CN109020393B - 地聚合物基海工混凝土防护涂层材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料及其制备方法，该防护涂层材料包括A组分和B组分；以质量份数计，所述A组分包括复合碱激发剂10‑25份；所述B组分包括：煅烧偏高岭土45‑65份、普通硅酸盐水泥1‑5份、硅灰0.1‑0.5份、水2‑5份、减水剂0.1‑0.5份、纳米氧化镁0.1‑0.5份、硅丙乳液5‑10份、稻壳灰1‑2份、改性废天然橡胶0.1‑0.5份、剑麻纤维0.1‑0.5份和硅烷偶联剂0.5‑1份；所述A组分的单位质量份与B组分的单位质量份相同。本发明的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料具有强度高、固化时间短、耐久性好、新旧混凝土界面作用强及价格低廉的特点。

Description

地聚合物基海工混凝土防护涂层材料及其制备方法
技术领域
本发明属于海工混凝土防护材料技术领域，更具体地，涉及一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料及其制备方法。
背景技术
恶劣的海洋环境会造成钢筋混凝土内部钢筋生锈，从而造成钢筋混凝土结构开裂破坏，极大降低了混凝土构筑物的服役寿命和质量。为提高海工混凝土的抗腐蚀性能，国内外开展了较多研究，在混凝土表面涂刷有机防腐涂料，以防止各种腐蚀介质的渗入是其中的一种应用较多的方法。但由于光、热、氧、化学侵蚀、冻融破坏等恶劣海洋环境影响，有机防护涂料在使用过程中容易产生老化和降解。聚合物水泥防护涂层既有水泥类胶凝材料强度高，又有聚合物柔韧性好、防水性好的优点，在混凝土防护领域得到了较广泛的应用。但该涂层也存在着因水泥收缩大导致的涂层残余应力开裂、固化时间较长等问题。因此，开发高性能海工混凝土防护涂层材料迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种新型海工混凝土防护涂料，特别是一种地聚合物基的海工混凝土防护涂层材料，该防护涂层材料具有强度高、与水泥混凝土构筑物基材粘结力强、耐久性好、易于施工、固化时间短且价格适中等优点。
为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，该防护涂层材料包括A组分和B组分；
以质量份数计，所述A组分包括复合碱激发剂10-25份；所述B组分包括：煅烧偏高岭土45-65份、普通硅酸盐水泥1-5份、硅灰0.1-0.5份、水2-5份、减水剂0.1-0.5份、纳米氧化镁0.1-0.5份、硅丙乳液5-10份、稻壳灰1-2份、改性废天然橡胶0.1-0.5份、剑麻纤维0.1-0.5份和硅烷偶联剂0.5-1份；所述A组分的单位质量份与B组分的单位质量份相同。
本发明的另一方面提供一种上述地聚合物基海工混凝土防护涂层材料的制备方法，该制备方法包括：
将NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.2-1.5M，得到A组分；
将煅烧偏高岭土、硅灰、普通硅酸盐水泥、纳米氧化镁和稻壳灰进行研磨混合，得到预混料；将所述预混料、剑麻纤维和改性废天然橡胶混合均匀，然后与硅烷偶联剂、硅丙乳液、减水剂和水混合均匀，得到B组份。
本发明的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料与传统聚合物水泥基防护涂料、有机防护涂料相比，具有以下主要的优点：
(1)本发明的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料具有强度高、固化时间短、耐久性好、新旧混凝土界面作用强及价格低廉的特点。
(2)本发明采用了工、农业废弃物，在降低了材料的成本的同时，还提高了材料的性能和施工性。
(3)本发明的地聚合物基海工防护涂层材料引入硅丙乳液和改性天然橡胶等柔性功能成分，有利于抵御和缓冲潮汐冲刷作用，在一定程度上对涂层材料起到保护作用，提高涂层材料耐久性。
(4)本发明的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料制备方法简单，易于推广。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明的一方面提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，该防护涂层材料包括A组分和B组分；
以质量份数计，所述A组分包括复合碱激发剂10-25份；所述B组分包括：煅烧偏高岭土45-65份、普通硅酸盐水泥1-5份、硅灰0.1-0.5份、水2-5份、减水剂0.1-0.5份、纳米氧化镁0.1-0.5份、硅丙乳液5-10份、稻壳灰1-2份、改性废天然橡胶0.1-0.5份、剑麻纤维0.1-0.5份和硅烷偶联剂0.5-1份；所述A组分的单位质量份与B组分的单位质量份相同。
根据本发明，优选地，所述复合碱激发剂由NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液组成，所述复合碱激发剂的模数为1.2-1.5M。
作为优选方案，复合碱激发剂在使用前陈化24h以上。
根据本发明，优选地，所述煅烧偏高岭土由包括以下步骤的制备方法制得：将高岭土在650-750℃下煅烧4-12h，然后研磨、过筛，得到所述煅烧偏高岭土；所述煅烧偏高岭土的平均粒径为50-100nm。
根据本发明，优选地，所述稻壳灰的由包括以下步骤的制备方法制得：将稻壳置于550-650℃温度下煅烧3-5h，然后研磨、过筛，得到所述稻壳灰；所述稻壳灰的平均粒径小于100nm。
根据本发明，优选地，所述剑麻纤维为经过质量浓度为2-8％的NaOH水溶液浸泡，然后冲洗、烘干得到的剑麻纤维；所述剑麻纤维的长度为1-3cm。优选地，浸泡时间为4-8h。
根据本发明，优选地，所述改性废天然橡胶为硅烷偶联剂改性废天然橡胶；所述改性的步骤包括：将废天然橡胶过150-250目筛，然后经质量浓度为2-8％的KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液浸泡、烘干制得；优选地，浸泡时间为10-14h。
根据本发明，优选地，所述硅丙乳液为有机硅改性丙烯酸酯微乳液，固含量为8-12％，所述硅丙乳液中聚合物的平均粒径为50-100nm。
根据本发明，优选地，所述纳米氧化镁的平均粒径为80-120nm。
根据本发明，优选地，所述硅烷偶联剂为KH550和/或KH560；所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
作为优选方案，所述普通硅酸盐水泥为32.5号普通硅酸盐水泥和/或42.5号普通硅酸盐水泥。
本发明的另一方面提供一种上述地聚合物基海工混凝土防护涂层材料的制备方法，该制备方法包括：
将NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.2-1.5M，得到A组分；
将煅烧偏高岭土、硅灰、普通硅酸盐水泥、纳米氧化镁和稻壳灰进行研磨混合，得到预混料；将所述预混料、剑麻纤维和改性废天然橡胶混合均匀，然后与硅烷偶联剂、硅丙乳液、减水剂和水混合均匀，得到B组份。
作为优选方案，研磨时间为10-20min；预混料、剑麻纤维和改性废天然橡胶混合的时间为1-2min；然后与硅烷偶联剂、硅丙乳液、减水剂和水混合的时间为1-2min。
作为优选方案，本发明的聚合物基海工混凝土防护涂层材料在施工时，将A、B组分混合，然后涂覆于施工基面上；优选为刮涂施工。
以下通过实施例进一步说明本发明：
以下各实施例中，各物质的用量份数均为质量份；
以下各实施例所用的煅烧偏高岭土的平均粒径为80nm；剑麻纤维为经过质量浓度为5％的NaOH水溶液浸泡6h，然后冲洗、烘干得到的剑麻纤维，所述剑麻纤维的长度为2cm；减水剂为聚羧酸类减水剂，其固含量为15％，减水率为20％；硅丙乳液为有机硅改性丙烯酸酯微乳液，固含量为10％，所述硅丙乳液中聚合物的平均粒径为100nm；纳米氧化镁的平均粒径为100nm；稻壳灰的制备方法为：将稻壳置于600℃温度下煅烧4h，然后研磨、过筛；稻壳灰的平均粒径为80nm；改性废天然橡胶的制备方法为废天然橡胶过200目筛，然后经质量浓度为5％的KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液浸泡12h、烘干制得。
实施例1
本实施例提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，具体制备方法如下：
将NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.2M，得到复合碱激发剂；取15份复合碱激发剂作为A组份；
将45份650℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.1份硅灰、1份32.5号普通硅酸盐水泥、0.1份纳米氧化镁和1份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.1份剑麻纤维和0.3份改性废天然橡胶搅拌60s，然后加入0.5份硅烷偶联剂KH550、5份硅丙乳液、0.1份减水剂和2份水，继续搅拌120s，即得B组份。
将A、B组份混合均匀，然后在混凝土块表面进行刮涂，刮涂厚度为5mm，得到地聚合物基海工混凝土防护涂层。
实施例2
本实施例提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，具体制备方法如下：
将NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.5M，得到复合碱激发剂；取20份复合碱激发剂作为A组份；
将45份650℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.1份硅灰、1份32.5号普通硅酸盐水泥、0.3份纳米氧化镁和1份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.1份剑麻纤维和0.3份改性废天然橡胶搅拌60s，然后加入0.5份硅烷偶联剂KH550、8份硅丙乳液、0.1份减水剂和2份水，继续搅拌120s，即得B组份。
将A、B组份混合均匀，然后在混凝土块表面进行刮涂，刮涂厚度为5mm，得到地聚合物基海工混凝土防护涂层。
实施例3
本实施例提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，具体制备方法如下：
将NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.3M，得到复合碱激发剂；取20份复合碱激发剂作为A组份；
将45份750℃煅烧6h的煅烧偏高岭土、0.3份硅灰、5份32.5号普通硅酸盐水泥、0.3份纳米氧化镁和2份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份剑麻纤维和0.1份改性废天然橡胶搅拌60s，然后加入1份硅烷偶联剂KH560、10份硅丙乳液、0.3份减水剂和2.5份水，继续搅拌120s，即得B组份。
将A、B组份混合均匀，然后在混凝土块表面进行刮涂，刮涂厚度为8mm，得到地聚合物基海工混凝土防护涂层。
实施例4
本实施例提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，具体制备方法如下：
将NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.4M，得到复合碱激发剂；取25份复合碱激发剂作为A组份；
将55份700℃煅烧12h的煅烧偏高岭土、0.3份硅灰、5份32.5号普通硅酸盐水泥、0.2份纳米氧化镁和2份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.5份剑麻纤维和0.5份改性废天然橡胶搅拌60s，然后加入0.8份硅烷偶联剂、5份硅丙乳液、0.3份减水剂和3份水，继续搅拌120s，即得B组份；其中，所述硅烷偶联剂由KH560和KH550组成，所述KH560和KH550的质量比为1:1。
将A、B组份混合均匀，然后在混凝土块表面进行刮涂，刮涂厚度为3mm，得到地聚合物基海工混凝土防护涂层。
实施例5
本实施例提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，具体制备方法如下：
将NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.5M，得到复合碱激发剂；取25份复合碱激发剂作为A组份；
将60份650℃煅烧4h的煅烧偏高岭土、0.5份硅灰、5份32.5号普通硅酸盐水泥、0.3份纳米氧化镁和1.5份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份剑麻纤维和0.1份改性废天然橡胶搅拌60s，然后加入0.8份硅烷偶联剂、8份硅丙乳液、0.5份减水剂和5份水，继续搅拌120s，即得B组份；其中，所述硅烷偶联剂由KH560和KH550组成，所述KH560和KH550的质量比为1:2。
将A、B组份混合均匀，然后在混凝土块表面进行刮涂，刮涂厚度为3mm，得到地聚合物基海工混凝土防护涂层。
实施例6
本实施例提供一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，具体制备方法如下：
将NaOH和固含量为35％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.5M，得到复合碱激发剂；取22份复合碱激发剂作为A组份；
将60份650℃煅烧8h的煅烧偏高岭土、0.3份硅灰、3份32.5号普通硅酸盐水泥、0.4份纳米氧化镁和1.5份稻壳灰在行星式球磨机中研磨15min后，得到预混料，备用；在混凝土搅拌机中加入预混料、掺入0.3份剑麻纤维和0.3份改性废天然橡胶搅拌60s，然后加入0.8份硅烷偶联剂、10份硅丙乳液、0.3份减水剂和3份水，继续搅拌120s，即得B组份；其中，所述硅烷偶联剂由KH560和KH550组成，所述KH560和KH550的质量比为1:1。
将A、B组份混合均匀，然后在混凝土块表面进行刮涂，刮涂厚度为5mm，得到地聚合物基海工混凝土防护涂层。
测试例
对实施例1-6所制备的地聚合物基海工混凝土防护涂层进行性能测试，其测试结果见表1，其中，采用JT/T695-2007《混凝土桥梁结构表面涂层防腐技术条件》对电通量进行测试，采用JTJ 275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》对附着力进行测试。
表1
Figure BDA0001792732960000081
Figure BDA0001792732960000091
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (9)

1.一种地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其特征在于，该防护涂层材料由A组分和B组分组成；
以质量份数计，所述A组分由如下组分组成：复合碱激发剂10-25份；所述B组分由如下组分组成：煅烧偏高岭土45-65份、普通硅酸盐水泥1-5份、硅灰0.1-0.5份、水2-5份、减水剂0.1-0.5份、纳米氧化镁0.1-0.5份、硅丙乳液5-10份、稻壳灰1-2份、改性废天然橡胶0.1-0.5份、剑麻纤维0.1-0.5份和硅烷偶联剂0.5-1份；所述A组分的单位质量份与B组分的单位质量份相同；
其中，所述改性废天然橡胶为硅烷偶联剂改性废天然橡胶；所述改性的步骤包括：将废天然橡胶过150-250目筛，然后经质量浓度为2-8％的KH550硅烷偶联剂的乙醇溶液浸泡、烘干制得。
2.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述复合碱激发剂由NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液组成，所述复合碱激发剂的模数为1.2-1.5M。
3.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述煅烧偏高岭土由包括以下步骤的制备方法制得：将高岭土在650-750℃下煅烧4-12h，然后研磨、过筛，得到所述煅烧偏高岭土；所述煅烧偏高岭土的平均粒径为50-100nm。
4.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述稻壳灰的由包括以下步骤的制备方法制得：将稻壳置于550-650℃温度下煅烧3-5h，然后研磨、过筛，得到所述稻壳灰；所述稻壳灰的平均粒径小于100nm。
5.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述剑麻纤维为经过质量浓度为2-8％的NaOH水溶液浸泡，然后冲洗、烘干得到的剑麻纤维；所述剑麻纤维的长度为1-3cm。
6.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述硅丙乳液为有机硅改性丙烯酸酯微乳液，固含量为8-12％，所述硅丙乳液中聚合物的平均粒径为50-100nm。
7.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述纳米氧化镁的平均粒径为80-120nm。
8.根据权利要求1所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料，其中，所述硅烷偶联剂为KH550和/或KH560；所述减水剂为聚羧酸类减水剂。
9.权利要求1-8中任意一项所述的地聚合物基海工混凝土防护涂层材料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括：
将NaOH和固含量为30-40％的Na2SiO3水溶液混合均匀，控制Na2SiO3水溶液的模数为1.2-1.5M，得到A组分；
将煅烧偏高岭土、硅灰、普通硅酸盐水泥、纳米氧化镁和稻壳灰进行研磨混合，得到预混料；将所述预混料、剑麻纤维和改性废天然橡胶混合均匀，然后与硅烷偶联剂、硅丙乳液、减水剂和水混合均匀，得到B组份。
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