CN108821680B - 一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺，技术方案为将下述原材料混合后制得：湿磨改性硅铝质固废防水浆料50‑60份，硅酸盐水泥30‑50份，惰性填料100‑300份，活性填料20‑30份，水15‑45份；其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料采用以下方法制得：1)将硅铝质固废粉末100份、碱1‑8份、聚羧酸分散剂0.1‑0.4份、水40‑50份进行湿磨，研磨得到硅铝质固废浆料；2)向步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂1‑10份进行湿磨至中值粒径为300nm‑1μm，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料。本发明工艺简单、成本低，无污染危害，耐久性优良、力学性能优越，抗渗性好。

Description

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺

技术领域

本发明涉及一种水泥基防水材料，具体的说是一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺。

背景技术

混凝土结构处于自然环境中，其服役寿命、耐久性、使用安全性很大程度上都与建筑材料的防水性能相关。一些诸如地铁、管廊、隧道等结构，一方面因带有侵蚀介质的环境水的渗透腐蚀，使得其投入使用不久即需要修复维护，甚至造成耐久性破坏；另一方面，地下工程因防水构造设置不当，大量工程存在长期渗漏、潜流冲刷等问题，使得沉降、塌陷和突涌水等工程灾害时有发生。

目前国内外最常用的建筑防水材料主要是沥青防水卷材、高分子防水卷材、聚合物基防水涂料、弹性体密封胶等。这一类防水材料的共性特点是其均为聚合物类防水材料，主要存在成本较高，温度敏感性大，耐老化性较弱，以及与水泥基建筑材料之间的粘结界面易成为水渗漏的薄弱环节等问题。

水泥基防水材料通常是在水泥基材料内部掺加聚合物材料，通过聚合物破乳成膜与水泥基体之间形成的有机-无机互穿网络而形成一定的防水功能。目前水泥基防水材料普遍掺加聚合物乳液、胶乳等有机材料堵塞毛细孔，形成防水能力。例如，中国专利CN107686297A公开了一种包含丙烯酸乳液、丙烯酸酯-苯乙烯共聚乳液、苯乙烯-丁二烯共聚乳液、醋酸乙烯-乙烯共聚乳液的水泥基防水材料；中国专利CN107572967A公开了一种含胶乳、环氧树脂乳液的水泥基防水材料；中国专利CN107540318A公开了一种含有机硅烷、微孔乳化剂的水泥基防水堵漏材料；中国专利CN106145823A公开了一种含丙烯酸乳液、胶粉的聚合物改性水泥基防水浆料；中国专利CN107628788A公开了一种含丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸、叔碳酸乙烯酯、β-羧乙基丙烯酸酯的水泥基防水材料。这类水泥基防水材料主要通过聚合物材料改善水泥石结构。然而，为了保证较好的防水效果，聚合物的掺量一般较高，一方面增加了成本，另一方面对水泥基材料的性能(如强度)也会产生较大影响。同时，聚合物水泥基防水材料也会存在潜在的有毒物质、刺激性气味等缺点。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种工艺简单、利废率高、成本低，无污染危害，耐久性优良、力学性能优越，抗渗性好的湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺。

技术方案将下述重量份数的原材料混合后制得：湿磨改性硅铝质固废防水浆料50-60份，硅酸盐水泥30-50份，惰性填料100-300份，活性填料20-30份，水15-45份；

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料采用以下方法制得：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱1-8份、聚羧酸分散剂0.1-0.4份、水40-50份进行湿磨，研磨时间为4-10小时，得到硅铝质固废浆料；

2)向步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂1-10份进行湿磨，研磨时间为30min-2h，研磨至中值粒径为300nm-1μm，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料。

所述步骤(1)中，湿磨时，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz；步骤(2)中，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为20Hz。

所述步骤(1)中，硅铝质固废粉末为磷渣、煤矸石、钢渣、锰渣、铜矿渣、锌矿渣中的任意一种，中值粒径为10-30μm。

所述步骤(1)中，所述碱为氢氧化钠或硅酸钠。

所述步骤(1)中，所述表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物。

为了提高利率废，发明人期望更可能多的使用工业废渣，但普通工业废渣与防水表面改性剂之间无法形成良好的化学结合力及附着效果，因此大量废渣的使用无法保证防水功能的充分发挥，同时导致结构致密性的降低，不利于结构自防水，为此发明人使用了硅铝质固废粉末，所述硅铝质固废粉末可以为磷渣、煤矸石、钢渣、锰渣、铜矿渣、锌矿渣中的任意一种，并且利用湿磨进行改性，通过湿磨过程的机械力作用增加硅铝质固废表面暴露的硅羟基。湿磨制备的纳米级(300nm-1μm)硅铝质固废粒子，结合湿磨特有的液相离子环境，显著增加钙离子及硅铝相的溶出，从而加速硅铝质固废颗粒表面的断键及不饱和键位点(如硅羟基)数量；进一步，在湿磨过程中加入氢氧化钠或硅酸钠等碱性物质，进一步增加硅铝质固废表面暴露的硅羟基数量，研磨时间为4-10小时，为后续的表面改性剂提供充足的聚合位点。

在研磨4-10小时之后再加入含羟基的表面改性剂，与湿磨硅铝质固废表面暴露的硅羟基进行缩聚，形成密封防水分子膜。通过引入硅醇、羟基硅油等表面改性剂，使表面改性剂自身携带的羟基与湿磨颗粒表面暴露的硅羟基发生缩聚反应，在矿物质颗粒表面形成密封防水分子膜，从而形成具有自防水功能的湿磨改性硅铝质固废防水浆料。

以湿磨工艺制得纳米级硅铝质固废超细粒子，不仅可起到晶核诱导水化的作用，同时可显著提升水泥基防水材料的结构致密性，提高结构自防水能力。所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料的添加量控制在50-60份，过多不利于纳米超细粒子的均匀分散，且会造成材料成本的明显升高，过少则晶核诱导水化效应不明显，结构自防水能力有限。

进一步的，除硅酸盐水泥外，所使用的惰性填料和活性填料均为工业废渣，所述惰性填料为磷尾矿、铜尾矿、钒钛冶炼废渣、陶瓷废料中的一种，中值粒径为50μm-5mm，这一类的废渣主要为惰性成分，在后期阶段不会产生明显的体积不安定性，且具有较高的机械强度，可以作为惰性填料使用；所述活性填料为粉煤灰、高炉矿渣、锂渣中的任意一种，中值粒径为10-20μm，这一类的废渣具有潜在火山灰反应活性的特点，在水泥水化产生的碱的作用下可发生后期反应，可以作为活性填料使用。

同时，本发明还充分考虑了不同物料之间的颗粒级配，以充分发挥水泥基材料整体的密实防水作用。湿磨改性硅铝质固废防水浆料的粒径范围为300nm-1μm，活性填料粒径范围为10-20μm，惰性填料粒径范围为50μm-5mm，由此可有助于形成结构密实的连续整体。总之，所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料集成了湿磨改性硅铝质固废防水浆料所形成的自防水作用、纳米效应，及密实结构所形成结构自防水作用。

所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料避免了胶乳、乳液等有机聚合物的大量使用，无污染危害，且水泥基刚性自防水材料以无机材料为主体，具有比有机聚合物更加优良的耐久性。

有益效果：

第一，以硅铝质固废为原料制备出绿色、低成本水泥基刚性自防水材料。

打破现有以聚合物为主体制备水泥基防水材料的传统思路，本发明采用湿磨技术对硅铝质固废进行防水改性，制备出具有自防水功能的湿磨改性硅铝质固废防水浆料。同时，以50μm-5mm的磷尾矿、铜尾矿、钒钛冶炼废渣、陶瓷废料等硅铝质工业固废为惰性填料，以10-20μm的粉煤灰、高炉矿渣、锂渣等硅铝质工业固废为活性填料，制备出基于硅铝质工业固废的水泥基刚性自防水材料，利废率极高，不掺加刺激性化学聚合物，绿色环保，生产成本低、无有害气体产生；

第二，结构致密，力学性能优越，抗渗性好。

传统水泥基防水材料掺加聚合物乳液或聚合物胶粉之后，力学性能及刚性会明显下降。本发明不掺加聚合物乳液或胶粉，而以湿磨改性硅铝质固废防水浆料为防水功能组分，同时粒径为300nm-1μm的纳米级硅铝质固废超细粒子可显著提升水泥基防水材料的结构致密性及力学性能，抗渗性好；

第三，工艺简单、省时省力。

本发明所制备的泥湿磨改性硅铝质固废防水浆料具有良好的可储存性，在制备水泥基防水材料时，直接加入填料、水搅拌均匀即可，省时省力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料，原材料按重量计包括：湿磨改性硅铝质固废防水浆料50份，硅酸盐水泥30份，惰性填料100份，活性填料20份，水15份。

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料的组分按重量计包括：硅铝质固废粉末100份，碱1份，表面改性剂1份，聚羧酸分散剂0.1份，水40份。

所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料按以下步骤制备：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱1份、聚羧酸分散剂0.1份、水40份在大型湿磨机进行研磨，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，研磨时间为7小时，得到硅铝质固废浆料；

2)在步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂1份，转速为20Hz，研磨时间为2h，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料，中值粒径为500nm。

其中，表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物，混合比例为1:1；硅铝质固废粉末为磷渣，中值粒径为30μm；碱为氢氧化钠。

所述惰性填料为磷尾矿，中值粒径为50μm-5mm连续级配。

所述活性填料为高炉矿渣，中值粒径为20μm。

实施例2：

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料，原材料按重量计包括：湿磨改性硅铝质固废防水浆料60份，硅酸盐水泥50份，惰性填料300份，活性填料30份，水45份。

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料的组分按重量计包括：硅铝质固废粉末100份，碱8份，表面改性剂10份，聚羧酸分散剂0.4份，水50份。

所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料按以下步骤制备：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱8份、聚羧酸分散剂0.4份、水50份在大型湿磨机进行研磨，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，研磨时间为10小时，得到硅铝质固废浆料；

2)在步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂10份，转速为20Hz，研磨时间为30min，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料，中值粒径为300nm。

其中，表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物，混合比例为1:9；硅铝质固废粉末为煤矸石，中值粒径为10μm；碱为硅酸钠。

所述惰性填料为铜尾矿，中值粒径为50μm-5mm连续级配。

所述活性填料为锂渣，中值粒径为10μm。

实施例3：

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料，原材料按重量计包括：湿磨改性硅铝质固废防水浆料55份，硅酸盐水泥40份，惰性填料200份，活性填料25份，水30份。

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料的组分按重量计包括：硅铝质固废粉末100份，碱5份，表面改性剂5份，聚羧酸分散剂0.2份，水45份。

所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料按以下步骤制备：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱5份、聚羧酸分散剂0.2份、水45份在大型湿磨机进行研磨，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，研磨时间为4小时，得到硅铝质固废浆料；

2)在步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂5份，转速为20Hz，研磨时间为1h，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料，中值粒径为1μm。

其中，表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物，混合比例为9:1；硅铝质固废粉末为钢渣，中值粒径为10μm；碱为硅酸钠。

所述惰性填料为钒钛冶炼废渣，中值粒径为50μm-5mm连续级配。

所述活性填料为粉煤灰，中值粒径为20μm。

实施例4：

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料，原材料按重量计包括：湿磨改性硅铝质固废防水浆料60份，硅酸盐水泥50份，惰性填料100份，活性填料30份，水30份。

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料的组分按重量计包括：硅铝质固废粉末100份，碱8份，表面改性剂5份，聚羧酸分散剂0.4份，水40份。

所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料按以下步骤制备：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱8份、聚羧酸分散剂0.4份、水40份在大型湿磨机进行研磨，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，研磨时间为8小时，得到硅铝质固废浆料；

2)在步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂5份，转速为20Hz，研磨时间为1h，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料，中值粒径为400nm。

其中，表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物，混合比例为4:6；硅铝质固废粉末为锰渣，中值粒径为10μm；碱为氢氧化钠。

所述惰性填料为陶瓷废料，中值粒径为50μm-5mm连续级配。

所述活性填料为粉煤灰，中值粒径为15μm。

实施例5：

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料，原材料按重量计包括：湿磨改性硅铝质固废防水浆料60份，硅酸盐水泥30份，惰性填料200份，活性填料20份，水20份。

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料的组分按重量计包括：硅铝质固废粉末100份，碱6份，表面改性剂6份，聚羧酸分散剂0.2份，水40份。

所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料按以下步骤制备：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱6份、聚羧酸分散剂0.2份、水40份在大型湿磨机进行研磨，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，研磨时间为6小时，得到硅铝质固废浆料；

2)在步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂6份，转速为20Hz，研磨时间为2h，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料，中值粒径为800nm。

其中，表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物，混合比例为6:4；硅铝质固废粉末为铜矿渣，中值粒径为20μm；碱为硅酸钠。

所述惰性填料为铜尾矿，中值粒径为50μm-5mm连续级配。

所述活性填料为高炉矿渣，中值粒径为20μm。

实施例6：

一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料，原材料按重量计包括：湿磨改性硅铝质固废防水浆料55份，硅酸盐水泥45份，惰性填料300份，活性填料20份，水20份。

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料的组分按重量计包括：硅铝质固废粉末100份，碱1份，表面改性剂10份，聚羧酸分散剂0.3份，水50份。

所述湿磨改性硅铝质固废防水浆料按以下步骤制备：

1)将硅铝质固废粉末100份、碱1份、聚羧酸分散剂0.3份、水50份在大型湿磨机进行研磨，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz，研磨时间为4小时，得到硅铝质固废浆料；

2)在步骤1)中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂10份，转速为20Hz，研磨时间为2h，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料，中值粒径为1μm。

其中，表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物，混合比例为5:5；硅铝质固废粉末为锌矿渣，中值粒径为30μm；碱为硅酸钠。

所述惰性填料为钒钛冶炼废渣，中值粒径为50μm-5mm连续级配。

所述活性填料为锂渣，中值粒径为15μm。

比较例1：

本比较例中除硅铝质固废不采用湿磨工艺、不加表面改性剂进行防水改性外，其余均与实施例1一致。

比较例2：

本比较例为传统聚合物乳液防水砂浆，除了将湿磨改性硅铝质固废防水浆料等质量替换为市面常用的丁苯乳液外，其余均与实施例1一致。

比较例3：

本比较例为采用传统聚合物胶粉防水砂浆，除了将湿磨改性硅铝质固废防水浆料等质量替换为市面常用的防水硅烷粉末外，其余均与实施例1一致。

测试方法参照JC/T 984—2005《聚合物水泥防水砂浆》。

表1实施例1-6的水泥基刚性自防水材料及比较例1-3水泥基材料主要性能。

由表1可看出，该实施例1-6制备的水泥基刚性自防水材料与没有经过湿磨防水改性的比较例1及市场普通聚合物防水材料(比较例2及比较例3)相比，在力学性能及防水性能方面具有明显优势。同时，本发明大量采用湿磨防水改性的硅铝质固废浆料，替代目前常采用的聚合物乳液及胶乳类物质，绿色环保，无有害气体产生。

Claims (6)

1.一种湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺,其特征在于，将下述重量份数的原材料混合后制得：湿磨改性硅铝质固废防水浆料50-60份，硅酸盐水泥30-50份，中值粒径为50μm-5mm的惰性填料100-300份，中值粒径为10-20μm的活性填料20-30份，水15-45份；

其中，湿磨改性硅铝质固废防水浆料采用以下方法制得：

1）将硅铝质固废粉末100份、碱1-8份、聚羧酸分散剂0.1-0.4份、水40-50份进行湿磨，研磨时间为4-10小时，得到硅铝质固废浆料；

2）向步骤1）中所得的硅铝质固废浆料中加入表面改性剂1-10份进行湿磨，研磨时间为30min-2h，研磨至中值粒径为300nm-1μm，得到湿磨改性硅铝质固废防水浆料；所述表面改性剂为硅醇与羟基硅油的混合物。

2.如权利要求1所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺,其特征在于，所述步骤（1）中，湿磨时，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为60Hz；步骤（2）中，混合物与磨球之间的比例为3:7，转速为20Hz。

3.如权利要求1或2所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺,其特征在于，所述步骤（1）中，硅铝质固废粉末为磷渣、煤矸石、钢渣、锰渣、铜矿渣、锌矿渣中的任意一种，中值粒径为10-30μm。

4.如权利要求1或2所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺,其特征在于，所述步骤（1）中，所述碱为氢氧化钠或硅酸钠。

5.如权利要求1或2所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺,其特征在于，所述惰性填料为磷尾矿、铜尾矿、钒钛冶炼废渣、陶瓷废料中的一种，中值粒径为50μm-5mm。

6.如权利要求1或2所述的湿磨改性水泥基刚性自防水材料的制备工艺,其特征在于，所述活性填料为粉煤灰、高炉矿渣、锂渣中的任意一种，中值粒径为10-20μm。