CN116040981A - 一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，属于建筑材料领域，包括稻壳灰、防水剂、硅酸钠、纳米氧化铝、硫酸钠、海藻酸钠溶液和有机膨润土；其中稻壳灰10～25份、防水剂10～15份、硅酸钠5～10份、纳米氧化铝15～25份、硫酸钠15～20份、海藻酸钠10～15份和有机膨润土5～10份。本发明的自愈型无机纳米结晶防水剂中含有活性纳米结晶组分，可与混凝土中主要成分发生交联作用，通过降低渗透性，封堵细微裂缝、孔洞和毛细管道，为混凝土结构提供长久有效的防水保护，使防水施工与混凝土浇筑同步完成，在高水压条件下，效果显著。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法。
背景技术
混凝土结构天然存在有很多细微的毛细管道、裂缝和孔洞，再加上施工过程中人工操作，会存在振捣不均匀的情况，这就会导致混凝土内形成蜂窝和孔洞。裂缝和孔洞的存在为水分入侵混凝土提供了天然条件，而水会对钢筋混凝土造成严重的腐蚀。水分可以通过毛细管道、裂缝、孔洞渗入到混凝土结构中，对混凝土结构中的钢筋进行腐蚀，导致钢筋锈蚀膨胀进而破坏混凝土结构，进而产生更大的裂缝。实际施工和应用过程中无法保证混凝土不出现开裂、毛细管道和孔洞等问题，因而提升混凝土防水性能具有重要意义。
结构自防水是目前应用较为广泛的一种方法，即可以在混凝土中掺加水泥基渗透结晶防水剂，提高混凝土的密实性和抗渗性，使混凝土兼具承重、围护和抗渗的能力。然而目前常见的防水剂或含有氯盐(易侵蚀钢筋)，或抗渗效果差(如硬质酸盐类或有机硅防水剂类)，或服役时间短(不具备自修复)因而达不到要求。因而开发一种抗渗效果好、对钢筋无侵蚀且具有自修复功能的防水剂产品具有重要意义。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的旨在提供一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，可有效降提升混凝土防水能力。
本发明所采用的自愈性无机纳米结晶防水剂，包含以下成分并按不同重量份组成，其中，稻壳灰10～25份、防水剂10～15份、硅酸钠5～10份、纳米氧化铝15～25份、硫酸钠15～20份、海藻酸钠溶液10～15份和有机膨润土5～10份。
所述的稻壳灰经750～850℃高温处理1～3h，高温处理后稻壳灰中无定形硅含量＞95％，且经筛分后细度≥600目。
所述的防水剂为固体含量25％～35％的甲基硅酸钠溶液。
所述的硅酸钠的模数为1～2。
所述的纳米氧化铝粒径为60～100nm。
所述的硫酸钠纯度≥98％。
所述的海藻酸钠溶液中海藻酸钠质量浓度1％～3％。
所述的有机膨润土细度4000～6000目，筛余量＜6％。
一种自愈性无机纳米结晶防水剂制备方法，具体按照如下步骤实施：
S1：按重量百分比将防水剂和海藻酸钠溶液放入搅拌桶中搅拌0.5h～1h；
S2：搅拌完成后，将S1步骤所得的防水剂和海藻酸钠溶液转移至反应釜中，依次将稻壳灰、硅酸钠、硫酸钠、纳米氧化铝和有机膨润土置于反应釜中搅拌0.5h～1h，加热温度为75℃～90℃；
S3：搅拌完成后，经过滤除杂后即得自愈性无机纳米结晶防水剂。
为方便理解本发明的控制机理，有必要对自愈性无机纳米结晶防水剂工作原理进行阐述如下：首先，当混凝土有微裂缝产生或防水层失效而产生渗水时，混凝土中的自愈性无机纳米结晶防水剂借助水的进入，以水止水、渗透结晶，具有长期保持自修复能力的功能，给建筑物提供长期的的全方位的保护。自愈性无机纳米结晶防水剂中的纳米氧化铝和硫酸钠可以在水存在的情况下，与混凝土水化过程中形成的氢氧化钙形成钙矾石，钙矾石的形成会使混凝土内部体积膨胀，提升混凝土的粘聚性，防止开裂避免漏水，同时钙矾石生长过程中可以阻碍水泥石空隙的形成，断开毛细孔道的连通，从而提升混凝土抗渗性。其次，自愈性无机纳米结晶防水剂中含有的活化稻壳灰、硅酸钠和混凝土水化过程中形成的氢氧化钙遇水可以反应形成交联的水化C-S-H凝胶，从而填充混凝土裂缝或者孔洞，实现裂缝的自修复，起到防水的作用。此外，自愈性无机纳米结晶防水剂中含有的有机膨润土可以遇水膨胀，从而阻碍水分进入混凝土中；自愈性无机纳米结晶防水剂中含有的海藻酸钠可以有效调控混凝土中水泥水化反应进程，从而控制水化产物出现时间，进而调控混凝土凝结硬化前和硬化后的密实度，从而优化混凝土抗渗性能。
本发明的有益效果主要包括：
1.自愈性无机纳米结晶防水剂不含有氯离子，降低混凝土中钢筋受侵蚀的可能性。
2.利用纳米氧化铝、硫酸钠可以与混凝土水化过程中形成的氢氧化钙在水存在的情况下形成钙矾石，提升混凝土奶水性能与抗渗性。
3.利用粉自愈性无机纳米结晶防水剂中含有的活化稻壳灰、硅酸钠和混凝土水化过程中形成的氢氧化钙遇水可以反应形成交联的水化C-S-H凝胶，提升混凝土自愈合能力。
本申请方案可降低混凝土中钢筋受侵蚀的可能性，提升混凝土抗渗性能、耐水性能，且具有自愈性，不增加施工成本和施工难度。
与现有技术相比，本发明具有以下优势：
(1)降低混凝土中钢筋受侵蚀的可能性；
(2)自我修复、绿色环保；
(3)高压抗渗、耐受侵蚀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。
下述实施例中所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施列1
一种自愈性无机纳米结晶防水剂，按重量份，由下述组分组成：稻壳灰22份、防水剂13份、硅酸钠10份、纳米氧化铝15份、硫酸钠15份、海藻酸钠溶液15份和有机膨润土10份。
首先，稻壳灰经750～850℃高温处理1～3h，高温处理后稻壳灰中无定形硅含量＞95％，且经筛分后细度≥600目；防水剂为固体含量35％的甲基硅酸钠溶液；硅酸钠的模数为1.5；纳米氧化铝粒径为60nm；硫酸钠纯度≥98％；海藻酸钠溶液中海藻酸钠浓度1％；缓有机膨润土细度5000目，筛余量＜6％。
自愈性无机纳米结晶防水剂制备方法，具体按照如下步骤实施：
S1：按重量百分比将防水剂和海藻酸钠溶液放入搅拌桶中搅拌1h；
S2：S1搅拌完成后，将S1步骤所的溶液转移至反应釜中，依次将稻壳灰、硅酸钠、硫酸钠、海藻酸钠溶液和有机膨润土置于反应釜中搅拌1h，加热温度75℃。
S3：S2搅拌完成后，经过滤除杂后即得自愈性无机纳米结晶防水剂。
实施例2
一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，按重量份，由下述组分组成：稻壳灰10份、防水剂10份、硅酸钠10份、纳米氧化铝25份、硫酸钠20份、海藻酸钠溶液15份和有机膨润土10份。
制备方法同实施例1。
实施例3
一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，按重量份，由下述组分组成：稻壳灰25份、防水剂15份、硅酸钠10份、纳米氧化铝15份、硫酸钠15份、海藻酸钠溶液15份和有机膨润土5份。
制备方法同实施例1。
实施例4
一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，按重量份，由下述组分组成：稻壳灰22份、防水剂13份、硅酸钠7份、纳米氧化铝20份、硫酸钠17份、海藻酸钠溶液13份和有机膨润土8份。
制备方法同实施例1
对比例1
一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，按重量份，由下述组分组成：防水剂19份、纳米氧化铝22份、硫酸钠22份、海藻酸钠溶液22份和有机膨润土15份。
制备方法同实施例1。
对比例2
一种自愈性无机纳米结晶防水剂及其制备方法，按重量份，由下述组分组成：稻壳灰25份、防水剂15份、硅酸钠12份、纳米氧化铝18份、硫酸钠18份和有机膨润土12份。
制备方法同实施例1。
按照《水泥基渗透结晶型防水材料》GB18445-2012标准，抗渗压力比(28d)％和第二次抗渗压力比(56d)％表征。因此实验中以采用或者不采用自愈性无机纳米结晶防水剂制备的混凝土抗渗压力比进行表征。结果如表1所示。
表1本发明实施例1～4及对比例1～2制备的混凝土抗渗压力比％
| 磷酸镁水泥试块 | 抗渗压力比(28d)％ | 第二次抗渗压力比(56d)％ |
| 实施例1 | 215 | 170 |
| 实施例2 | 213 | 168 |
| 实施例3 | 225 | 175 |
| 实施例4 | 230 | 180 |
| 对比例1 | 200 | 150 |
| 对比例2 | 210 | 160 |
实施例1和对比例1、2相比，抗渗压力比大幅度提高，表明明稻壳灰、硅酸钠和混凝土水化过程中形成的氢氧化钙遇水可以反应形成交联的水化C-S-H凝胶，从而填充混凝土裂缝或者孔洞，实现裂缝的自修复以及防水。海藻酸钠可以有效调控混凝土中水泥水化反应进程，从而控制水化产物出现时间，进而调控混凝土凝结硬化前和硬化后的密实度，从而优化混凝土抗渗性能。
实施例2和实施例1相比，抗渗压力比小幅度降低，主要原因在于稻壳灰、硅酸钠、纳米氧化铝和硫酸钠占比发生变化。稻壳灰和硅酸钠占比降低，纳米氧化铝和硫酸钠占比增加，表明稻壳灰、硅酸钠和混凝土水化过程中形成的氢氧化钙遇水可以反应形成交联的水化C-S-H凝胶，从而填充混凝土裂缝或者孔洞，实现裂缝的自修复以及防水，即稻壳灰和硅酸钠对混凝土抗渗性能以及自修复效果更好。
实施例3和实施例1相比，稻壳灰和防水剂小幅度降低，有机膨润土降低，导致实施例3中的抗渗压力比略低于实施例1，但仍然高于实施例2。表明，有机膨润土在提升混凝土抗渗方面仍然起到一定作用，主要是利用膨润土吸水膨胀阻碍水分进一步进入混凝土内部。
实施例4和实施例1相比，硅酸钠/纳米氧化铝/硫酸钠/硫酸钠海藻酸钠/有机膨润土占比发生变化，硅酸钠和海藻酸钠小幅度降低，但纳米氧化铝/硫酸钠和有机膨润土含量增加，因而实施例4的抗渗强度远远高于实施例1。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明中所述的数值范围包括此范围内所有的数值，并且包括此范围内任意两个数值组成的范围值。本发明所有实施例中出现的同一指标的不同数值，可以任意组合，组成范围值。
本发明权利要求和/或说明书中的技术特征可以进行组合，其组合方式不限于权利要求中通过引用关系得到的组合。通过权利要求和/或说明书中的技术特征进行组合得到的技术方案，也是本发明的保护范围。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，包括下列重量份数的原料：稻壳灰10～25份、防水剂10～15份、硅酸钠5～10份、纳米氧化铝15～25份、硫酸钠15～20份、海藻酸钠溶液10～15份和有机膨润土5～10份。
2.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂的制备方法，其特征在于，所述稻壳灰在750～850℃温度条件下处理1～3h；所述处理后的稻壳灰中无定形硅含量＞95％，细度≥600目。
3.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，所述防水剂为固体含量为25％～35％的甲基硅酸钠溶液。
4.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，所述硅酸钠的模数为1～2。
5.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，所述纳米氧化铝粒径为60～100nm。
6.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，所述硫酸钠的纯度≥98％。
7.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，所述海藻酸钠溶液中海藻酸钠浓度1％～3％。
8.根据权利要求1所述的一种自愈性无机纳米结晶防水剂，其特征在于，所述有机膨润土细度为4000～6000目，筛余量＜6％。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的自愈性无机纳米结晶防水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按重量百分比将防水剂和海藻酸钠溶液放入搅拌桶中搅拌0.5h～1h；
S2：将S1步骤所得的防水剂和海藻酸钠溶液转移至反应釜中，依次将稻壳灰、硅酸钠、纳米氧化铝、硫酸钠和有机膨润土置于反应釜中进行搅拌并加热，所述搅拌时间为0.5h～1h，所述加热温度为75℃～90℃；
S3：经过滤除杂后得到自愈性无机纳米结晶防水剂。
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|---|---|---|---|---|
| CN117886545A (zh) * | 2024-01-19 | 2024-04-16 | 苏州佳固士新材料科技有限公司 | 自愈型无机混凝土增殖防水剂，其制备方法及其制备装置 |
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2023
- 2023-01-12 CN CN202310040689.XA patent/CN116040981A/zh active Pending
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