CN116102289B - 一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，属于建筑材料行业水泥和混凝土外加剂技术领域。以防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分10～40％，活性组分20～40％，疏水组分8～18％，膨胀组分25～40％，纳米组分5～10％，减水组分1～3％。所述防水剂通过活性组分、增强组分、纳米组分以及膨胀组分的协同作用，使混凝土在服役期间因环境因素产生微裂缝自愈合，减少因裂缝引起的耐久性问题，极大地提升混凝土耐久性能，延长建筑使用寿命，降低全生命周期中的管理维护成本，适用于高原高海拔地区的严酷环境条件下混凝土建筑材料的防护。
Description
技术领域
本发明涉及一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，属于建筑材料行业水泥和混凝土外加剂技术领域。
背景技术
混凝土是一种典型的多孔和亲水性材料，易受到碳化腐蚀、离子腐蚀、冰冻环境等因水渗透引起的破坏，尤其是在高原高海拔地区的严酷环境条件下，受环境的影响其性能将逐渐劣化、失效，结构实际使用寿命往往低于其设计寿命。如何有效提高混凝土防护能力和耐久性，保障建筑使用寿命，降低全生命周期中的管理维护成本，成为混凝土防护的关注重点。
自愈合型混凝土防水剂内部的活性组分与水泥水化产物发生反应生成不溶晶体，堵塞混凝土内部微裂纹，使混凝土更加密实，达到混凝土防水的目的，满足建筑物及构筑物对耐久性的要求，同时其具备较强的自修复功能，可望在许多领域特别是青藏地区基础设施、地下防水工程、民用建筑等防水工程应用。例如，专利CN1295180 C公开了一种混凝土防水添加剂，由二氧化硅、羟基羧酸盐、硫酸铝和分散剂组成，具有提高混凝土骨料的粒子粘结握裹力，封闭混凝土游离水外析通道和降低骨料间隙的作用。专利申请CN 108863154 A公开了一种自愈合渗透结晶防水剂，由甲基硅酸钠、纯丙乳液、吸水膨胀树脂、二氧化硅、三乙醇胺、增韧剂、防老化剂等组成，具有在缝隙内挤压产生预应力，增强对缝隙的密封性，实现二次防水密封的作用。专利申请CN 102432222 A公开了一种渗透结晶型防水剂，以超细矿粉、粉煤灰、氢氧化钙、纳米二氧化硅、有机硅助剂、聚丙烯酸钠、聚羧酸减水剂组成，具有堵塞混凝土毛细孔孔道及微裂纹，提高混凝土的密实性，提高混凝土抗渗性和耐久性的作用。
但是，现有技术中的自愈合型混凝土防水剂一般都局限于疏水性能或利用二氧化硅的火山灰反应活性提高混凝土中水泥水化产物C-S-H凝胶比例作用，所述防水剂只能在早期拌合阶段提高混凝土的防水性；混凝土服役后，外界因素引起微裂纹会导致混凝土的致密性和抗渗性降低，上述防水剂无法在此阶段继续进行防护和自愈合，整体防水效果和耐久性相对较差，从而影响混凝土服役年限。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，所述防水剂能够在混凝土全生命周期，特别是混凝土服役中后期提高混凝土的抗渗及抗氯离子渗透能力，同时在混凝土出现微裂纹时具有自愈合功能，能做到结构自防水，使混凝土的耐久性和整体防水性能得到极大提高。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分10～40％，活性组分20～40％，疏水组分8～18％，膨胀组分25～40％，纳米组分5～10％，减水组分1～3％；
所述增强组分为氟硅酸盐；
所述活性组分为硅酮锆；
所述疏水组分为聚硅氧烷粉末、聚甲基硅氧烷粉末、聚二甲基硅氧烷粉末、氨基硅烷粉末、环氧基硅烷粉末和甲基三乙氧基硅烷粉末中的至少一种；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙中的至少一种；
所述纳米组分为纳米二氧化硅；
所述减水组分为聚羧酸减水剂粉末。
优选的，所述硅酮锆的分子量不大于2500道尔顿。
优选的，所述氟硅酸盐为氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸锌和氟硅酸钠中至少一种；
优选的，所述纳米二氧化硅为疏水型且比表面积不小于200m2/g。
优选的，所述聚羧酸减水剂粉末有效固含量≥98％且减水率≥30％。
一种本发明所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分机械混合均匀。
有益效果
(1)本发明提供了一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，所述防水剂通过活性组分与增强组分的协同作用使防水性能贯穿混凝土全生命周期：单独的活性组分(硅酮锆)中的Zr2+会参与混凝土中水泥早期的水化反应，与水泥中Ca2+结晶生成锆化络合物，硅酮锆早期过多反应会影响后期混凝土裂缝自愈合速率以及长期耐久性；而增强组分氟硅酸盐中的F-可以在水化初始期夺取水泥中Ca2+，生成新的沉淀物质CaF2，从而抑制Zr2+与Ca2+反应沉淀，使Zr2+在混凝土中水泥水化早期处于休眠状态，保留更多的活性组分在混凝土服役中后期进行防护；在混凝土服役中后期，出现裂纹，裂纹进水后活性组分遇水被激活，在混凝土碱性条件下水解生成硅氧基团和锆离子，硅氧基团和水泥反应填充孔隙，锆离子可以作为催化材料，催化混凝土中未完全水化的水泥颗粒二次反应，进一步填充孔隙，从而堵塞混凝土内部微裂纹，在混凝土出现微裂纹时具有自愈合功能，使混凝土更加密实，提高混凝土的抗渗及抗氯离子渗透能力，做到结构自防水，实现混凝土的整体性和永久性防水。
(2)本发明提供了一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，所述防水剂通过活性物质、纳米组分以及膨胀组分的协同作用，使混凝土在服役期间因环境因素产生微裂缝自愈合，减少因裂缝引起的耐久性问题，极大地提升混凝土耐久性能。
(3)本发明提供了一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，通过控制防水剂中增强组分的质量百分数促进水泥中的铝酸三钙水解并生成大量钙矾石，水化产物能够充分发展，有利于提升混凝土早期强度；同时氟硅酸盐水解生成的SiO2凝胶也能够填充空隙，具有增强作用，提高混凝土早期内部整体致密性，从而提升混凝土早期的抗渗性能，减少因外部环境变化引起的水渗透。
(4)本发明提供了一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，所述防水剂能在混凝土内部形成更为致密的微观结构，具有早强性、疏水性、抗渗性、降低电通量的优点，提高混凝土的耐久性，同时在混凝土结构出现裂缝时，能起到自愈合的效果，延长建筑使用寿命，降低全生命周期中的管理维护成本，适用于高原高海拔地区的严酷环境条件下混凝土建筑材料的防护。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
以下对比例和实施例中：
所述混凝土中各组分配比如下：水泥240kg/m3，二级灰80kg/m3，机制砂950kg/m3，碎石970kg/m3，水165kg/m3，减水剂5.76kg/m3；
其中，所述水泥型号为四川省峨胜水泥集团股份有限公司生产，型号PO42.5；
所述碎石为粒径为5mm～20mm连续级配；
所述机制砂为细度模数2.6的中砂；
所述减水剂为中建西部建设西南公司眉山厂生产用的减水剂。
强度测试方法参照国家标准GB/T 50081-2002普通混凝土力学性能试验方法；
混凝土吸水率测试方法参照江苏省地方标准DB32/T 3696-2019高性能混凝土应用技术规程；
混凝土收缩、电通量、抗冻融循环、抗渗性和抗硫酸盐侵蚀测试方法均参照国家标准GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准。
实施例1
一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分20％，活性组分30％，疏水组分8％，膨胀组分35％，纳米组分6％，减水组分1％；
所述增强组分为氟硅酸镁；
所述活性组分为分子量2000道尔顿的硅酮锆；
所述疏水组分为聚硅氧烷粉末；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的混合物，其中，氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的质量比为1:1:2；
所述纳米组分为比表面积为200m2/g的疏水型纳米二氧化硅；
所述减水组分为有效固含量为98％、减水率为30％的聚羧酸减水剂粉末。
一种本实施例所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分机械混合均匀，得到所述防水剂。
实施例2
一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分30％，活性组分20％，疏水组分8％，膨胀组分29％，纳米组分10％，减水组分3％；
所述增强组分为氟硅酸钠；
所述活性组分为分子量2000道尔顿的硅酮锆；
所述疏水组分为环氧基硅烷粉末和甲基三乙氧基硅烷粉末的混合物，其中，环氧基硅烷粉末和甲基三乙氧基硅烷粉末的质量比为1:1；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的混合物，其中，氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的质量比为1:1:2；
所述纳米组分为比表面积为200m2/g的疏水型纳米二氧化硅；
所述减水组分为有效固含量为98％、减水率为30％的聚羧酸减水剂粉末。
一种本实施例所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分通过机械混合均匀，得到所述防水剂。
实施例3
一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分10％，活性组分30％，疏水组分13％，膨胀组分40％，纳米组分6％，减水组分1％；
所述增强组分为氟硅酸钾；
所述活性组分为分子量2000道尔顿的硅酮锆；
所述疏水组分为聚甲基硅氧烷粉末；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的混合物，其中，氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的质量比为1:1:2；
所述纳米组分为比表面积为200m2/g的疏水型纳米二氧化硅；
所述减水组分为有效固含量为98％、减水率为30％的聚羧酸减水剂粉末。
一种本实施例所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分通过机械混合均匀，得到所述防水剂。
实施例4
一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分40％，活性组分20％，疏水组分8％，膨胀组分25％，纳米组分5％，减水组分2％；
所述增强组分为氟硅酸锌；
所述活性组分为分子量2000道尔顿的硅酮锆；
所述疏水组分为聚二甲基硅氧烷粉末和氨基硅烷粉末，其中，聚二甲基硅氧烷粉末和氨基硅烷粉末的质量比为1:1；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的混合物，其中，氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的质量比为1:1:2；
所述纳米组分为比表面积为200m2/g的疏水型纳米二氧化硅；
所述减水组分为有效固含量为98％、减水率为30％的聚羧酸减水剂粉末。
一种本实施例所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分通过机械混合均匀，得到所述防水剂。
实施例5
一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分10％，活性组分40％，疏水组分18％，膨胀组分25％，纳米组分6％，减水组分1％；
所述增强组分为氟硅酸镁和氟硅酸钠混合物，其中，氟硅酸镁和氟硅酸钠的质量比为2:1；
所述活性组分为分子量2500道尔顿的硅酮锆；
所述疏水组分为聚硅氧烷粉末和聚甲基硅氧烷粉末混合物，其中，聚硅氧烷粉末和聚甲基硅氧烷粉末的质量比为1:1；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的混合物，其中，氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙的质量比为1:1:2；
所述纳米组分为比表面积为200m2/g的疏水型纳米二氧化硅；
所述减水组分为有效固含量为98％、减水率为30％的聚羧酸减水剂粉末。
一种本实施例所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分通过机械混合均匀，得到所述防水剂。
对比例1
Krystol Internal MembraneTM混凝土防水外加剂，凯顿国际集团。
对比例2
WT-275混凝土防水剂，西卡(中国)有限公司。
对比例3
专利CN105693135B一种水泥混凝土内掺型防水剂及其制备方法中，实施例6所述防水剂。
对比例4
对比例4未在混凝土中外加任何防水剂。
在混凝土搅拌时，分别将实施例1～5和对比例1～2所述防水剂同水一起加入到混凝土中，防水剂加入量为混凝土胶凝材料质量的2％，对比例3中所述防水剂加入量为混凝土胶凝材料质量的0.5％，进行搅拌、成型、振捣、养护，按照所述标准测试相关性能，结果如表1所示：
表1掺加不同防水剂混凝土以及未掺杂防水剂混凝土的性能测试结果
从测试结果可知，掺杂本发明所述防水剂后，水泥混凝土7d龄期和28d龄期的抗压强度明显提升，28d龄期收缩率明显减小，48h吸水率明显降低，电通量也明显降低，抗冻融和抗硫酸盐侵蚀性能明显提高；说明本发明所述防水剂的防水性和耐久性(抗渗性能和抗硫酸盐侵蚀性能)显著高于现有技术中的防水剂。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，其特征在于：以所述防水剂原料总体质量为100％计，各组分及其质量分数如下：增强组分10～40％，活性组分20～40％，疏水组分8～18％，膨胀组分25～40％，纳米组分5～10％，减水组分1～3％；
所述增强组分为氟硅酸盐；
所述活性组分为硅酮锆；
所述疏水组分为聚硅氧烷粉末、聚甲基硅氧烷粉末、聚二甲基硅氧烷粉末、氨基硅烷粉末、环氧基硅烷粉末和甲基三乙氧基硅烷粉末中的至少一种；
所述膨胀组分为氧化镁、氧化钙和硫铝酸钙中的至少一种；
所述纳米组分为纳米二氧化硅；
所述减水组分为聚羧酸减水剂粉末。
2.根据权利要求1所述一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，其特征在于：所述硅酮锆的分子量不大于2500道尔顿；所述氟硅酸盐为氟硅酸镁、氟硅酸钾、氟硅酸锌和氟硅酸钠中至少一种。
3.根据权利要求1或2所述一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，其特征在于：所述纳米二氧化硅为疏水型且比表面积不小于200m2/g。
4.根据权利要求1或2所述一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，其特征在于：所述聚羧酸减水剂粉末有效固含量≥98％且减水率≥30％。
5.根据权利要求2所述一种高原地区用自愈合型混凝土防水剂，其特征在于：所述纳米二氧化硅为疏水型且比表面积不小于200m2/g；所述纳米二氧化硅为疏水型且比表面积不小于200m2/g。
6.一种如权利要求1～5任一项所述高原地区用自愈合型混凝土防水剂的制备方法，其特征在于：所述方法为将增强组分、活性组分、疏水组分、膨胀组分、纳米组分和减水组分机械混合均匀。
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