述高速搅拌反应釜中加入步骤2的混合物，加热至70-90℃，充分混合、反应，直至液体全部蒸发，混合物充分包裹粉剂，得到颗粒状固体产物；
步骤5：将所得颗粒状固体产物经烘干后研磨至400-600目得到内掺型抗渗憎水材料。
实施例一
步骤1：取110重量份莫来粉、90重量份膨胀蛭石粉混合，并放入研磨机中研磨成600目的粉末，放置备用；
步骤2：向50重量份的有机硅烷乳液中依次加入可再分散乳胶粉0.2重量份、纳米改性硅酸钾30重量份、纳米复合疏水型二氧化硅40重量份，饱和硝酸银溶液1重量份，高速搅拌混合，高速搅拌混合的速率为1200转/min以上，使有机硅烷乳液与纳米复合疏水型二氧化硅充分分散，银离子附着于纳米二氧化硅表面，形成匀质混合物；
步骤3：先将步骤1得到的粉末加入高速搅拌反应釜中，并依次加入甲基硅酸锂2重量份、硅烷偶联剂0.2重量份，加热到70℃维持1.5h；
步骤4：再向前述高速搅拌反应釜中加入步骤2的混合物，加热至90℃，充分混合、反应，直至液体全部蒸发，混合物充分包裹粉剂，得到颗粒状固体产物；
步骤5：将所得颗粒状固体产物经烘干后研磨至600目得到内掺型抗渗憎水材料。
实施例二
步骤1：取110重量份莫来粉、90重量份膨胀蛭石粉混合，并放入研磨机中研磨成600目的粉末，放置备用；
步骤2：向50重量份的有机硅烷乳液中依次加入可再分散乳胶粉0.2重量份、纳米改性硅酸钾30重量份、纳米复合疏水型二氧化硅40重量份，饱和硝酸银溶液1重量份，高速搅拌混合，高速搅拌混合的速率为1200转/分钟以上，使有机硅烷乳液与纳米复合疏水型二氧化硅充分分散，银离子附着于纳米二氧化硅表面，形成匀质混合物；
步骤3：先将步骤1得到的粉末加入高速搅拌反应釜中，并依次加入甲基硅酸锂2重量份、硅烷偶联剂0.2重量份，加热到70℃维持1.5小时；
步骤4：再向前述高速搅拌反应釜中加入步骤2的混合物，加热至90℃，充分混合、反应，直至液体全部蒸发，混合物充分包裹粉剂，得到颗粒状固体产物；
步骤5：将所得颗粒状固体产物经烘干后研磨至600目得到内掺型抗渗憎水材料；
步骤6：加入木质素磺酸钙，充分混合15-30分钟。
内掺抗渗试验：
针对高强混凝土进行内掺试验，试验所用的高强混凝土包括硅酸盐水泥12重量份，微珠6重量份，矿粉4重量份，机制砂40重量份，碎石48重量份。具体试验如下：
实施例一试验
将借助于前述实施例一获得的内掺抗渗憎水材料10重量份加入高强混凝土预拌粉100重量份，并加水45重量份充分搅拌，获得新拌混凝土。
实施例二试验
掺抗渗憎水材料10重量份，木质素磺酸钙0.1重量份，加入高强混凝土预拌粉100重量份，并加水45重量份充分搅拌，获得新拌混凝土。
对比例一试验
取高强混凝土预拌粉100重量份，并加水54重量份充分搅拌，获得新拌混凝土。
基于实施例一试验、实施例二试验、对比例一试验获得的新拌混凝土，分别制作成50厘米*50厘米*10厘米混凝土试块。
在混凝土试块硬化过程中自上表面向下施加压力，迫使混凝土试块变形，高度降低30％以上。由此，混凝土试块将在内部产生不同程度的界面裂纹。
之后静置养护至混凝土试块完全硬化、结构稳定。
针对混凝土试块纵向切片显示，实施例一试验内部产生少量不均匀界面裂纹，局部较为明显；实施例二试验中试块内部产生少量界面微裂纹；对比例一试验中试块内部产生大量界面裂纹，裂纹尺寸普遍较大。这反映了实施例一和实施例二中，在混凝土硬化过程中通过超细填充及活性物质与混凝土中的矿物质反应生成凝胶封闭了大部分毛细孔及微裂缝；木质素磺酸钙将在混凝土搅拌过程中促进憎水材料的均匀分散，能够进一步减少裂纹的产生。
在试验台上铺设显水材料，例如酸碱试纸，然后将三种混凝土试块放置在显水材料上。在三种混凝土试块的上表面持续滴注水滴，水滴接触到实施例一试验、实施例二试验的试块表面时表现出较大的表面张力，不易渗入；在对比例一试验的试块表面时快速渗入。在经历24小时滴注后，实施例一试验和实施例二试验的试块无透水，试块底面的显水材料上无吸水痕迹；对比例一的试块在24小时后在试块底面的显水材料上留下吸水痕迹。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种混凝土内掺型抗渗憎水材料，其特征在于其包含以下组分：
2.根据权利要求1所述的混凝土内掺型抗渗憎水材料，其特征在于所述有机硅烷溶液包括羟基、醚基改性有机硅乳液。
3.根据权利要求1所述的混凝土内掺型抗渗憎水材料，其特征在于硅烷偶联剂包括乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
4.根据权利要求1所述的混凝土内掺型抗渗憎水材料，其特征在于，所述混凝土内掺型抗渗憎水材料还包括木质素磺酸钙0.2-0.3份。
5.权利要求1-4任一项所述的混凝土内掺型抗渗憎水材料的制备方法，其特征在于，
步骤1：取100-120重量份莫来粉、80-100重量份膨胀蛭石粉混合，并放入研磨机中研磨成400-600目的粉末，放置备用；
步骤2：向40-60重量份的有机硅烷乳液中依次加入可再分散乳胶粉0.1-0.3重量份、纳米改性硅酸钾20-40重量份、纳米复合疏水型二氧化硅30-50重量份，饱和硝酸银溶液1-3重量份，高速搅拌混合，高速搅拌混合的速率为1200转/分钟以上，使有机硅烷乳液与纳米复合疏水型二氧化硅充分分散，银离子附着于纳米二氧化硅表面，形成匀质混合物；
步骤3：先将步骤1得到的粉末加入高速搅拌反应釜中，并依次加入甲基硅酸锂1-3重量份、硅烷偶联剂0.1-0.3重量份，加热到65-70℃维持1-2小时；
步骤4：再向前述高速搅拌反应釜中加入步骤2的混合物，加热至70-90℃，充分混合、反应，直至液体全部蒸发，混合物充分包裹粉剂，得到颗粒状固体产物；
步骤5：将所得颗粒状固体产物经烘干后研磨至400-600目得到内掺型抗渗憎水材料。
6.权利要求5所述的混凝土内掺型抗渗憎水材料的制备方法，其特征在于，还包括步骤6：加入木质素磺酸钙0.2-0.3份，充分混合15-30分钟。
7.采用权利要求1-4任一项的混凝土内掺型抗渗憎水材料增强混凝土抗渗性能的应用，其特征在于，将所述混凝土内掺型抗渗憎水材料10-20重量份加入高强混凝土预拌粉100-150重量份，并加水45-55重量份充分搅拌，获得新拌混凝土。
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