CN116283167A - 一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料及其制备方法和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料及其制备方法和使用方法，属于建筑材料领域，包括以下质量份原料：硅酸盐水泥100份、硫铝酸盐水泥50‑80份、石英砂200‑300份、改性层状磷酸锆30‑50份、渗透结晶活性母料10‑15份、减水剂1‑3份；所述改性层状磷酸锆为接枝有含氟疏水基团的层状磷酸锆。本发明首次在水泥基渗透结晶型建筑防水材料中引入含氟疏水基团改性层状磷酸锆，先构建出具有多孔片层状结构磷酸锆，并与氨基硅烷偶联剂、3‑(全氟正己基)环氧丙烷进一步反应，发明人意外地发现，当多孔片层状结构磷酸锆在接枝含氟疏水基团后，能有效提高水泥基渗透结晶型防水材料的隔音减噪性能，克服了传统水泥基渗透结晶型防水材料无法同时兼顾隔音、抗渗的弊端。

Description

一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料及其制备方法和使用 方法
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料及其制备方法和使用方法。
背景技术
水泥基渗透结晶型防水材料是一种具有防水抗渗功能的刚性水泥基建筑材料，以水泥、石英砂等为基料，并掺入多种活性渗透结晶成分，当其与水作用后，活性渗透结晶成分通过载体水向混凝土内部渗透，在混凝土中形成不溶于水的结晶体，堵塞毛细孔道，从而使混凝土致密、防水，达到增强抗渗性能和防水保护的目的。由于水泥基渗透结晶防水材料具有优异的自愈合、抗渗堵水等性能，已成为建筑材料领域的研究热点之一。如授权公告号为CN113429176B的发明专利，公开一种基于渗透结晶原理的水泥基防水材料，其原料按重量份数包括硅酸盐水泥40-70份、石英砂18-27份、填料43-65份、高分子吸水树脂4-10份、硫酸铝钾4-8份、羟丙基甲基纤维素4-8份、水60-80份；所述填料由粉煤灰、氟石膏、轻烧氧化镁按重量比1:1.5:3.5组成，利用高分子吸水树脂与填料的协同微膨胀效应降低水泥基渗透结晶型防水材料干缩的问题。如授权公告号为CN114751697B的发明专利，公开一种水泥基渗透结晶型防水涂料及其制备方法，包括以下重量份数的原料：5-10份活性组分，3-5份表面活性剂，0.3-0.8份纳米氧化石墨烯，150-200份水泥和180-200份水；其中，所述活性组分是由以下重量份数的原料组成：15-35份六偏磷酸钠，5-10份明矾，10-12份柠檬酸；利用片层状氧化石墨烯为活性组分连续结晶提供生长空间，进而提高混凝土整体强度。
但是，关于水泥基渗透结晶型防水材料在隔音吸音性能方面的研究尚未被记载或报道，仍是国内外建筑材料领域的空白。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料及其制备方法和使用方法。
本发明的技术方案概述如下：
一方面，本发明提供一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，包括以下质量份原料：
Figure BDA0004159382180000021
所述改性层状磷酸锆为接枝有含氟疏水基团的层状磷酸锆。
进一步地，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，55-65℃搅拌处理2-3h，过滤后，80℃脱水干燥0.5-1h后，于氮气保护下，350-420℃热解炭化5-10h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加氨基硅烷偶联剂，50-60℃水浴搅拌反应0.5-1h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于55-70℃水浴搅拌反应1-2h，过滤，80℃干燥1-1.5h后，得改性层状磷酸锆。
进一步地，所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、氨基硅烷偶联剂、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:(2-3):(0.1-0.5):(5-8):(0.05-0.1):(0.1-0.2):(0.01-0.03)。
进一步地，所述氨基硅烷偶联剂为N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
进一步地，所述渗透结晶活性母料由氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐按1:(0.3-0.5):(0.4-0.6):(0.5-0.8)的质量比混合而成。
进一步地，减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、聚萘甲醛磺酸钠盐、亚甲基二萘磺酸钠中的一种。
另一方面，本发明还提供所述的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的制备方法：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂混合均匀后，再依次加入改性层状磷酸锆、渗透结晶活性母料、减水剂，混合分散后，得所述水泥基渗透结晶型建筑防水材料。
另一方面，本发明还提供所述的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的使用方法：该水泥基渗透结晶型建筑防水材料施工于外墙墙面。
进一步地，将水泥基渗透结晶型建筑防水材料与水按照1:(0.5-0.55)的质量比混合均匀后，并按1.2-1.8kg/m2的用量施工涂覆在外墙墙面，自然固化后，即可。
本发明的有益效果：
1.本发明制备出的水泥基渗透结晶型建筑防水材料兼具优异的隔音吸音、抗渗堵漏性能，克服了传统水泥基渗透结晶型建筑防水材料无法同时兼顾隔音、抗渗的弊端，打破了水泥基渗透结晶型建材的研究空白。
2.本发明首次在水泥基渗透结晶型建筑防水材料中引入接枝有含氟疏水基团的改性层状磷酸锆，先构建出具有多孔片层状结构磷酸锆，并与氨基硅烷偶联剂、3-(全氟正己基)环氧丙烷进一步反应，发明人意外地发现，当多孔片层状结构磷酸锆在接枝含氟疏水基团后，能有效提高水泥基渗透结晶型防水材料的隔音减噪性能。
3.本发明首次以改性层状磷酸锆作为隔音材料应用于水泥基防水建材领域，预先利用羟丙基壳聚糖作为粘性碳源材料，以CTAB为插层改性剂，二者协同提高扩大层状磷酸锆的层间距，其中，在羟丙基壳聚糖热解炭化过程中，热解产生CO2、H2O(g)、NH3等气体，进一步扩充膨胀层状磷酸锆的层间距，并在层状磷酸锆表面形成大量不规则、不均匀的微孔、介孔结构，使声波在具有多孔、片层状结构的磷酸锆介质中发生多次传播，使声波不断衰减，进而达到隔音降噪的作用；进一步地，层状磷酸锆经表面碳化处理后，其表面还聚集有大量羟基、羧基、羰基等活性基团，进而与氨基硅烷偶联剂、3-(全氟正己基)环氧丙烷发生化学交联反应，实现氟单体改性目的，进一步提高其水泥基渗透结晶型防水材料的隔音效果，且一定程度上改善了其防水性能。
4.本发明利用氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐组配渗透结晶活性母料，在水的激发作用下，渗透结晶活性母料成分之间相互作用，并与水泥基体系中游离的Ca2+、Al3+、Fe3+等相互作用，形成不溶性枝蔓状结晶体，修复防水涂层的裂缝和受损缺陷位置，使其具有自愈合、自修复性能，提高抗渗阻水性能。
附图说明
图1为本发明水泥基渗透结晶型建筑防水材料制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供一实施例的水泥基渗透结晶型建筑防水材料，包括以下质量份原料：
Figure BDA0004159382180000041
所述改性层状磷酸锆为接枝有含氟疏水基团的层状磷酸锆。
所述改性层状磷酸锆的制备方法为：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，55-65℃搅拌处理2-3h，过滤后，80℃脱水干燥0.5-1h后，于氮气保护下，350-420℃热解炭化5-10h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加氨基硅烷偶联剂，50-60℃水浴搅拌反应0.5-1h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于55-70℃水浴搅拌反应1-2h，过滤，80℃干燥1-1.5h后，得改性层状磷酸锆；所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、氨基硅烷偶联剂、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:(2-3):(0.1-0.5):(5-8):(0.05-0.1):(0.1-0.2):(0.01-0.03)；所述氨基硅烷偶联剂为N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
所述渗透结晶活性母料由氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐按1:(0.3-0.5):(0.4-0.6):(0.5-0.8)的质量比混合而成。
减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、聚萘甲醛磺酸钠盐、亚甲基二萘磺酸钠中的一种。
该实施例的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的制备方法为：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂混合均匀后，再依次加入改性层状磷酸锆、渗透结晶活性母料、减水剂，混合分散后，得所述水泥基渗透结晶型建筑防水材料。
该实施例的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的使用方法：该水泥基渗透结晶型建筑防水材料施工于外墙墙面，具体地：将水泥基渗透结晶型建筑防水材料与水按照1:(0.5-0.55)的质量比混合均匀后，并按1.2-1.8kg/m2的用量施工涂覆在外墙墙面，自然固化后，即可。
实施例1
一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，55℃搅拌处理2h，过滤后，80℃脱水干燥0.5h后，于氮气保护下，350℃热解炭化5h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺，50℃水浴搅拌反应0.5h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于55℃水浴搅拌反应1h，过滤，80℃干燥1h后，得改性层状磷酸锆；所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:2:0.1:5:0.05:0.1:0.01；
S2：按1:0.3:0.4:0.5的质量比将氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐混合均匀后，得渗透结晶活性母料；
S3：将100kg硅酸盐水泥、50kg硫铝酸盐水泥、200kg石英砂混合均匀后，再依次加入30kg改性层状磷酸锆、10kg渗透结晶活性母料、1kg木质素磺酸钠，混合分散后，得所述水泥基渗透结晶型建筑防水材料。
实施例2
一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，55-65℃搅拌处理2.5h，过滤后，80℃脱水干燥1h后，于氮气保护下，380℃热解炭化8h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，55℃水浴搅拌反应1h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于60℃水浴搅拌反应1.5h，过滤，80℃干燥1h后，得改性层状磷酸锆；所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:2.5:0.3:6.5:0.075:0.15:0.02；
S2：按1:0.4:0.5:0.65的质量比将氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐混合均匀后，得渗透结晶活性母料；
S3：将100kg硅酸盐水泥、65kg硫铝酸盐水泥、250kg石英砂混合均匀后，再依次加入40kg改性层状磷酸锆、12.5kg渗透结晶活性母料、2kg聚萘甲醛磺酸钠盐，混合分散后，得所述水泥基渗透结晶型建筑防水材料。
实施例3
一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，65℃搅拌处理3h，过滤后，80℃脱水干燥1h后，于氮气保护下，420℃热解炭化10h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷，60℃水浴搅拌反应1h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于70℃水浴搅拌反应2h，过滤，80℃干燥1.5h后，得改性层状磷酸锆；所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:3:0.5:8:0.1:0.2:0.03；
S2：按1:0.5:0.6:0.8的质量比将氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐混合均匀后，得渗透结晶活性母料；
S3：将100kg硅酸盐水泥、80kg硫铝酸盐水泥、300kg石英砂混合均匀后，再依次加入50kg改性层状磷酸锆、15kg渗透结晶活性母料、3kg亚甲基二萘磺酸钠，混合分散后，得所述水泥基渗透结晶型建筑防水材料。
对比例1与实施例1相同，区别在于：对比例1中不添加改性层状磷酸锆。
对比例2与实施例1相同，区别在于：对比例2中的改性层状磷酸锆制备过程中不添加CTAB，具体为：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，55℃搅拌处理2h，过滤后，80℃脱水干燥0.5h后，于氮气保护下，350℃热解炭化5h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺，50℃水浴搅拌反应0.5h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于55℃水浴搅拌反应1h，过滤，80℃干燥1h后，得改性层状磷酸锆；所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、50wt％乙醇溶液、N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:2:5:0.05:0.1:0.01。
对比例3与实施例1相同，区别在于：对比例3中的改性层状磷酸锆制备过程中不添加3-(全氟正己基)环氧丙烷，具体为：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，55℃搅拌处理2h，过滤后，80℃脱水干燥0.5h后，于氮气保护下，350℃热解炭化5h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺，50℃水浴搅拌反应0.5h后，再加入二丁基锡二月桂酸酯，并于55℃水浴搅拌反应1h，过滤，80℃干燥1h后，得改性层状磷酸锆；所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:2:0.1:5:0.05:0.01。
试验一：根据国标GB18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料》测定实施例1-3及对比例1-3制出的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的抗渗性能，试验结果表1所示：
表1
抗渗压力比(带涂层)/％，28d 第二次抗渗压力/MPa，56d
实施例1 285 1.9
实施例2 304 2.2
实施例3 318 2.4
对比例1 292 2.0
对比例2 287 1.9
对比例3 251 1.6
由表1可知，实施例1-3制出的水泥基渗透结晶型建筑防水材料具有良好的抗渗性能，且实施例1的抗渗性能优于对比例3，可能的原因是，实施例1结构中改性层状磷酸锆具有蹭水性，降低防水涂层的表面张力，延缓了水的穿透时间，一定程度上缓解了水压对涂层的冲力，进而提高抗渗性能，这也可能是实施例1、对比例2与对比例1的抗渗性能趋向一致的原因。
试验二：将一块规格为1200mm*2400mm*12mm石膏板等分为6组400mm*1200mm*12mm的施工试件，将实施例1-3及对比例1-3制出的水泥基渗透结晶型建筑防水材料与水按照1:0.5的质量比混合均匀后，按1.5kg/m2的用量依次均匀施工涂覆在各组施工试件表面，记作试验组1-3、对照组1-3，自然固化后，根据根据国标GB/T 16731-1997《建筑吸声产品的吸声性能分级测定》测定各组的降噪系数(NRC)，试验结果表2所示：
表2
Figure BDA0004159382180000081
由表2可知，试验组1-3的降噪系数明显高于对照组1、对照组3，相比于对照组1，说明改性层状磷酸锆能提高水泥基渗透结晶型建筑防水材料的降噪隔音性能，相比于对照组2，发明人意外地发现，利用3-(全氟正己基)环氧丙烷对层状磷酸锆进行改性，能显著提高水泥基渗透结晶型建筑防水材料的降噪隔音性能，究其原因是，当多孔片层状结构磷酸锆在接枝含氟疏水基团后，打造出特殊的疏水微相吸音结构，使水泥基体系中Ca2+、Al3+、Ba2+、Mg2+、SiO3 2-、SO4 2-等活性因子无法在改性层状磷酸锆的层间结构及孔道结构中沉积生长，维持改性层状磷酸锆原有空间形貌，分散于水泥基体系中，形成特有的无法被密实封堵的片层状吸音结构，进而使水泥基渗透结晶型防水建材达到隔音减噪的作用。同时，试验组1的降噪系数也优于对照组2，说明CTAB对层状磷酸锆的层间距具有扩增作用，进而间接改善隔音降噪效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，其特征在于，包括以下质量份原料：
Figure FDA0004159382160000011
所述改性层状磷酸锆为接枝有含氟疏水基团的层状磷酸锆。
2.根据权利要求1所述的一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，其特征在于，所述改性层状磷酸锆的制备方法为：将层状磷酸锆置于1wt％羟丙基壳聚糖水溶液中，再加入CTAB，55-65℃搅拌处理2-3h，过滤后，80℃脱水干燥0.5-1h后，于氮气保护下，350-420℃热解炭化5-10h，再加入50wt％乙醇溶液中，滴加氨基硅烷偶联剂，50-60℃水浴搅拌反应0.5-1h后，再加入3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯，并于55-70℃水浴搅拌反应1-2h，过滤，80℃干燥1-1.5h后，得改性层状磷酸锆。
3.根据权利要求2所述的一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，其特征在于，所述层状磷酸锆、1wt％羟丙基壳聚糖水溶液、CTAB、50wt％乙醇溶液、氨基硅烷偶联剂、3-(全氟正己基)环氧丙烷、二丁基锡二月桂酸酯的质量比为1:(2-3):(0.1-0.5):(5-8):(0.05-0.1):(0.1-0.2):(0.01-0.03)。
4.根据权利要求2或3所述的一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，其特征在于，所述氨基硅烷偶联剂为N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺或N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，其特征在于，所述渗透结晶活性母料由氧化钡、硫酸镁、硅酸锂、马来酸-丙烯酸共聚物钠盐按1:(0.3-0.5):(0.4-0.6):(0.5-0.8)的质量比混合而成。
6.根据权利要求1所述的一种水泥基渗透结晶型建筑防水材料，其特征在于，减水剂为木质素磺酸钠、木质素磺酸镁、聚萘甲醛磺酸钠盐、亚甲基二萘磺酸钠中的一种。
7.一种根据权利要求1-3或5、6任一项所述的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的制备方法，其特征在于：将硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、石英砂混合均匀后，再依次加入改性层状磷酸锆、渗透结晶活性母料、减水剂，混合分散后，得所述水泥基渗透结晶型建筑防水材料。
8.一种根据权利要求1-3或5、6任一项所述的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的使用方法，其特征在于：该水泥基渗透结晶型建筑防水材料施工于外墙墙面。
9.根据权利要求8所述的水泥基渗透结晶型建筑防水材料的使用方法，其特征在于：将水泥基渗透结晶型建筑防水材料与水按照1:(0.5-0.55)的质量比混合均匀后，并按1.2-1.8kg/m2的用量施工涂覆在外墙墙面，自然固化后，即可。
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