CN117209208A - 一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种混凝土防水材料，具体涉及一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法。该材料包括如下组分：水泥基材、硅石粉、聚合物改性剂、钢纤维、氧化镁微胶囊自愈剂、防水添加剂；其制备方法包括如下步骤：按重量份称取水泥基材和硅石粉，并将二者混合，得到混合物；按重量份依次称取聚合物改性剂、钢纤维、氧化镁微胶囊自愈剂、防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并充分搅拌，得到混合物；将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化后，进行适当的养护。本申请通过硅石粉、聚合物改性剂、钢纤维、微胶囊自愈合剂和防水添加剂协同配合，降低了混凝土产生裂纹的几率，增加了混凝土的防水性能。

Description

一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法

技术领域

本申请属于建筑领域，涉及一种混凝土防水材料，具体涉及一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法。

背景技术

混凝土是一种常见的建筑材料，由水泥、骨料(如沙子、砾石)、水和适量的掺合料混合而成。它具有坚固、耐久的特性，广泛应用于建筑工程、基础设施和土木工程中。

混凝土的主要成分包括水泥、骨料、水和掺合料，将上述成分进行配置，再结合浇筑模具，硬化成型后，即可因其高强度、耐久性、耐火性、抗腐蚀性等优点，应用于建筑物的框架、地基和地板，道路和桥梁建设、水利工程和海洋工程等等领域。

然而，现有的混凝土在使用过程中可能出现开裂的现象，其原因主要有几下几点：

1、混凝土在固化过程中可能发生干缩或收缩，导致内部出现局部应力，从而使其内部出现裂纹；

2、混凝土的结构受温度影响，可能因为热胀冷缩产生裂纹；

3、外部荷载过大或结构变形可能导致混凝土受力不均匀，从而使其内部产生局部应力，进而导致裂缝的形成；

4、混凝土内部可能在成型时混合不均，承载受力时有可能导致混凝土受到的局部应力集中，从而导致裂纹的形成。

上述情况均有可能导致混凝土内部出现裂纹，而内部存在裂纹的混凝土防水性能降低，使用寿命减小，给后续的混凝土维护带来不便，更重要的是，会给基于混凝土的建筑和结构带来较大的安全隐患。

因此，改善混凝土的结构和性能，以减小混凝土的开裂几率，增加混凝土的防水性能和使用寿命，对混凝土结构的长期稳定荷载运行具有重要意义。

发明内容

为了改善现有的混凝土易开裂的技术问题，本申请提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法。

第一方面，本申请提供一种混凝土自愈合刚性防水材料，采用如下技术方案：

一种混凝土自愈合刚性防水材料，包括如下重量份的组分：

水泥基材70～80份、硅石粉5～10份、聚合物改性剂3～6份、钢纤维5～8份、氧化镁微胶囊自愈剂2～5份、防水添加剂1～2份。

作为方案的进一步优化，该防水材料包括如下重量份的组分：

水泥基材73～76份、硅石粉6～8份、聚合物改性剂4～5份、钢纤维6～7份、氧化镁微胶囊自愈剂3～4份、防水添加剂2份。

作为方案的进一步优化，该防水材料包括如下重量份的组分：

水泥基材75份、硅石粉7份、聚合物改性剂5份、钢纤维6份、氧化镁微胶囊自愈剂4份、防水添加剂2份。

作为方案的进一步优化，所述氧化镁微胶囊自愈剂的制备方法为，包括如下步骤：

步骤1、称取氧化镁加入水中，搅拌形成氧化镁悬浊液；

步骤2、按氧化镁：聚乙烯醇的质量比为1:2，称取聚乙烯醇溶于水中，加热并搅拌至完全溶解，形成聚合物溶液；

步骤3、将聚合物溶液与乳化剂充分混合，形成乳化后的聚合物壳材料溶液；

步骤4、将氧化镁悬浊液滴加至聚合物壳材料溶液中，同时进行超声处理，将氧化镁分散至聚乙烯醇壳中；

步骤5、步骤4的混合溶液加热固化，形成固体壳；

步骤6、将固化后的微胶囊进行过滤、洗涤、干燥，得到所述氧化镁微胶囊自愈剂。

作为方案的进一步优化，所述聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000。

第二方面，本申请提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，采用如下技术方案：

一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、按重量份称取水泥基材和硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、按重量份依次称取聚合物改性剂、钢纤维、氧化镁微胶囊自愈剂、防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并充分搅拌，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化后，进行适当的养护，得到所述混凝土自愈合刚性防水材料。

作为方案的进一步优化，步骤二的搅拌时间为20～30min，搅拌速率为100～120r/min。

作为方案的进一步优化，步骤三中，初步固化时间为24～36h，养护时间为8～10天。

本申请具有以下有益效果：

1、本申请以水泥基材为主要原料，掺入硅石粉；硅石粉是一种细粉状的材料，主要成分是二氧化硅；将硅石粉与水泥混合后，硅石粉可以与水泥发生水化反应，产生硅酸钙胶凝体，填充混凝土中的孔隙，提高混凝土的致密性和静态强度，从而减少开裂的可能性；同时，硅石粉可以填充水泥颗粒间的空隙，增加混凝土的细度和密实度。这会提高混凝土的抗渗透性能和抗裂纹扩展能力，减少由于温度变化和水分损失导致的开裂风险。

聚合物改性剂在混凝土中具有高分子量和弹性性质，能够填充混凝土内部微观裂缝，并通过弹性变形吸收和分散应力。这可以阻止裂缝的扩展和传播，从而减少混凝土的开裂。此外，聚合物改性剂还能提供更好的粘结性能，增强混凝土的整体强度和耐久性，

钢纤维在混凝土中起到增强作用，可以有效抵抗裂缝的产生和扩展。钢纤维能够承受和分散应力，在混凝土中形成一个三维网状结构，增强混凝土的韧性和抗拉强度。这有助于防止裂缝的形成，并限制已有裂缝的扩展。

当混凝土发生微观裂缝时，氧化镁微胶囊破裂释放自愈剂。自愈剂与混凝土中的水和空气反应，形成氧化镁胶凝物填充裂缝，修复损坏区域，这种自愈机制能够在裂缝出现时迅速恢复混凝土的完整性，防止进一步裂缝扩展和渗水。

防水添加剂是一种化学物质，可以与混凝土中的水反应，形成水密封层。这种水密封层能够填充混凝土内部微观孔隙和裂缝，阻止水分渗透。防水添加剂的分子层面机理可以通过与混凝土中的水分子相互作用，改变混凝土的孔隙结构和表面性质，从而提供有效的防水性能。

综上所述，本申请通过硅石粉、聚合物改性剂、钢纤维、微胶囊自愈合剂和防水添加剂协同配合，大大降低了混凝土产生裂纹的几率，也增加了混凝土的防水性能，使得该混凝土自愈合刚性防水材料可以长期用于筑物的框架、地基和地板，道路和桥梁建设、水利工程和海洋工程等领域，其使用寿命较现有的混凝土有显著提高。

2、本申请的氧化镁微胶囊自愈剂的制备方法简单便捷，无需借助大型设备，可在工地或实验室制备完成；同时，该制备方法选用聚乙烯醇作为壳材料，与混凝土中的水泥基体和其他材料具有了良好的兼容性，且对环境无害，具有良好的环境适应性。

3、本申请的混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法简单易行，无需耗费时间和巨额成本，适用于规模化生产。

具体实施方式

以下结合和实施例对本申请作进一步详细说明。

制备例

本制备例为氧化镁微胶囊自愈剂的制备例，包括如下步骤：

步骤1、称取100g氧化镁加入500ml水中，搅拌形成氧化镁悬浊液；

步骤2、称取200g聚乙烯醇溶于水中，80℃加热并搅拌至完全溶解，形成聚合物溶液；

步骤3、将聚合物溶液与乳化剂混合，100r/h下搅拌302min，形成乳化后的聚合物壳材料溶液；

步骤4、将氧化镁悬浊液滴加至聚合物壳材料溶液中，同时超声处理2h，将氧化镁分散至聚乙烯醇壳中；

步骤5、将步骤4的混合溶液于95℃下加热固化，形成固体壳；

步骤6、将固化后的微胶囊进行过滤、洗涤、干燥，得到氧化镁微胶囊自愈剂。

实施例

实施例1

本实施例提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称取7kg水泥基材和0.5kg硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、依次称取0.3kg聚合物改性剂、0.5kg钢纤维、0.2kg氧化镁微胶囊自愈剂、0.1kg防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并在100r/min下，搅拌20min，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化24h后，适当的养护8天，得到混凝土自愈合刚性防水材料。

其中，聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000；防水添加剂选用硅酸钠。

实施例2

本实施例提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称取7.3kg水泥基材和0.6kg硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、依次称取0.4kg聚合物改性剂、0.5kg钢纤维、0.3kg氧化镁微胶囊自愈剂、0.2kg防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并在110r/min下，搅拌25min，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化24h后，适当的养护8天，得到混凝土自愈合刚性防水材料。

其中，聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000；防水添加剂选用硅酸钠。

实施例3

本实施例提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称取75kg水泥基材和0.7kg硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、依次称取0.5kg聚合物改性剂、0.6kg钢纤维、0.4kg氧化镁微胶囊自愈剂、0.2kg防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并在110r/min下，搅拌25min，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化30h后，适当的养护9天，得到混凝土自愈合刚性防水材料。

其中，聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000；防水添加剂选用硅酸钠。

实施例4

本实施例提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称取76kg水泥基材和0.8kg硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、依次称取0.5kg聚合物改性剂、0.8kg钢纤维、0.4kg氧化镁微胶囊自愈剂、0.2kg防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并在120r/min下，搅拌30min，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化36h后，适当的养护10天，得到混凝土自愈合刚性防水材料。

其中，聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000；防水添加剂选用硅酸钠。

实施例5

本实施例提供一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、称取8kg水泥基材和1kg硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、依次称取0.6kg聚合物改性剂、0.8kg钢纤维、0.5kg氧化镁微胶囊自愈剂、0.2kg防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并在120r/min下，搅拌30min，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化36h后，适当的养护10天，得到混凝土自愈合刚性防水材料。

其中，聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000；防水添加剂选用硅酸钠。

实施例6

本实施例是实施例1～5的数据检测实施例。

混凝土的防开裂性能检测：抗压能力检测使用ISO 12390-3：混凝土抗压强度试验；混凝土干缩性能利用ISO 6784：混凝土干缩试验表征。

混凝土防水性能检测：利用ASTM C1202：混凝土电渗透试验检测混凝土的抗渗性能。

检测结果如表1所示。

结合各实施例和表1可知，本申请制备的混凝土具有良好的抗压、抗裂纹和抗渗透性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种混凝土自愈合刚性防水材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：

水泥基材70～80份、硅石粉5～10份、聚合物改性剂3～6份、钢纤维5～8份、氧化镁微胶囊自愈剂2～5份、防水添加剂1～2份。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料，其特征在于：包括如下重量份的组分：

水泥基材73～76份、硅石粉6～8份、聚合物改性剂4～5份、钢纤维6～7份、氧化镁微胶囊自愈剂3～4份、防水添加剂2份。

3.根据权利要求1所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料，其特征在于：包括如下重量份的组分：

水泥基材75份、硅石粉7份、聚合物改性剂5份、钢纤维6份、氧化镁微胶囊自愈剂4份、防水添加剂2份。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料，其特征在于：所述氧化镁微胶囊自愈剂的制备方法为，包括如下步骤：

步骤1、称取氧化镁加入水中，搅拌形成氧化镁悬浊液；

步骤2、按氧化镁：聚乙烯醇的质量比为1:2，称取聚乙烯醇溶于水中，加热并搅拌至完全溶解，形成聚合物溶液；

步骤3、将聚合物溶液与乳化剂充分混合，形成乳化后的聚合物壳材料溶液；

步骤4、将氧化镁悬浊液滴加至聚合物壳材料溶液中，同时进行超声处理，将氧化镁分散至聚乙烯醇壳中；

步骤5、步骤4的混合溶液加热固化，形成固体壳；

步骤6、将固化后的微胶囊进行过滤、洗涤、干燥，得到所述氧化镁微胶囊自愈剂。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料，其特征在于：所述聚合物改性剂选用丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯共聚物，分子量为10000～30000。

6.权利要求1～5任意一项所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、按重量份称取水泥基材和硅石粉，并将二者混合，得到混合物；

步骤二、按重量份依次称取聚合物改性剂、钢纤维、氧化镁微胶囊自愈剂、防水添加剂，并按称取顺序依次将上述组分加入至步骤一的混合物中，并充分搅拌，得到混合物；

步骤三、将步骤二中的混合物浇筑至模具中，待其初步固化后，进行适当的养护，得到所述混凝土自愈合刚性防水材料。

7.根据权利要求5所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，其特征在于：步骤二的搅拌时间为20～30min，搅拌速率为100～120r/min。

8.根据权利要求5所述的一种混凝土自愈合刚性防水材料的制备方法，其特征在于：步骤三中，初步固化时间为24～36h，养护时间为8～10天。