CN116161927A - 一种混凝土防水抗渗材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土防水抗渗材料及其制备方法，通过利用乙烯基硅烷偶联剂对PVA纤维进行疏水改性，增强了PVA纤维在混凝土中的分散性能，然后通过加成反应，将聚丙烯酸镁接枝在PVA纤维上，相比于直接将聚丙烯酸镁加入到混凝土基料中，通过利用改性PVA纤维在混凝土基料中的良好分散性，提高了聚丙烯酸镁在混凝土中的分散效果，增强了聚丙烯酸镁的防水效果，进而增强了混凝土的防水性能；通过利用不同力学性能和性质的玄武岩纤维、改性PVA纤维和改性硫酸钙晶须进行混杂掺入，在提升混凝土材料力学强度的同时，改善了混凝土的韧性及抗渗性能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土防水抗渗材料及其制备方法。
背景技术
混凝土建筑结构防水的方法主要有两种，第一种是对混凝土进行表面处理，主要是在其表面涂覆或者铺设一层有机聚合物层以隔绝水对混凝土结构的侵蚀。该方法在短时间内能够起到较为优异的作用，但是，该类材料与混凝土基体的相容性较差，而且易老化，这都导致了其对混凝土的防水作用具有一定的期限，除此之外，该种防水方式只限于混凝土表面的防水，不能起到修复基体内部微裂缝的作用。另一种防水方法是在混凝土中掺入防水剂，目前，我国建设市场上出售的主要是无机或有机的防水剂，例如氯化铁，氯化铝，有机硅等防水剂，通过加入这些防水剂，形成跛体或络合物，堵塞毛细孔，提高混凝土的抗渗能力；实践证明，大多数防水剂是能够提高混凝土的抗渗能力的，但是，在实际应用过程中，往往存在混凝土收缩开裂而引起渗漏的现象，造成防水的失败。
中国专利文献CN201610801767.3公开了一种纤维增强高阻尼聚合物混凝土的制备方法，该制备方法中混凝土包括水泥、水、粉煤灰、砂、碎石、聚合物乳液、高效减水剂、消泡剂、分散剂和PVA纤维，上述专利通过分散剂用以增加聚合物乳液在水泥基混凝材料中的分散性，但十二烷基苯磺酸钠的分散效果差，并没有解决聚合物乳液分散性差的问题，从而导致混凝土的抗渗防水性差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混凝土防水抗渗材料及其制备方法，解决现有的混凝土材料防水抗渗性能不佳的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种混凝土防水抗渗材料，以重量份计，包括如下组分的原料：水泥360-420份、粉煤灰30-50份、天然砂600-800份、粗骨料800-1100份、氧化钙20-40份、减水剂8-12份、玄武岩纤维10-15份、改性PVA纤维15-20份、改性硫酸钙晶须3-6份、水240-280份。
优选的，所述改性PVA纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PVA纤维浸泡在乙烯基硅烷偶联剂溶液中，取出后晾干，然后放入烘箱中进行加热反应，待反应完成后冷却至室温，得到乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维；
(2)将丙烯酸镁加入到水中，搅拌均匀，随后加入乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，在氮气气氛下进行反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性PVA纤维。
优选的，步骤(1)中，PVA纤维与乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量比为2-3:100，乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量分数为0.8-1.2％。
优选的，步骤(1)中，乙烯基硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂或乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂。
优选的，步骤(1)中，加热反应温度为100-120℃，加热反应时间为2-3h。
优选的，步骤(2)中，丙烯酸镁、水、乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾8-12:150-200:15-20:0.08-0.1:0.4-0.6。
优选的，步骤(2)中，反应温度为60-80℃，反应时间为2-3h。
优选的，所述改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将无水乙醇、去离子水和硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4-5，反应1-2h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
优选的，无水乙醇、去离子水、硅烷偶联剂KH550和硫酸钙晶须的质量比为50-60:50-60:1-2:10-15。
本发明还提供上述混凝土防水抗渗材料的制备方法，包括如下步骤：将水泥、粉煤灰、天然砂、粗骨料、氧化钙、减水剂和改性硫酸钙晶须按照重量配比搅拌混合均匀，得到混合料，然后向混合料中加水进行搅拌，混合均匀，再加入玄武岩纤维和改性PVA纤维，搅拌均匀，即得到混凝土防水抗渗材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明先利用乙烯基硅烷偶联剂对PVA纤维进行疏水改性，增强了PVA纤维在混凝土中的分散性能，然后通过加成反应，将聚丙烯酸镁接枝在PVA纤维上，相比于直接将聚丙烯酸镁加入到混凝土基料中，通过利用改性PVA纤维在混凝土基料中的良好分散性，提高了聚丙烯酸镁在混凝土中的分散效果，增强了聚丙烯酸镁的防水效果，进而增强了混凝土的防水性能。
(2)本发明利用不同力学性能和性质的玄武岩纤维、改性PVA纤维和改性硫酸钙晶须进行混杂掺入，在提升混凝土材料力学强度的同时，改善了混凝土的防水及抗渗性能，同时改性PVA纤维上的羧基可以与玄武岩纤维表面的羟基和改性硫酸钙晶须的氨基进行反应，使改性PVA纤维形成缠绕中心，增强了混凝土材料的紧密程度，进一步提高了混凝土材料的力学性能和抗渗性能。
具体实施方式
以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。
需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。
本发明中所使用的水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥；
粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；
天然砂的粒径为20-40目；
粗骨料的粒径为5-10mm；
氧化钙的目数为8-12目，购自山东兴华化工科技有限公司；
减水剂为聚羧酸系减水剂，购自山东鸿泉化工科技有限公司；
玄武岩纤维的长度为6-15mm，购自泰安森扬复合材料有限公司；
PVA纤维的长度为3-5mm，购自常州市天怡工程纤维有限公司；
硫酸钙晶须购自石家庄竹中科技有限公司。
实施例1
一种混凝土防水抗渗材料的制备方法，包括如下步骤：
将360g水泥、50g粉煤灰、600g天然砂、1100g粗骨料、20g氧化钙、12g减水剂和3g改性硫酸钙晶须搅拌混合240s，得到混合料，然后向混合料中加入240g水进行搅拌180s，再加入10g玄武岩纤维和15g改性PVA纤维，搅拌300s，即得到混凝土防水抗渗材料；
改性PVA纤维的制备方法如下：将2gPVA纤维浸泡在100g，1.2wt％的乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂溶液中，溶剂为乙醇，浸泡30min后取出晾干，然后放入烘箱中，在100℃下反应2h，待反应完成后冷却至室温，得到乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维；
将8g丙烯酸镁加入到150g水中，搅拌均匀，随后加入15g乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、0.08gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.4g过硫酸钾，在氮气气氛、60℃下进行反应2h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性PVA纤维；
改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将50g无水乙醇、50g去离子水和1g硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加10g硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4，反应1h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
实施例2
一种混凝土防水抗渗材料的制备方法，包括如下步骤：
将420g水泥、40g粉煤灰、800g天然砂、1000g粗骨料、40g氧化钙、10g减水剂和6g改性硫酸钙晶须搅拌混合240s，得到混合料，然后向混合料中加入280g水进行搅拌180s，再加入15g玄武岩纤维和18g改性PVA纤维，搅拌300s，即得到混凝土防水抗渗材料；
改性PVA纤维的制备方法如下：将3gPVA纤维浸泡在100g，1.0wt％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂溶液中，溶剂为乙醇，浸泡30min后取出晾干，然后放入烘箱中，在120℃下反应2h，待反应完成后冷却至室温，得到乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维；
将12g丙烯酸镁加入到200g水中，搅拌均匀，随后加入20g乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、0.1gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.6g过硫酸钾，在氮气气氛、80℃下进行反应2h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性PVA纤维；
改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将60g无水乙醇、50g去离子水和2g硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加15g硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4，反应2h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
实施例3
一种混凝土防水抗渗材料的制备方法，包括如下步骤：
将400g水泥、30g粉煤灰、700g天然砂、900g粗骨料、40g氧化钙、12g减水剂和5g改性硫酸钙晶须搅拌混合240s，得到混合料，然后向混合料中加入260g水进行搅拌180s，再加入12g玄武岩纤维和20g改性PVA纤维，搅拌300s，即得到混凝土防水抗渗材料；
改性PVA纤维的制备方法如下：将3gPVA纤维浸泡在100g，0.8wt％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂溶液中，溶剂为乙醇，浸泡30min后取出晾干，然后放入烘箱中，在100℃下反应3h，待反应完成后冷却至室温，得到乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维；
将10g丙烯酸镁加入到180g水中，搅拌均匀，随后加入18g乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、0.1gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.5g过硫酸钾，在氮气气氛、60℃下进行反应3h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性PVA纤维；
改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将60g无水乙醇、60g去离子水和1.5g硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加12g硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4，反应2h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
对比例1
一种混凝土防水抗渗材料的制备方法，包括如下步骤：
将400g水泥、30g粉煤灰、700g天然砂、900g粗骨料、40g氧化钙、12g减水剂和5g改性硫酸钙晶须搅拌混合240s，得到混合料，然后向混合料中加入260g水进行搅拌180s，再加入12g玄武岩纤维和20g改性PVA纤维，搅拌300s，即得到混凝土防水抗渗材料；
改性PVA纤维的制备方法如下：将3gPVA纤维浸泡在100g，0.8wt％的乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂溶液中，溶剂为乙醇，浸泡30min后取出晾干，然后放入烘箱中，在100℃下反应3h，待反应完成后冷却至室温，即得到改性PVA纤维；
改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将60g无水乙醇、60g去离子水和1.5g硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加12g硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4，反应2h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
对比例2
一种混凝土防水抗渗材料的制备方法，包括如下步骤：
将400g水泥、30g粉煤灰、700g天然砂、900g粗骨料、40g氧化钙、12g减水剂和5g改性硫酸钙晶须搅拌混合240s，得到混合料，然后向混合料中加入260g水进行搅拌180s，再加入12g玄武岩纤维和20g改性PVA纤维，搅拌300s，即得到混凝土防水抗渗材料；
其中，改性PVA纤维的制备方法如下：将10g丙烯酸镁加入到180g水中，搅拌均匀，随后加入18gPVA纤维、0.1gN,N-亚甲基双丙烯酰胺和0.5g过硫酸钾，在氮气气氛、60℃下进行反应3h，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性PVA纤维；
改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将60g无水乙醇、60g去离子水和1.5g硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加12g硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4，反应2h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
将实施例1-3和对比例1-2所制备的混凝土进行性能测试，具体如下：
抗压强度：将实施例1-3和对比例1-2所制备的混凝土制成边长为100mm的标准立方体试块，标准条件下养护28d，采用万能试验机进行力学性能测试，测定混凝土在养护28d的抗压强度；
吸水率测试：参照英国标准BS1881，Part122,1983，取养护28天的试块进行测试；
抗渗压力测试：依据GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行测试；试验结果如下表所示：
| 抗压强度(MPa) | 吸水率(％) | 透水压力(MPa) | |
| 实施例1 | 78.7 | 0.21 | 4.4 |
| 实施例2 | 79.1 | 0.19 | 4.5 |
| 实施例3 | 78.5 | 0.22 | 4.4 |
| 对比例1 | 62.6 | 0.67 | 3.1 |
| 对比例2 | 61.3 | 0.35 | 3.7 |
最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种混凝土防水抗渗材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的原料：水泥360-420份、粉煤灰30-50份、天然砂600-800份、粗骨料800-1100份、氧化钙20-40份、减水剂8-12份、玄武岩纤维10-15份、改性PVA纤维15-20份、改性硫酸钙晶须3-6份、水240-280份。
2.根据权利要求1所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，所述改性PVA纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)将PVA纤维浸泡在乙烯基硅烷偶联剂溶液中，取出后晾干，然后放入烘箱中进行加热反应，待反应完成后冷却至室温，得到乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维；
(2)将丙烯酸镁加入到水中，搅拌均匀，随后加入乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾，在氮气气氛下进行反应，待反应结束后，将反应产物进行过滤、洗涤、干燥，即得到改性PVA纤维。
3.根据权利要求2所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，步骤(1)中，PVA纤维与乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量比为2-3:100，乙烯基硅烷偶联剂溶液的质量分数为0.8-1.2％。
4.根据权利要求2所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，步骤(1)中，乙烯基硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷偶联剂或乙烯基三乙氧基硅烷偶联剂。
5.根据权利要求2所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，步骤(1)中，加热反应温度为100-120℃，加热反应时间为2-3h。
6.根据权利要求2所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，步骤(2)中，丙烯酸镁、水、乙烯基硅烷偶联剂接枝PVA纤维、N,N-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钾8-12:150-200:15-20:0.08-0.1:0.4-0.6。
7.根据权利要求2所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，步骤(2)中，反应温度为60-80℃，反应时间为2-3h。
8.根据权利要求1所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，所述改性硫酸钙晶须的制备方法如下：将无水乙醇、去离子水和硅烷偶联剂KH550混合均匀，然后在搅拌条件下添加硫酸钙晶须，用冰醋酸调节pH为4-5，反应1-2h，随后进行真空干燥，即得到改性硫酸钙晶须。
9.根据权利要求8所述的混凝土防水抗渗材料，其特征在于，无水乙醇、去离子水、硅烷偶联剂KH550和硫酸钙晶须的质量比为50-60:50-60:1-2:10-15。
10.如权利要求1-9任一项所述混凝土防水抗渗材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、粉煤灰、天然砂、粗骨料、氧化钙、减水剂和改性硫酸钙晶须按照重量配比搅拌混合均匀，得到混合料，然后向混合料中加水进行搅拌，混合均匀，再加入玄武岩纤维和改性PVA纤维，搅拌均匀，即得到混凝土防水抗渗材料。
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