CN109133992B - 一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层及其制备方法。所述防护涂层由底层涂层和面层涂层两部分组成，所述底层涂层各组分按质量百分比计为：氧化镁45～60％、磷酸二氢钾15～25％、硼砂3～5％、硅酸盐水泥3～5％、粉煤灰10～20％、纤维素醚0.02～0.04％，水固比为0.2～0.5；所述面层涂层为硅烷乳液，是以辛基三乙氧基硅烷、十二烷基磺酸钠和水为原料釆用超声波乳化制备所得。本发明所述防护涂层具有优异的粘结性、体积稳定性、施工性和耐候性，可有效提高混凝土结构材料的耐久性能，有效解决服役于自然环境中的混凝土结构表面污损、耐久性降低等问题，具有实际应用价值。

Description

一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层及其制备方法。
背景技术
服役于自然环境的混凝土结构易受到有害介质的侵蚀，导致其表面污损和结构耐久性降低，从而影响混凝土结构的外观和服役寿命。为了改善服役环境下混凝土结构的外观和服役寿命，常采用混凝土饰面涂层进行处理。目前，最常用的混凝土饰面涂层主要为无机类的硅酸盐水泥涂层和有机类的聚脲、环氧树脂、硅烷等聚合物涂层。以上涂层虽然能够改善混凝土结构的耐久性能，但也都存在一定的问题。其中，无机类硅酸盐水泥涂层粘结性和体积稳定性能差，易收缩开裂；有机类涂层易老化挥发，影响环境和人体健康。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，由底层涂层和面层涂层两部分组成，所述底层涂层各组分按质量百分比计为：氧化镁45～60％、磷酸二氢钾15～25％、硼砂3～5％、硅酸盐水泥3～5％、粉煤灰10～20％、纤维素醚0.02～0.04％，水固比为0.2～0.5；所述面层涂层为硅烷乳液，所述硅烷乳液是以辛基三乙氧基硅烷、十二烷基磺酸钠和水为原料，釆用超声波乳化制备所得。
上述方案中，所述氧化镁为工业橡胶级高纯轻质氧化镁粉，MgO含量大于90％。
上述方案中，所述磷酸二氢钾为工业级磷酸二氢钾，KH2PO4含量大于95％。
上述方案中，所述硼砂为工业级硼砂，Na2B4O7含量大于95％。
上述方案中，所述硅酸盐水泥为P.O 42.5。
上述方案中，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，烧失量≤5.0wt％，需水量比≥95wt％。
上述方案中，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度≥15万mPa·s。
上述方案中，所述水符合JGJ63《混凝土拌合用水标准》的要求。
上述方案中，所述硅烷乳液的各原料组分按质量百分比计为：辛基三乙氧基硅烷60～70％、十二烷基磺酸钠1.5～2.5％，余量为去离子水。
上述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)将称取的氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、硅酸盐水泥、粉煤灰和纤维素醚倒入砂浆搅拌机中干拌3～5min，得到底层涂层干粉料；
(2)将底层涂层干粉料与水按一定比例混合制得底层涂层浆料；
(3)底层涂层涂刷前先将混凝土基面进行清理和润湿，待基面饱和面干后，将配制好的底层涂层浆料分两次涂装在混凝土试件基面上，涂装方式为辊涂或刮涂；
(4)待底层涂层表干后喷涂面层硅烷乳液，喷涂方式为雾喷，喷涂应均匀；待底层和面层涂层均干燥成膜后即得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层。
本发明采用的原理为：本发明拟在混凝土结构表面形成一种用作物理屏障的磷酸镁水泥-硅烷复合涂层，以阻止有害介质侵入混凝土基体，进而提高混凝土结构的耐久性能和饰面效果，其中：1)底层涂层的作用机理：底层涂层以氧化镁和磷酸二氢钾为基料，二者水化反应形成具有优异粘结性和体积稳定性的MgKPO4；氧化镁和磷酸二氢钾水化反应迅速，为了使底层涂层具有优异的施工性，添加硼砂作为缓凝剂，在整个水化体系中，硼砂电离产生的B4O7 2-吸附包裹在氧化镁颗粒表面的活性位点，阻止氧化镁的水解；氧化镁和磷酸二氢钾反应后的颜色呈土黄色，其颜色与混凝土色调不一致，为了使底层涂层具有混凝土色调，添加硅酸盐水泥和粉煤灰为调色剂，随着硅酸盐水泥和粉煤灰的掺入，其水化生成的C-S-H凝胶等产物与MgKPO4相互交叉，即改善了底层磷酸镁水泥涂层材料的颜色，又使得基体更加密实；而聚合物纤维素醚的掺入，可改善磷酸镁水泥存在的脆性大和抗冲击性差的问题，其可在涂层中形成网状结构，增强涂层的韧性。2)面层涂层的作用机理：面层涂层为硅烷乳液，硅烷的小分子结构使它可以有效的渗透到高密度基材中，降低混凝土基面的张力，增大混凝土表面的疏水性；同时，硅烷在与底层水泥基质涂层反应时，首先与毛细孔中的水反应，烷氧基水解形成硅烷醇基团，随后硅烷醇分子失去水缩合成硅树脂，并在涂层干燥期间结合至底层涂层上，从而提供良好的防水效果，增强涂层的硬度和韧性，防止涂层的开裂和阻碍有害介质的侵入。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层由底层涂层和面层涂层两部分组成，其中，底层涂层为磷酸镁水泥质涂层，其具有优异的粘结性、体积稳定性及其与混凝土较好的体积相容性；面层涂层为硅烷乳液涂层，其既保护了底层涂层的本色，又提高了涂层的疏水性，增强了涂层的硬度、韧性和耐候性能。
(2)本发明所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，制备和施工工艺简单，且具有优异的粘结性、体积稳定性、施工性和耐候性，可有效提高混凝土结构材料的耐久性能，并使混凝土结构外观与混凝土原色一致，可有效解决服役于自然环境中的混凝土结构表面污损、耐久性降低等问题，具有实际应用价值。
附图说明：
图1、2为混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层对混凝土试件外观的影响。其中，图1为混凝土试块，图2为混凝土试板；(a)为无涂层试件；(b)为有涂层试件。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，通过如下方法制备得到：
1)底层涂层原料配比：氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、硅酸盐水泥、粉煤灰的质量比为57:20:4:4:15，纤维素醚掺量为上述所有材料总质量的0.03％，水固比＝0.3；面层涂层为硅烷乳液，各原料质量百分比为：辛基三乙氧基硅烷65％、十二烷基磺酸钠2％，余量为去离子水，将各原料组分混合后，采用超声波(超声条件：40kHz×100W，20min)乳化制备出硅烷乳液；
2)将按计量称取的氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、硅酸盐水泥、粉煤灰和纤维素醚倒入砂浆搅拌机中干拌3～5min，得到混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层底层涂层干粉料，再加入水搅拌3～5min，即制得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层底层涂层浆料；
3)底层涂层涂刷前需将混凝土基面进行清理和润湿，清除混凝土基面的浮浆、污染物和粉尘等，然后对混凝土基面进行润湿，待基面饱和面干后将配制好的底层涂料分两次涂装在混凝土试件基面上，涂装方式选择辊涂；
4)待底层涂层表干后喷涂面层硅烷乳液，喷涂方式为雾喷，喷涂应均匀，待底层和面层涂层干燥成膜后即得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层。
对本实施例制备所得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层进行性能测试，结果如表1～6和图1所示。
表1 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层的施工性能
Figure BDA0001752071340000041
表2 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层的成膜性能
Figure BDA0001752071340000042
表3 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土力学性能
Figure BDA0001752071340000043
表4 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土抗渗性能
Figure BDA0001752071340000051
表5 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土抗冻性能
Figure BDA0001752071340000052
表6 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀性能
C50混凝土试件 电通量/C 90d抗压强度损失/％ 180d抗压强度损失/％
无涂层 140.0 12.8 25.5
有涂层 91.3 3.2 4.1
由表1～6和图1可以看出，混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层具有优异的粘结性、体积稳定性、施工性和耐候性，且外观与混凝土原色基本一致。同时，混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层可有效地提高混凝土结构材料的力学性能和耐久性能(包括抗渗透性能、抗冻性能和抗硫酸盐浸蚀性能)。
实施例2
一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，通过如下方法制备得到：
1)底层涂层配比：氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、硅酸盐水泥、粉煤灰的质量比为54:18:4:4:20，纤维素醚掺量为上述所有材料总质量的0.03％，水固比＝0.3；面层涂层为硅烷乳液，各原料质量百分比为：辛基三乙氧基硅烷65％、十二烷基磺酸钠2％，余量为去离子水，将各原料组分混合后，采用超声波(超声条件：40kHz×100W，20min)乳化制备出硅烷乳液；
2)将按计量称取的氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、硅酸盐水泥、粉煤灰和纤维素醚倒入砂浆搅拌机中干拌3～5min，得到混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层底层涂层干粉料，再加入水搅拌3～5min，即制得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层底层涂层浆料；
3)底层涂层涂刷前需将混凝土基面进行清理和润湿，清除混凝土基面的浮浆、污染物和粉尘等，然后对混凝土基面进行润湿，待基面饱和面干后将配制好的底层涂料分两次涂装在混凝土试件基面上，涂装方式选择辊涂；
4)待底层涂层表干后喷涂面层硅烷乳液，喷涂方式为雾喷，喷涂应均匀，待底层和面层涂层干燥成膜后即得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层。
对本实施例制备所得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层进行性能测试，结果如表7～12和图2所示。
表7 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层的施工性能
Figure BDA0001752071340000061
表8 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层的成膜性能
Figure BDA0001752071340000062
表9 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土力学性能
Figure BDA0001752071340000063
表10 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土抗渗性能
Figure BDA0001752071340000064
Figure BDA0001752071340000071
表11 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土抗冻性能
Figure BDA0001752071340000072
表12 混凝土清水饰面磷酸镁防护涂层作用下的混凝土抗氯离子渗透和抗硫酸盐侵蚀性能
C50混凝土试件 电通量/C 90d抗压强度损失/％ 180d抗压强度损失/％
无涂层 140.0 12.8 25.5
有涂层 90.5 2.8 3.7
由表7～12和图2可以看出，混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层具有优异的粘结性、体积稳定性、施工性和耐候性，且外观与混凝土原色基本一致。同时，混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层可有效地提高混凝土结构材料的力学性能和耐久性能(包括抗渗透性能、抗冻性能和抗硫酸盐浸蚀性能)。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，由底层涂层和面层涂层两部分组成，所述底层涂层各组分按质量百分比计为：氧化镁45~60%、磷酸二氢钾15~25%、硼砂3~5%、硅酸盐水泥3~5%、粉煤灰10~20%、纤维素醚0.02~0.04%，水固比为0.2~0.5；所述面层涂层为硅烷乳液，所述硅烷乳液是以辛基三乙氧基硅烷、十二烷基磺酸钠和水为原料，釆用超声波乳化制备所得；所述硅烷乳液的各原料组分按质量百分比计为：辛基三乙氧基硅烷60~70%、十二烷基磺酸钠1.5~2.5%，余量为去离子水。
2.根据权利要求1所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，所述氧化镁为工业橡胶级高纯轻质氧化镁粉，MgO含量大于90%。
3.根据权利要求1所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，所述磷酸二氢钾为工业级磷酸二氢钾，KH2PO4含量大于95%。
4.根据权利要求1所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，所述硼砂为工业级硼砂，Na2B4O7含量大于95%。
5.根据权利要求1所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，所述硅酸盐水泥为P.O 42.5。
6.根据权利要求1所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰，烧失量≤5.0wt%，需水量比≥95wt%。
7.根据权利要求1所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层，其特征在于，所述纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚，粘度≥15万mPa·s。
8.权利要求1~7任一所述混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
（1）将称取的氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂、硅酸盐水泥、粉煤灰和纤维素醚倒入砂浆搅拌机中干拌3~5min，得到底层涂层干粉料；
（2）将底层涂层干粉料与水按一定比例混合制得底层涂层浆料；
（3）底层涂层涂刷前先将混凝土基面进行清理和润湿，待基面饱和面干后，将配制好的底层涂层浆料分两次涂装在混凝土试件基面上，涂装方式为辊涂或刮涂；
（4）待底层涂层表干后喷涂面层硅烷乳液，喷涂方式为雾喷，喷涂应均匀；待底层和面层涂层均干燥成膜后即得混凝土清水饰面磷酸镁水泥质防护涂层。
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