CN116514451B - 一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂及其制备方法，所述自愈型无机纳米抗裂减渗剂包括按重量份数计的如下原料组分：甲基硅酸钠10～20份、水化热抑制剂8～20份、自愈合活性组分10～20份、稳定剂3～5份、调节剂5～10份、引气剂0.01～0.03份、减缩剂0.05～0.2份、保水剂0.01～0.03份、减水剂0.02～0.05份、去离子水110～120份。本发明所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂在实现减渗堵塞孔隙的同时，还可减少早期水化热，进而减少早期裂缝，并通过自愈合减少后期干缩裂缝和温度裂缝，使混凝土、砂浆的抗渗、吸水量等指标得到优化，增强混凝土耐久性。
Description
技术领域
本发明属于减渗剂制备技术领域，尤其是涉及一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂及其制备方法。
背景技术
混凝土的孔隙和裂缝是混凝土发生渗漏的主要原因。因此通过堵塞或截断孔隙通道，减少裂缝达到抗裂减渗的作用，是现在比较常用的做法。
混凝土产生的裂缝类型大致分为失水裂缝、干缩裂缝、温度裂缝三种。而三种裂缝中的失水裂缝发生在混凝土搅拌结束后的48h内，可以说是在混凝土的“婴儿期”，也是最容易产生裂缝的时候，随着时间延长，就如人长大了，生病会减少一样。因此重点是48h内的早期裂缝，而早期开裂，大多是混凝土水化热产生的。后期裂缝则一般为干缩裂缝、温度裂缝，产生的几率大大降低。
刚性防水就是将防水剂加入到混凝土、砂浆中，通过减渗堵塞孔隙达到抗渗目的。对裂缝的预防，尤其是早期失水裂缝、后期干缩裂缝和温度裂缝的预防缺少解决方案。且从形态上，大多自愈合都为粉剂，掺量大，成本高。
发明内容
有鉴于此，为解决上述问题，本发明提出了一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂及其制备方法。通过水化热抑制剂、甲基硅酸钠、自愈合活性组分，在实现减渗堵塞孔隙作用的同时，还可减少早期水化热，进而减少早期裂缝，并通过自愈合减少后期干缩裂缝和温度裂缝，使混凝土、砂浆的抗渗、吸水量等指标得到优化，从而增强混凝土耐久性。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明一方面提供了一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂，包括按重量份数计的如下原料组分：甲基硅酸钠10～20份、水化热抑制剂8～20份、自愈合活性组分10～20份、稳定剂3～5份、调节剂5～10份、引气剂0.01～0.03份、减缩剂0.05～0.2份、保水剂0.01～0.03份、减水剂0.02～0.05份、去离子水110～120份。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述甲基硅酸钠为质量浓度为30%的甲基硅酸钠溶液。
甲基硅酸钠具备减渗剂作用，可封堵早期水泥产生得孔隙。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述水化热抑制剂为质量比为1：3的三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠的混合物。
三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠均可起到减少早期水化热的作用，从而减少早期裂缝；此外，二者还具有螯合钙离子的能力，后期自愈可将钙离子携带到裂缝处，与自愈合活性组分相遇，形成自愈合、自密实的功能。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述自愈合活性组分为纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液通过如下制备步骤得到：a）将亲水二氧化硅气凝胶经硅烷交联剂疏水改性，得到改性后的疏水二氧化硅；b）向改性后的疏水二氧化硅中加入乳液、三聚磷酸钠，分散乳化，得到目标产物。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，向改性后的疏水二氧化硅中依次加入JFC-2G、水溶性硅油1000分散乳化，再加入水，乳化后，加入三聚磷酸钠进一步拓展二氧化硅的层间距，得到所述纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液；其中，各组分的加入量按质量比计如下：改性后的疏水二氧化硅：JFC-2G：水溶性硅油1000：水：三聚磷酸钠=100：2：3：300：2。
纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液中得疏水基团将二氧化硅包埋使核心集团很难快速与水泥中的钙离子水化，因此可抑制二氧化硅参与早期水泥水化反应，保留其在混凝土中的长期活性，发挥自愈合活性组分的长期作用。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述稳定剂为糖醇类化合物，优选为山梨糖醇。
山梨糖醇具有稳定的缓凝作用，且对二氧化硅乳液具备分散功能，也可作为消泡剂。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述调节剂由按质量比计的如下组分组成：硅酸钠：甘油：三乙醇胺：乙二醇：硫酸锂=10：1：3：2：1。可增加产品抗渗、早强、防冻调节作用。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述引气剂为SDS十二烷基苯磺酸钠。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述减缩剂为Sika混凝土减缩剂Control-75。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述保水剂为聚乙烯醇1788粉。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的实施方式中，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
本发明另一方面提供了一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法，包括如下步骤：
S1、按配比称取各组分；
S2、取部分去离子水，依次加入称取好的甲基硅酸钠、自愈合活性组分、调节剂，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余去离子水，依次加入水化热抑制剂、稳定剂、减缩剂、保水剂、减水剂，搅拌均匀后加入引气剂，混合搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌均匀，得到所述自愈型无机纳米抗裂减渗剂。
在本发明的一些优选的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法的实施方式中，所述S2中的去离子水和所述S3中的去离子水的质量比为3～4：2～3。
相对于现有技术，本发明所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂及其制备方法具有以下优势：
（1）本发明所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂中添加有水化热抑制剂、甲基硅酸钠、自愈合活性组分，在具备减渗、堵塞孔隙功能的同时，还可减少早期水化热，从而减少早期裂缝，并通过自愈合减少后期干缩裂缝和温度裂缝，实现对早期失水裂缝、后期干缩裂缝和温度裂缝的全方面预防解决，使混凝土、砂浆的抗渗、吸水量等指标得到优化，增强混凝土耐久性；
（2）本发明所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂中的水化热抑制剂采用三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠，二者均可起到减少早期水化热的作用，从而减少早期裂缝；此外，二者还具有螯合钙离子的能力，后期自愈可将钙离子携带到裂缝处，与自愈合活性组分相遇，形成自愈合、自密实的功能；自愈合活性组分则是采用气相二氧化硅进行疏水改性及乳化、缓凝剂拓展硅离子空间改性后得到，疏水基团将二氧化硅包埋使核心集团很难快速与水泥中的钙离子水化，因此可抑制二氧化硅参与早期水泥水化反应，保留其在混凝土中的长期活性，发挥自愈合活性组分的长期作用，且其疏水性能也有助于改善渗水通道的吸水性；甲基硅酸钠具有减渗剂作用，还具有一定的调凝作用，减少干缩；裂缝产生渗水后，活性组分激活可使混凝土自减渗、自愈合，确保最大程度减少三种裂缝的产生。
具体实施方式
除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
自愈型无机纳米抗裂减渗剂，由以下重量份数的原料制成：甲基硅酸钠20份、水化热抑制剂15份、自愈合活性组分10份、稳定剂5份、调节剂8份、引气剂0.02份、减缩剂0.2份、保水剂0.01份、减水剂0.02份、去离子水120份；
其中，甲基硅酸钠为质量浓度为30%的甲基硅酸钠溶液；
水化热抑制剂为质量比为1：3的三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠的混合物；
自愈合活性组分为纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液，通过以下方式得到：将亲水二氧化硅气凝胶经硅烷交联剂疏水改性，得到改性后的疏水二氧化硅；向改性后的疏水二氧化硅中依次加入JFC-2G、水溶性硅油1000分散乳化，再加入水，乳化30min，加入三聚磷酸钠进一步拓展二氧化硅的层间距，得到纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液；其中，各组分的加入量按质量比计如下：改性后的疏水二氧化硅：JFC-2G：水溶性硅油：水：三聚磷酸钠=100：2：3：300：2；
稳定剂为山梨糖醇；
调节剂由按质量比计的如下组分组成：硅酸钠：甘油：三乙醇胺：乙二醇：硫酸锂=10：1：3：2：1；
引气剂为SDS十二烷基苯磺酸钠；
减缩剂为Sika混凝土减缩剂Control-75；
保水剂为聚乙烯醇1788粉；
减水剂为聚羧酸减水剂。
自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法如下：
S1、按配比称取各原料组分；
S2、取70份去离子水加入高速混合机中，依次加入甲基硅酸钠20份、自愈合活性组分10份、调节剂8份，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余50份去离子水加入高速搅拌机中，依次加入水化热抑制剂15份、稳定剂5份、减缩剂0.2份、保水剂0.01份、减水剂0.02份，搅拌均匀后加入引气剂0.02份，搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌30min，得到所述自愈型无机纳米抗裂减渗剂。
实施例2
自愈型无机纳米抗裂减渗剂，由以下重量份数的原料制成：甲基硅酸钠10份、水化热抑制剂15份、自愈合活性组分20份、稳定剂5份、调节剂8份、引气剂0.02份、减缩剂0.2份、保水剂0.01份、减水剂0.02份、去离子水110份；
其中，甲基硅酸钠、水化热抑制剂、自愈合活性组分、稳定剂、调节剂、引气剂、减缩剂、保水剂、减水剂的选择与实施例1中的相同，在此不再赘述。
自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法如下：
S1、按配比称取各原料组分；
S2、取50份去离子水加入高速混合机中，依次加入甲基硅酸钠10份、自愈合活性组分20份、调节剂8份，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余60份去离子水加入高速搅拌机中，依次加入水化热抑制剂15份、稳定剂5份、减缩剂0.2份、保水剂0.01份、减水剂0.02份，搅拌均匀后加入引气剂0.02份，搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌30min，得到所述自愈型无机纳米抗裂减渗剂。
实施例3
自愈型无机纳米抗裂减渗剂，由以下重量份数的原料制成：甲基硅酸钠15份、水化热抑制剂15份、自愈合活性组分15份、稳定剂5份、调节剂8份、引气剂0.02份、减缩剂0.1份、保水剂0.03份、减水剂0.05份、去离子水120份；
其中，甲基硅酸钠、水化热抑制剂、自愈合活性组分、稳定剂、调节剂、引气剂、减缩剂、保水剂、减水剂的选择与实施例1中的相同，在此不再赘述。
自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法如下：
S1、按配比称取各原料组分；
S2、取70份去离子水加入高速混合机中，依次加入甲基硅酸钠15份、自愈合活性组分15份、调节剂8份，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余50份去离子水加入高速搅拌机中，依次加入水化热抑制剂15份、稳定剂5份、减缩剂0.1份、保水剂0.03份、减水剂0.05份，搅拌均匀后加入引气剂0.02份，搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌30min，得到所述自愈型无机纳米抗裂减渗剂。
对比例1
减渗剂，由以下重量份数的原料制成：甲基硅酸钠15份、水化热抑制剂20份、自愈合活性组分0份、稳定剂3份、调节剂10份、引气剂0.03份、减缩剂0.1份、保水剂0.03份、减水剂0.05份、去离子水120份；
其中，甲基硅酸钠、水化热抑制剂、稳定剂、调节剂、引气剂、减缩剂、保水剂、减水剂的选择与实施例1中的相同，在此不再赘述。
减渗剂的制备方法如下：
S1、按配比称取各原料组分；
S2、取60份去离子水加入高速混合机中，加入甲基硅酸钠15份、调节剂10份，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余60份去离子水加入高速搅拌机中，依次加入水化热抑制剂20份、稳定剂3份、减缩剂0.1份、保水剂0.03份、减水剂0.05份，搅拌均匀后加入引气剂0.03份，搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌30min，得到减渗剂。
对比例2
减渗剂，由以下重量份数的原料制成：甲基硅酸钠15份、水化热抑制剂0份、自愈合活性组分0份、稳定剂3份、调节剂10份、引气剂0.03份、减缩剂0.1份、保水剂0.03份、减水剂0.05份、去离子水120份；
其中，甲基硅酸钠、稳定剂、调节剂、引气剂、减缩剂、保水剂、减水剂的选择与实施例1中的相同，在此不再赘述。
减渗剂的制备方法如下：
S1、按配比称取各原料组分；
S2、取60份去离子水加入高速混合机中，加入甲基硅酸钠15份、调节剂10份，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余60份去离子水加入高速搅拌机中，依次加入稳定剂3份、减缩剂0.1份、保水剂0.03份、减水剂0.05份，搅拌均匀后加入引气剂0.03份，搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌30min，得到减渗剂。
实验测试
将实施例1～4制备的自愈型无机纳米抗裂减渗剂、对比例1和2制备的减渗剂分别掺入砂浆（砂浆由质量比为1：3的水泥：沙子制成），掺入量为水泥量的0.5%。对得到的实验样品进行抗渗性能、抗压强度、泌水率的性能测试，测试结果如表1所示。
表1
由表1可知，实施例1到3制备的自愈型无机纳米抗裂减渗剂相较于对比例1和2及空白例，在抗压强度、抗渗性能、泌水率、吸水量、早期裂缝降低系数实验数据上均有明显的优势，尤其是实施例3制备的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的抗渗性能、抗压强度、泌水率最优。
对比例1、2没有自愈合活性组分，其二次抗渗性能基本没有提升，实施例1有一点但比较实施例1、2自愈合活性组分少，所以二次抗渗效果也较差。
对比例2没有水化热抑制组分、自愈合活性组分，其抗渗性、早期裂缝降低率、48h吸水量较差，而对比例1仅无自愈合组分，其抗渗性能、早期开裂性能、48小时吸水量相对较好。且实施例1、2、3两种组分都有的情况，抗渗性能、早期裂缝降低系数最好，证明两种组分对抗渗具有一定协同效益。
对比例2抗压7d较对比例1低，28d抗压较对比例1高，说明水化热抑制组分降低早期强度，但增加后期强度。且实施例1、2、3抗压强度最优，证明水化热抑制组分、自愈合组分对抗压也具有一定协同效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)
1.一种自愈型无机纳米抗裂减渗剂，其特征在于，包括按重量份数计的如下原料组分：甲基硅酸钠10～20份、水化热抑制剂8～20份、自愈合活性组分10～20份、稳定剂3～5份、调节剂5～10份、引气剂0.01～0.03份、减缩剂0.05～0.2份、保水剂0.01～0.03份、减水剂0.02～0.05份、去离子水110～120份；
所述自愈合活性组分为纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液；所述纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液通过如下制备步骤得到：a）将亲水二氧化硅气凝胶经硅烷交联剂疏水改性，得到改性后的疏水二氧化硅；b）向改性后的疏水二氧化硅中加入乳液、三聚磷酸钠，分散乳化，得到目标产物；
其中，步骤b）具体为：向改性后的疏水二氧化硅中依次加入JFC-2G、水溶性硅油分散乳化，再加入水，乳化后，加入三聚磷酸钠，搅拌，得到所述纳米级疏水无定形纳米二氧化硅乳液；其中，各组分的加入量按质量比计如下：改性后的疏水二氧化硅：JFC-2G：水溶性硅油：水：三聚磷酸钠=100：2：3：300：2；
所述稳定剂为糖醇类化合物；
所述调节剂由按质量比计的如下组分组成：
硅酸钠：甘油：三乙醇胺：乙二醇：硫酸锂=10：1：3：2：1。
2.根据权利要求1所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂，其特征在于：所述甲基硅酸钠为质量浓度为30%的甲基硅酸钠溶液。
3.根据权利要求1所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂，其特征在于：所述水化热抑制剂为质量比为1：3的三聚磷酸钠和葡萄糖酸钠的混合物。
4.根据权利要求1所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂，其特征在于：所述引气剂为SDS十二烷基苯磺酸钠；
所述减缩剂为Sika混凝土减缩剂Control-75；
所述保水剂为聚乙烯醇1788粉；
所述减水剂为聚羧酸减水剂。
5.权利要求1到4任一项所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按配比称取各组分；
S2、取部分去离子水，依次加入称取好的甲基硅酸钠、自愈合活性组分、调节剂，混合搅拌均匀，得到混合液A；
S3、取剩余去离子水，依次加入水化热抑制剂、稳定剂、减缩剂、保水剂、减水剂，搅拌均匀后加入引气剂，混合搅拌均匀，得到混合液B；
S4、将混合液A和混合液B混合搅拌均匀，得到所述自愈型无机纳米抗裂减渗剂。
6.根据权利要求5所述的自愈型无机纳米抗裂减渗剂的制备方法，其特征在于：所述S2中的去离子水和所述S3中的去离子水的质量比为3～4：2～3。
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