CN116655329B - 用于制备防水砂浆的组合物、防水砂浆及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑防水领域，公开了一种用于制备防水砂浆的组合物、防水砂浆及其制备方法和应用。所述组合物中含有组分A和组分B，且所述组分A和所述组分B的含量质量比为1：0.1‑0.3；以所述组分A的总质量为基准，所述组分A中含有40‑60wt％的硅酸盐水泥、20‑70wt％的改性砂砾、1‑6wt％的乳胶粉、1‑5wt％的填料、0.05‑0.4wt％的纤维素醚、0.05‑0.4wt％的消泡剂和0.05‑0.3wt％的减水剂；所述组分B中含有质量份数为0.02‑0.06wt％的聚乙烯醇水溶液。本发明获得的防水砂浆具有优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。

Description

用于制备防水砂浆的组合物、防水砂浆及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑防水领域，具体涉及一种用于制备防水砂浆的组合物、防水砂浆及其制备方法和应用。
背景技术
水泥基复合材料由于其多功能性和相对较低的成本已被广泛用于公共建筑工程。水泥基建筑需要经常服役于恶劣、侵蚀等极端环境，例如寒冷地区、海洋地区等。因此对水泥基建筑的抗冻性能以及抗盐侵蚀性能要求较高。然而，由于水泥基材料的亲水性和多孔结构，会使水和侵蚀性离子很容易渗透到其微观结构中，使其普遍具有抗冻性不足、耐侵蚀性能较差等缺点，降低水泥基复合材料的耐久性和使用寿命。
目前，制备抗冻性能好耐腐蚀的砂浆材料主要是通过增加砂浆的疏水性和密实度来降低砂浆的吸水率，从而使得砂浆材料更耐久。
例如，CN113233843A公开了一种高抗冻性高耐蚀性砂浆材料的制备方法，该砂浆材料包含水泥、细骨料、聚羧酸减水剂和水；水泥、细骨料和聚羧酸减水剂的质量比为100:200-400:0.15-0.55；细骨料包含焦炭渣和标准砂；所述焦炭渣和所述标准砂的质量比为3-13:87-97。该方案制备的砂浆浸水3h后吸水率就达到4％，在长期的实际应用过程中，吸水率会比该数值更高，而砂浆内部的水在低温时冷冻凝固，体积增大，会使砂浆开裂，导致该防水层失效。
CN113248204公开了一种水泥砂浆抗泛碱的超疏水涂层，包括设置于水泥砂浆基材上具备粗糙度的水泥涂层，在所述水泥涂层表面设有疏水乳液涂层；其中，所述水泥涂层的组分包括水泥、砂子和颜料；所述水泥涂层中：水泥和水的质量比为1：(0.5-1)；水泥和砂子的质量比为1：(2-2.75)；水泥和颜料的质量比为1：(0.06-0.072)。该方案制备的涂层具有超疏水性能，但是操作过程较为繁琐，且常规的表面修饰随着服役年限的增加或者冲刷破坏必将损失其表面疏水性能，失去对内部材料的保护作用。
CN113998951A公开了一种抗裂抗渗防水材料，该材料包括以下重量份的组分：硅酸盐水泥20-40份、聚合物高分子材料2-10份、石英砂30-50份、水泥基渗透结晶母料10-20份、疏水改性纳米粒子3-10份、粉体消泡剂2-6份、杜拉纤维2-10份；该方案中用到的疏水改性纳米粒子成本较高，且需要与沥青防水卷材共同作用才能达到理想的防水效果。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的砂浆存在的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能差问题。
为了实现上述目的，本发明的第一方面提供一种用于制备防水砂浆的组合物，该组合物中含有组分A和组分B，且所述组分A和所述组分B的含量质量比为1：0.1-0.3；
以所述组分A的总质量为基准，所述组分A中含有40-60wt％的硅酸盐水泥、20-70wt％的改性砂砾、1-6wt％的乳胶粉、1-5wt％的填料、0.05-0.4wt％的纤维素醚、0.05-0.4wt％的消泡剂和0.05-0.3wt％的减水剂；
所述组分B中含有质量份数为0.02-0.06wt％的聚乙烯醇水溶液；
其中，所述改性砂砾由包括以下步骤的方法制得：
(1)在40-50℃的条件下，将质量份数为4-6wt％的十二烷基三甲基氯化铵水溶液、四乙氧基硅烷与砂砾原料进行第一接触反应，得到物料I；所述砂砾原料为含量质量比为1：1.2-7的河砂和石英砂的组合；
(2)将全氟癸基三乙氧基硅烷与所述物料I在40℃以下进行第二接触反应，得到所述改性砂砾；
相对于100g的所述砂砾原料，所述十二烷基三甲基氯化铵水溶液的用量为100-200mL，所述四乙氧基硅烷的用量为20-40mL，所述全氟癸基三乙氧基硅烷的用量为1-3mL。
本发明的第二方面提供一种制备防水砂浆的方法，该方法应用第一方面所述的组合物进行，包括：
(1)将所述组分A进行第一混合，得到混合物I；
(2)将所述组分B和所述混合物I进行第二混合，得到所述防水砂浆；
所述组分A和所述组分B的用量质量比为1：0.1-0.3；
所述组分B中含有质量份数为0.02-0.06wt％的聚乙烯醇水溶液；
以所述组分A的总用量为基准，所述硅酸盐水泥的用量为40-60wt％，所述改性砂砾的用量为20-70wt％，所述乳胶粉的用量为1-6wt％，所述填料的用量为1-5wt％，所述纤维素醚的用量为0.05-0.4wt％，所述消泡剂的用量为0.05-0.4wt％和所述减水剂的用量为0.05-0.3wt％。。
本发明的第三方面提供由第二方面所述的方法制备得到的防水砂浆。
本发明的第四方面提供第三方面所述的防水砂浆在建筑防水中的应用。
本发明采用特定的改性砂砾，共混特定的聚乙烯醇水溶液和特定量的硅酸盐水泥，通过乳胶粉、填料、纤维素醚、消泡剂和减水剂等配合体系的用量优化获得的组合物制备得到的防水砂浆具有优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。
附图说明
图1是水滴落于实施例1砂浆表面10s后的水接触角照片。
图2是水滴落于对比例5砂浆表面10s后的水接触角照片。
具体实施方式
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
如前所述，本发明的第一方面提供了一种用于制备防水砂浆的组合物，该组合物中含有组分A和组分B，且所述组分A和所述组分B的含量质量比为1：0.1-0.3；
以所述组分A的总质量为基准，所述组分A中含有40-60wt％的硅酸盐水泥、20-70wt％的改性砂砾、1-6wt％的乳胶粉、1-5wt％的填料、0.05-0.4wt％的纤维素醚、0.05-0.4wt％的消泡剂和0.05-0.3wt％的减水剂；
所述组分B中含有质量份数为0.02-0.06wt％的聚乙烯醇水溶液；
其中，所述改性砂砾由包括以下步骤的方法制得：
(1)在40-50℃的条件下，将质量份数为4-6wt％的十二烷基三甲基氯化铵水溶液、四乙氧基硅烷与砂砾原料进行第一接触反应，得到物料I；所述砂砾原料为含量质量比为1：1.2-7的河砂和石英砂的组合；
(2)将全氟癸基三乙氧基硅烷与所述物料I在40℃以下进行第二接触反应，得到所述改性砂砾；
相对于100g的所述砂砾原料，所述十二烷基三甲基氯化铵水溶液的用量为100-200mL，所述四乙氧基硅烷的用量为20-40mL，所述全氟癸基三乙氧基硅烷的用量为1-3mL。
根据一种优选的具体实施方式，所述改性砂砾的制备方法还包括：在步骤(1)中，在40-50℃的条件下，将乙醇溶液I、质量份数为4-6wt％的十二烷基三甲基氯化铵水溶液、氨水、四乙氧基硅烷与砂砾原料进行第一接触反应，得到物料I；相对于100g的所述砂砾原料，所述乙醇溶液I的用量为100-200mL；所述氨水的用量为100-150mL。
优选地，所述第一接触反应在搅拌的条件下进行，所述第一接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000-1500rpm，时间为10-18h。
根据一种优选的具体实施方式，所述改性砂砾的制备方法还包括：在进行步骤(2)之前，先将所述物料I在乙醇溶液II中进行分散处理；所述分散处理在搅拌的条件下进行，所述分散处理的条件为：搅拌速度为1200-1500rpm，温度为20-30℃，时间为1-5min；相对于100g所述物料I，所述乙醇溶液II的用量为100-200mL。
优选地，在所述改性砂砾的制备方法中，在步骤(2)中，所述全氟癸基三乙氧基硅烷以滴加的方式与所述物料I在40℃以下进行第二接触反应；所述滴加的速度为0.5-1.0mL/min；所述第二接触反应在搅拌的条件下进行，所述第二接触反应的条件至少满足：搅拌速度为1000-1500rpm，时间为20-28h。
优选地，所述组分A和所述组分B的含量质量比为1：0.15-0.2。发明人发现，在此优选的具体实施方式下，本发明获得的防水砂浆具有更优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。
优选地，所述石英砂的颗粒平均直径为75-220μm；所述河砂的颗粒平均直径为120-400μm。发明人发现，在此优选的具体实施方式下，本发明获得的防水砂浆具有更优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。
优选情况下，以所述组分A的总质量为基准，所述组分A中含有40-50wt％的硅酸盐水泥、35-50wt％的改性砂砾、2-5wt％的乳胶粉、2-5wt％的填料、0.1-0.3wt％的纤维素醚、0.1-0.3wt％的消泡剂和0.1-0.2wt％的减水剂。发明人发现，在此优选的具体实施方式下，本发明获得的防水砂浆具有更优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。
优选地，所述聚乙烯醇水溶液的质量份数为0.03-0.04wt％。发明人发现，在此优选的具体实施方式下，本发明获得的防水砂浆具有更优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。
优选地，所述硅酸盐水泥选自P.II42.5硅酸盐水泥、P.O42.5R普通硅酸盐水泥、P.W42.5白色硅酸盐水泥、P.W52.5白色硅酸盐水泥中的至少一种。
为了提高砂浆的粘结强度和内聚力，使其具备更好的抗渗性能和抗形变能力，优选地，所述乳胶粉选自丙烯酸类乳胶粉、醋酸乙烯酯-乙烯类乳胶粉中的至少一种。
为了提升砂浆的抗渗性能和抗折抗压强度，优选情况下，所述填料选自偏高岭土、微硅粉、粉煤灰中的至少一种。
为了改善砂浆的施工性能和保水性能，优选地，所述纤维素醚选自羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的至少一种。
优选地，所述减水剂选自聚羧酸减水剂、三聚氰胺减水剂、木质素磺酸盐中的至少一种。
优选地，所述消泡剂选自有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂中的至少一种。
本发明的第二方面提供了一种制备防水砂浆的方法，该方法应用前述第一方面所述的组合物进行，包括：
(1)将所述组分A进行第一混合，得到混合物I；
(2)将所述组分B和所述混合物I进行第二混合，得到所述防水砂浆；
所述组分A和所述组分B的用量质量比为1：0.1-0.3；
所述组分B中含有质量份数为0.02-0.06wt％的聚乙烯醇水溶液；
以所述组分A的总用量为基准，所述硅酸盐水泥的用量为40-60wt％，所述改性砂砾的用量为20-70wt％，所述乳胶粉的用量为1-6wt％，所述填料的用量为1-5wt％，所述纤维素醚的用量为0.05-0.4wt％，所述消泡剂的用量为0.05-0.4wt％和所述减水剂的用量为0.05-0.3wt％。
优选地，所述第一混合在搅拌的条件下进行，所述第一混合的条件至少满足：搅拌转速为100-500rpm，时间为10-30min，温度为5-35℃。
优选地，所述第二混合在搅拌的条件下进行，所述第二混合的条件至少满足：800-1200rpm，时间为8-12min，温度为5-35℃。
本发明的第三方面提供了由第二方面所述的方法制备得到的防水砂浆。
本发明的第四方面提供了第三方面所述的防水砂浆在建筑防水中的应用。
以下将通过实施例对本发明进行详细描述。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，涉及到的试剂和原料均为市售品，试剂均为分析纯产品。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，每wt％表示1kg。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，乙醇溶液I和乙醇溶液II均为无水乙醇。
以下实例中，在没有特别说明的情况下，氨水为质量份数为28wt％的氨水溶液。
原料
硅酸盐水泥：普通硅酸盐水泥，牌号为P.O42.5R，购自安徽海螺集团有限责任公司；白色硅酸盐水泥，牌号为P.W42.5，购自阿尔博波特兰有限公司；
乳胶粉：醋酸乙烯酯-乙烯(VAE)乳胶粉，牌号为5010N，购自德国瓦克公司；丙烯酸类乳胶粉，牌号为Dehydro 8655，购自上海舜水化工有限公司；
填料：微硅粉，购自甘肃三远硅材料有限公司；粉煤灰，购自厦门益材粉煤灰有限责任公公司；
纤维素醚：羟丙基甲基纤维素，牌号为HPK100M，购自山东赫达股份有限公司；羟乙基甲基纤维素，牌号为ME 100MS，购自山东赫达股份有限公司；
消泡剂：矿物油消泡剂，牌号为P803，购自德国明凌化工集团公司；有机硅消泡剂，牌号为SH-241，购自深圳市吉鹏硅氟材料有限公司；
减水剂：聚羧酸类减水剂，牌号为325C，购自西卡有限公司；三聚氰胺类减水剂，牌号为PRC1016，购自上海燕峪建筑新材料有限公司。
制备例1
(1)在45℃的条件下，将砂砾原料、乙醇溶液I和5wt％的十二烷基三甲基氯化铵水溶液进行混合(混合条件为：搅拌速度为1200rpm，时间为1h)，然后加入氨水继续搅拌2min，得到混合液I；相对于100g的砂砾原料，所述乙醇溶液I的用量为150mL，所述十二烷基三甲基氯化铵水溶液为150mL，所述氨水为120mL；
(2)将四乙氧基硅烷滴加至所述混合液I中(滴加速度为3mL/min)，进行第一接触反应；然后过滤后洗涤，并在80℃下干燥2h，得到物料I；第一接触反应的条件为：搅拌速度为1200rpm，时间为12h；相对于100g的砂砾原料，所述四乙氧基硅烷的用量为30mL；
(3)将所述物料I在乙醇溶液II中进行分散处理(分散处理的条件：温度为25℃，时间为2min，搅拌速度为1500rpm)，然后滴加氟癸基三乙氧基硅烷(滴加速度为0.5mL/min)，在25℃的条件下进行第二接触反应，得到改性砂砾I；所述第二接触反应的条件为：搅拌速度为1200rpm，时间为24h；相对于100g所述物料I，所述乙醇溶液II的用量为120mL，相对于100g的砂砾原料，所述全氟癸基三乙氧基硅烷的用量为1.5mL；
其中，所述砂砾原料为质量比为1：2的河砂和石英砂的组合；所述石英砂的颗粒平均直径为100μm；所述河砂的颗粒平均直径为350μm。
制备例2
本制备例参照制备例1相似的方法进行，不同的是，本制备例中使用的石英砂的颗粒平均直径为50μm；河砂的颗粒平均直径为500μm。
其余均与制备例1相同。
制备的得到改性砂砾II。
制备例3
本制备例参照制备例1相似的方法进行，不同的是，本制备例中不加入5wt％的十二烷基三甲基氯化铵水溶液，具体地，本制备例的制备方法为：
(1)在45℃的条件下，将砂砾原料与乙醇溶液I进行混合(混合条件为：搅拌速度为1200rpm，时间为1h)，得到混合液I；
其余步骤与制备例1相同。
制备得到改性砂砾III。
制备例4
本制备例参照制备例1相似的方法进行，不同的是，本制备例中的砂砾原料为质量比为1：0.5的河砂和石英砂的组合。
其余均与制备例1相同。
制备的得到改性砂砾IV。
实施例1
本实施例用于说明本发明所述的防水砂浆按照表1中的配方和工艺参数，并按如下所述的方法制备。
所述制备防水砂浆的方法包括以下步骤：
(1)将所述组分A进行第一混合，得到混合物I；
(2)将所述组分B和所述混合物I进行第二混合，得到所述防水砂浆S1；
在没有特别说明的情况下，其余实例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，各实例中所采用的配方和工艺参数有所不同，具体参见表1(注：表1中未列举的参数均与实施例1中对应的参数相同)。
表1
实施例6
本实施例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，本实施例用等质量的制备例2制备得到的改性砂砾II替换实施例1中的改性砂砾I。
其余均与实施例1相同。
制备得到防水砂浆S6。
对比例1
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，本对比例用等质量的制备例3制备得到的改性砂砾III替换实施例1中的改性砂砾I。
其余均与实施例1相同。
制备的得到防水砂浆DS1。
对比例2
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，本对比例用等质量的制备例4制备得到的改性砂砾IV替换实施例1中的改性砂砾I。
其余均与实施例1相同。
制备的得到防水砂浆DS2。
对比例3
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，本对比例中0.03wt％的聚乙烯醇水溶液的用量为50kg。
其余均与实施例1相同。
制备的得到防水砂浆DS3。
对比例4
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，本对比例使用等质量的0.1wt％的聚乙烯醇水溶液替换实施例1中的0.03wt％的聚乙烯醇水溶液。
其余均与实施例1相同。
制备的得到防水砂浆DS4。
对比例5
本对比例采用与实施例1相似的流程进行，不同的是，本对比例使用等质量的质量比为1：2的河砂和石英砂的组合替换实施例1中的改性砂砾。
其余均与实施例1相同。
制备的得到防水砂浆DS45。
测试例
1、抗折强度的测试标准：该指标参考JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准中的相关测试要求；
2、抗压强度的测试标准：该指标参考JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准中的相关测试要求；
3、吸水率的测试标准：该指标参考JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准中的相关测试要求；
4、收缩率的测试标准：该指标参考JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准中的相关测试要求；
5、涂层抗渗压力的测试标准：该指标参考JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准中的相关测试要求；
6、抗冻性能的测试方法：该指标参考JC/T984-2011《聚合物水泥防水砂浆》标准中的冻融循环条件，在该条件下循环50次后，测试抗压强度，计算损失率/％；
7、耐腐蚀性能的测试方法：将样品放在质量份数为5wt％的硫酸钠水溶液中浸泡7d后，测试抗压强度，计算损失率/％；
以上测试方法均取三个样品的平均值作为测试结果，具体结果见表2。
表2
通过表2的结果可以看出，本发明提供的防水砂浆具有更优异的疏水、抗渗、抗冻和耐腐蚀性能。
本发明示例性地提供了实施例1(图1)和对比例5(图2)制备得到的砂浆的水接触角示意图。从图1和图2可以看出本发明提供的的砂浆水接触角更大，代表其表面疏水性更好。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个技术特征以任何其它的合适方式进行组合，这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于制备防水砂浆的组合物，其特征在于，该组合物中含有组分A和组分B，且所述组分A和所述组分B的含量质量比为1：0.15-0.2；
以所述组分A的总质量为基准，所述组分A中含有40-60wt％的硅酸盐水泥、20-70wt％的改性砂砾、1-6wt％的乳胶粉、1-5wt％的填料、0.05-0.4wt％的纤维素醚、0.05-0.4wt％的消泡剂和0.05-0.3wt％的减水剂；
所述组分B中含有质量份数为0.02-0.06wt％的聚乙烯醇水溶液；
其中，所述改性砂砾由包括以下步骤的方法制得：
(1)在40-50℃的条件下，将质量份数为4-6wt％的十二烷基三甲基氯化铵水溶液、四乙氧基硅烷与砂砾原料进行第一接触反应，得到物料I；所述砂砾原料为含量质量比为1：1.2-7的河砂和石英砂的组合；所述石英砂的颗粒平均直径为75-220μm；所述河砂的颗粒平均直径为120-400μm；
(2)将全氟癸基三乙氧基硅烷与所述物料I在40℃以下进行第二接触反应，得到所述改性砂砾；
相对于100g的所述砂砾原料，所述十二烷基三甲基氯化铵水溶液的用量为100-200mL，所述四乙氧基硅烷的用量为20-40mL，所述全氟癸基三乙氧基硅烷的用量为1-3mL。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，以所述组分A的总质量为基准，所述组分A中含有40-50wt％的硅酸盐水泥、35-50wt％的改性砂砾、2-5wt％的乳胶粉、2-5wt％的填料、0.1-0.3wt％的纤维素醚、0.1-0.3wt％的消泡剂和0.1-0.2wt％的减水剂。
3.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述聚乙烯醇水溶液的质量份数为0.03-0.04wt％。
4.根据权利要求1或2所述组合物，其特征在于，所述乳胶粉选自丙烯酸类乳胶粉、醋酸乙烯酯-乙烯类乳胶粉中的至少一种；
和/或，所述填料选自偏高岭土、微硅粉、粉煤灰中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的组合物，其特征在于，所述纤维素醚选自羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素中的至少一种；
和/或，所述减水剂选自聚羧酸减水剂、三聚氰胺减水剂、木质素磺酸盐中的至少一种；
和/或，所述消泡剂选自有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂中的至少一种。
6.一种制备防水砂浆的方法，其特征在于，该方法应用权利要求1-5中任意一项所述的组合物进行，包括：
(1)将所述组分A进行第一混合，得到混合物I；
(2)将所述组分B和所述混合物I进行第二混合，得到所述防水砂浆；
所述组分A和所述组分B的用量质量比为1：0.15-0.2；
所述组分B中含有质量份数为0.02-0.06wt％的聚乙烯醇水溶液；
以所述组分A的总用量为基准，所述硅酸盐水泥的用量为40-60wt％，所述改性砂砾的用量为20-70wt％，所述乳胶粉的用量为1-6wt％，所述填料的用量为1-5wt％，所述纤维素醚的用量为0.05-0.4wt％，所述消泡剂的用量为0.05-0.4wt％和所述减水剂的用量为0.05-0.3wt％。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一混合在搅拌的条件下进行，所述第一混合的条件至少满足：搅拌转速为100-500rpm，时间为10-30min，温度为5-35℃；
和/或，所述第二混合在搅拌的条件下进行，所述第二混合的条件至少满足：800-1200rpm，时间为8-12min，温度为5-35℃。
8.由权利要求6或7所述的方法制备得到的防水砂浆。
9.权利要求8所述的防水砂浆在建筑防水中的应用。
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