CN111732445A - 一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法 - Google Patents

一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，属于防水材料技术领域。本发明以乳化石蜡为基体原料，并添加硅烷乳液，制备一种混凝土用耐久性复合防水材料，石蜡乳液破乳生成多核铝络合物‑石蜡复合体沉淀到混凝土表面，在界面上定向紧密排列，使界面膜的强度增加，可以有效提高防水材料的防水效果和耐久性，硅烷乳液具有较低的表面能，当其作用于混凝土表面后，能够迅速的在混凝土表面铺展，渗透进混凝土内部，硅烷乳液中的亲水基与混凝土表面及孔隙中的羟基反应生成‑Si‑R基，疏水基‑R则分布在混凝土表面，降低混凝土的表面能，从而起到阻止水分侵入的作用。

Description

一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，属于防水材料技术领域。
背景技术
混凝土是一种多孔、非均质的材料，其多孔特性使得混凝土具有高渗透性，在空气中的酸性气体、硫酸盐类有害介质及受载等多重因素的共同作用下，混凝土材料性能逐渐劣化，耐久性降低。大量研究表明，混凝土出现耐久性问题的劣化机理大多与水分的存在和迁移有关，当水与混凝土表面接触时，混凝土的亲水性使
得水极易通过毛细作用吸附到混凝土表层，并以毛细管为通道进一步渗透进混凝
土内部；而当混凝土全部浸没于水溶液中时，水溶液既以毛细吸收作用，又以渗
透、扩散的形式渗透进混凝土内部，若此时水溶液中的含有大量的有害离子，离子则随水分的迁移被运输到混凝土内部孔隙中，与混凝土水化产物发生一系列物理、化学反应，降低钢筋表面钝化膜厚度，引起钢筋锈蚀，降低混凝土结构强度；若水泥中含有较多碱，骨料中的活性成分还可与水泥中的碱发生反应生成碱-硅酸凝胶，在有水分存在的情况下，反应产物吸水体积膨胀，引起混凝土结构的破坏；除此之外，若混凝土长期处于潮湿环境或与水溶液接触时，水作为溶剂可将混凝土中的氢氧化钙溶出，使其他水化产物分解溶析，破坏混凝土结构；大量试验表明，足够的水分参与是混凝土发生冻融破坏、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应的必要条件。因此，研究混凝土表面吸水特性、对混凝土进行表面防水处理，对提高耐久性具有十分重要的意义。
目前提高混凝土防水效果最直接、简单的方法有两种，一是内掺防水材料：即在制备混凝土时加入防水剂，以提高混凝土抗渗性，达到阻止水分入侵的目的，但该方法仅适用于小面积混凝土中使用，对大体积混凝土整体进行处理则会大幅度增加处理成本；二是对混凝土进行表面防水处理，通过在混凝土表面涂覆防水材料，在混凝土表面形成防护涂层、憎水膜等形式起到防止水分侵入的作用。近年来，由于渗透型防水材料具有一定的渗透性，可在混凝土表面一定深度范内形成憎水薄膜，调节混凝土表面自由能，使混凝土表面由亲水性变为憎水性，同时混凝土透气性不受影响，但是防水材料在应用的过程中往往存在着挥发性大等缺陷，而且随着时间的延长，其防水效果会逐渐降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前的防水材料的防水效果会逐渐降低，耐久性不足的问题，提供了一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~15min，得正硅酸乙酯乙醇溶液；
（2）将硅烷乳液、去离子水加入正硅酸乙酯乙醇溶液中，置于高剪切乳化机内，在50~60℃的水浴条件下以6000~8000r/min转速搅拌30~40min，得硅烷混合乳液；
（3）将乳化石蜡、白凡士林加入硅烷混合乳液中，置于高剪切乳化机内，在60~70℃的水浴条件下以12000~14000r/min转速搅拌40~60min，再置于超声波分散机内，常温下超声分散30~40min，得混凝土用耐久性复合防水材料。
所述的乳化石蜡、硅烷乳液、白凡士林、正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水的重量份数分别为：40~60份乳化石蜡、20~30份硅烷乳液、12~18份白凡士林、16~24份正硅酸乙酯、40~60份无水乙醇、40~60份去离子水。
所述的超声分散的功率为500~600W
所述的硅烷乳液的具体制备步骤为：
（1）将聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、二烷基聚氧乙烯醚加入去离子水中，在50~60℃的水浴条件下以200~250r/min转速搅拌20~30min，得乳化剂混合液；
（2）将乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷加入乳化剂混合液中，置于高速搅拌机内，在60~80℃的水浴条件下以2000~3000r/min转速搅拌乳化1~2h，常温冷却，得硅烷乳液。
所述的乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、十二烷基聚氧乙烯醚、去离子水的重量份数分别为：10~20份乙烯基三乙氧基硅烷、8~16份辛基三乙氧基硅烷、6~12份异丁基三乙氧基硅烷、3~6份聚乙二醇、0.4~0.8份失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.4~0.8份十二烷基聚氧乙烯醚、100~200份去离子水。
所述的乳化石蜡的具体制备步骤为：
（1）将石蜡置于水浴锅中，在85~95℃的条件下以120~160r/min转速搅拌30~40min，保温，得液体石蜡；
（2）将壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠加入液体石蜡中，调节pH至8~9，在85~95℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌20~30min，得石蜡混合液；
（2）将去离子水预热至85~95℃后加入石蜡混合液中，置于高速搅拌机内，在80~90℃的水浴条件下以1000~1200r/min转速搅拌乳化40~60min，常温冷却，得乳化石蜡。
所述的石蜡、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、去离子水的重量份数分别为：40~50份石蜡、2.0~2.5份壬基酚聚氧乙烯醚、4~5份十二烷基硫酸钠、200~250份去离子水。
所述的pH调节采用的是质量分数10%的氢氧化钠溶液。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明以乳化石蜡为基体原料，制备一种混凝土用耐久性复合防水材料，石蜡的主要化学成分是饱和正构烷烃，几乎没有任何反应活性，分子中不含亲水基团，油性极强，是优良的疏水物质，对石蜡进行乳化，乳化石蜡由石蜡经乳化剂物理改性，乳化剂是表面活性剂，其分子由亲水极性基团和亲油非极性集团组成，加入油水不相容体系后，极性集团吸附水分子，非极性集团伸入油相中，在油与水间“架桥”，通过沉淀剂改变浆液的pH值使得石蜡乳液破乳生成显正电性的多核铝络合物-石蜡复合体，沉淀到混凝土表面，界面上形成“复合物”，定向紧密排列，在蜡水界面形成具有一定机械强度，使得界面膜的强度增加，不容易破裂，液珠不易聚集，使石蜡乳液稳定性高，流动性好，乳化石蜡颗粒细小，乳液石蜡含量高，均匀性和扩散性好，可以有效提高防水材料的防水效果和耐久性；
（2）本发明通过添加硅烷乳液，制备一种混凝土用耐久性复合防水材料，硅烷乳液是由水、有机硅和表面活性剂共同作用生成的一类非均相的多相体系，与混凝土具有很好的粘结力，且在一定时间内具有较好的稳定性，因而能够对混凝土进行长久保护，硅烷乳液具有较低的表面能，当其作用于混凝土表面后，能够迅速的在混凝土表面铺展，渗透进混凝土内部，硅烷乳液中的亲水基与混凝土表面及孔隙中的羟基反应生成-Si-R基，疏水基-R则分布在混凝土表面，降低混凝土的表面能，从而起到阻止水分侵入的作用，更为重要的是，由于硅烷乳液只是均匀的分布在混凝土毛细孔内壁，而没封闭毛孔，不妨碍水分扩散，较好的保持了基材的透气性，从多方面提高了混凝土的表面性能。
具体实施方式
按重量份数计，分别称量40~50份石蜡、2.0~2.5份壬基酚聚氧乙烯醚、4~5份十二烷基硫酸钠、200~250份去离子水，将石蜡置于水浴锅中，在85~95℃的条件下以120~160r/min转速搅拌30~40min，保温，得液体石蜡，将壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠加入液体石蜡中，并滴加质量分数10%的氢氧化钠溶液调节pH至8~9，在85~95℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌20~30min，得石蜡混合液，将去离子水预热至85~95℃后加入石蜡混合液中，置于高速搅拌机内，在80~90℃的水浴条件下以1000~1200r/min转速搅拌乳化40~60min，常温冷却，得乳化石蜡。
再按重量份数计，分别称量10~20份乙烯基三乙氧基硅烷、8~16份辛基三乙氧基硅烷、6~12份异丁基三乙氧基硅烷、3~6份聚乙二醇、0.4~0.8份失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.4~0.8份十二烷基聚氧乙烯醚、100~200份去离子水，将聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、二烷基聚氧乙烯醚加入去离子水中，在50~60℃的水浴条件下以200~250r/min转速搅拌20~30min，得乳化剂混合液，将乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷加入乳化剂混合液中，置于高速搅拌机内，在60~80℃的水浴条件下以2000~3000r/min转速搅拌乳化1~2h，常温冷却，得硅烷乳液；
再按重量份数计，分别称量40~60份乳化石蜡、20~30份硅烷乳液、12~18份白凡士林、16~24份正硅酸乙酯、40~60份无水乙醇、40~60份去离子水，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~15min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将硅烷乳液、去离子水加入正硅酸乙酯乙醇溶液中，置于高剪切乳化机内，在50~60℃的水浴条件下以6000~8000r/min转速搅拌30~40min，得硅烷混合乳液，将乳化石蜡、白凡士林加入硅烷混合乳液中，置于高剪切乳化机内，在60~70℃的水浴条件下以12000~14000r/min转速搅拌40~60min，再置于超声波分散机内，常温下以500~600W的功率超声分散30~40min，得混凝土用耐久性复合防水材料。
实施例1
按重量份数计，分别称量40份石蜡、2.0份壬基酚聚氧乙烯醚、4份十二烷基硫酸钠、200份去离子水，将石蜡置于水浴锅中，在85℃的条件下以120r/min转速搅拌30min，保温，得液体石蜡，将壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠加入液体石蜡中，并滴加质量分数10%的氢氧化钠溶液调节pH至8，在85℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌20min，得石蜡混合液，将去离子水预热至85℃后加入石蜡混合液中，置于高速搅拌机内，在80℃的水浴条件下以1000r/min转速搅拌乳化40min，常温冷却，得乳化石蜡。
再按重量份数计，分别称量10份乙烯基三乙氧基硅烷、8份辛基三乙氧基硅烷、6份异丁基三乙氧基硅烷、3份聚乙二醇、0.4份失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.4份十二烷基聚氧乙烯醚、100份去离子水，将聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、二烷基聚氧乙烯醚加入去离子水中，在50℃的水浴条件下以200r/min转速搅拌20min，得乳化剂混合液，将乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷加入乳化剂混合液中，置于高速搅拌机内，在60℃的水浴条件下以2000r/min转速搅拌乳化1h，常温冷却，得硅烷乳液；
再按重量份数计，分别称量40份乳化石蜡、20份硅烷乳液、12份白凡士林、16份正硅酸乙酯、40份无水乙醇、40份去离子水，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以180r/min转速搅拌10min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将硅烷乳液、去离子水加入正硅酸乙酯乙醇溶液中，置于高剪切乳化机内，在50℃的水浴条件下以6000r/min转速搅拌30min，得硅烷混合乳液，将乳化石蜡、白凡士林加入硅烷混合乳液中，置于高剪切乳化机内，在60℃的水浴条件下以12000r/min转速搅拌40min，再置于超声波分散机内，常温下以500W的功率超声分散30min，得混凝土用耐久性复合防水材料。
实施例2
按重量份数计，分别称量45份石蜡、2.25份壬基酚聚氧乙烯醚、4.5份十二烷基硫酸钠、225份去离子水，将石蜡置于水浴锅中，在90℃的条件下以140r/min转速搅拌35min，保温，得液体石蜡，将壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠加入液体石蜡中，并滴加质量分数10%的氢氧化钠溶液调节pH至8.5，在90℃的水浴条件下以220r/min转速搅拌25min，得石蜡混合液，将去离子水预热至90℃后加入石蜡混合液中，置于高速搅拌机内，在85℃的水浴条件下以1100r/min转速搅拌乳化50min，常温冷却，得乳化石蜡。
再按重量份数计，分别称量15份乙烯基三乙氧基硅烷、12份辛基三乙氧基硅烷、9份异丁基三乙氧基硅烷、4.5份聚乙二醇、0.6份失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.6份十二烷基聚氧乙烯醚、150份去离子水，将聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、二烷基聚氧乙烯醚加入去离子水中，在55℃的水浴条件下以225r/min转速搅拌25min，得乳化剂混合液，将乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷加入乳化剂混合液中，置于高速搅拌机内，在70℃的水浴条件下以2500r/min转速搅拌乳化1.5h，常温冷却，得硅烷乳液；
再按重量份数计，分别称量50份乳化石蜡、25份硅烷乳液、15份白凡士林、20份正硅酸乙酯、50份无水乙醇、50份去离子水，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以190r/min转速搅拌12.5min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将硅烷乳液、去离子水加入正硅酸乙酯乙醇溶液中，置于高剪切乳化机内，在55℃的水浴条件下以7000r/min转速搅拌35min，得硅烷混合乳液，将乳化石蜡、白凡士林加入硅烷混合乳液中，置于高剪切乳化机内，在65℃的水浴条件下以13000r/min转速搅拌50min，再置于超声波分散机内，常温下以550W的功率超声分散35min，得混凝土用耐久性复合防水材料。
实施例3
按重量份数计，分别称量50份石蜡、2.5份壬基酚聚氧乙烯醚、5份十二烷基硫酸钠、250份去离子水，将石蜡置于水浴锅中，在95℃的条件下以160r/min转速搅拌40min，保温，得液体石蜡，将壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠加入液体石蜡中，并滴加质量分数10%的氢氧化钠溶液调节pH至9，在95℃的水浴条件下以240r/min转速搅拌30min，得石蜡混合液，将去离子水预热至95℃后加入石蜡混合液中，置于高速搅拌机内，在90℃的水浴条件下1200r/min转速搅拌乳化60min，常温冷却，得乳化石蜡。
再按重量份数计，分别称量20份乙烯基三乙氧基硅烷、16份辛基三乙氧基硅烷、12份异丁基三乙氧基硅烷、6份聚乙二醇、0.8份失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.8份十二烷基聚氧乙烯醚、200份去离子水，将聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、二烷基聚氧乙烯醚加入去离子水中，在60℃的水浴条件下以250r/min转速搅拌30min，得乳化剂混合液，将乙烯基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷加入乳化剂混合液中，置于高速搅拌机内，在80℃的水浴条件下以3000r/min转速搅拌乳化2h，常温冷却，得硅烷乳液；
再按重量份数计，分别称量60份乳化石蜡、30份硅烷乳液、18份白凡士林、24份正硅酸乙酯、60份无水乙醇、60份去离子水，将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以200r/min转速搅拌15min，得正硅酸乙酯乙醇溶液，将硅烷乳液、去离子水加入正硅酸乙酯乙醇溶液中，置于高剪切乳化机内，在60℃的水浴条件下以8000r/min转速搅拌40min，得硅烷混合乳液，将乳化石蜡、白凡士林加入硅烷混合乳液中，置于高剪切乳化机内，在70℃的水浴条件下以14000r/min转速搅拌60min，再置于超声波分散机内，常温下以600W的功率超声分散40min，得混凝土用耐久性复合防水材料。
对比例：广州某公司生产的防水材料
将本发明制备的混凝土用耐久性复合防水材料及广州某公司生产的防水材料进行检测，检测方法：将养护28d的砂浆试块放置于80℃烘箱中烘干两天，取出，以400ɡ/m2的涂覆量分两次对砂浆表面进行处理。为防止材料挥发，涂覆完成后覆盖保鲜膜，静置一周，待防水材料完全吸收后，将经过表面处理的砂浆放置分别1天、10天、20天、30天后进行防水测试。防水测试方法：将涂覆面朝下放置于底部有支架的平底容器中，倒入去离子水直至高出试块底面35mm，测定砂浆吸水量，具体检测结果如下表表1：
表1
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由表1可知本发明制备的混凝土用耐久性复合防水材料具有良好的防水效果和耐久性。

Claims (8)

1.一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：
（1）将正硅酸乙酯加入无水乙醇中，常温下以180~200r/min转速搅拌10~15min，得正硅酸乙酯乙醇溶液；
（2）将硅烷乳液、去离子水加入正硅酸乙酯乙醇溶液中，置于高剪切乳化机内，在50~60℃的水浴条件下以6000~8000r/min转速搅拌30~40min，得硅烷混合乳液；
（3）将乳化石蜡、白凡士林加入硅烷混合乳液中，置于高剪切乳化机内，在60~70℃的水浴条件下以12000~14000r/min转速搅拌40~60min，再置于超声波分散机内，常温下超声分散30~40min，得混凝土用耐久性复合防水材料。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，所述的乳化石蜡、硅烷乳液、白凡士林、正硅酸乙酯、无水乙醇、去离子水的重量份数分别为40~60份乳化石蜡、20~30份硅烷乳液、12~18份白凡士林、16~24份正硅酸乙酯、40~60份无水乙醇、40~60份去离子水。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的超声分散的功率为500~600W。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的硅烷乳液的具体制备步骤为：
（1）将聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、二烷基聚氧乙烯醚加入去离子水中，在50~60℃的水浴条件下以200~250r/min转速搅拌20~30min，得乳化剂混合液；
（2）将乙烯基三乙氧基硅烷 、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷加入乳化剂混合液中，置于高速搅拌机内，在60~80℃的水浴条件下以2000~3000r/min转速搅拌乳化1~2h，常温冷却，得硅烷乳液。
5.根据权利要求4所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，所述的乙烯基三乙氧基硅烷 、辛基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、聚乙二醇、失水山梨糖醇脂肪酸酯、十二烷基聚氧乙烯醚、去离子水的重量份数分别为10~20份乙烯基三乙氧基硅烷 、8~16份辛基三乙氧基硅烷、6~12份异丁基三乙氧基硅烷、3~6份聚乙二醇、0.4~0.8份失水山梨糖醇脂肪酸酯、0.4~0.8份十二烷基聚氧乙烯醚、100~200份去离子水。
6.根据权利要求1所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述的乳化石蜡的具体制备步骤为：
（1）将石蜡置于水浴锅中，在85~95℃的条件下以120~160r/min转速搅拌30~40min，保温，得液体石蜡；
（2）将壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠加入液体石蜡中，调节pH至8~9，在85~95℃的水浴条件下以200~240r/min转速搅拌20~30min，得石蜡混合液；
（2）将去离子水预热至85~95℃后加入石蜡混合液中，置于高速搅拌机内，在80~90℃的水浴条件下以1000~1200r/min转速搅拌乳化40~60min，常温冷却，得乳化石蜡。
7.根据权利要求6所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，所述的石蜡、壬基酚聚氧乙烯醚、十二烷基硫酸钠、去离子水的重量份数分别为40~50份石蜡、2.0~2.5份壬基酚聚氧乙烯醚、4~5份十二烷基硫酸钠、200~250份去离子水。
8.根据权利要求6所述的一种混凝土用耐久性复合防水材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述的pH调节采用的是质量分数10%的氢氧化钠溶液。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112608653A (zh) * 2021-01-14 2021-04-06 成都含蓬娄环保科技有限公司 一种有机硅聚丙烯酸酯基石膏复合防水剂的制备方法
CN113563109A (zh) * 2021-08-11 2021-10-29 北部湾海洋新材料研究院 一种混凝土用纳米硅烷基防水乳液及其制备方法
CN113636862A (zh) * 2021-09-06 2021-11-12 北部湾海洋新材料研究院 一种混凝土防水剂及其应用

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