CN115819043A - 一种混合纤维增强混凝土防水材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合纤维增强混凝土防水材料及其制备方法，本发明利用单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂对硅烷偶联剂进行改性，改善了硅烷类偶联剂仅对含硅元素填料有效的缺陷，以及硅烷偶联剂韧性不佳的问题，同时增加了硅烷偶联剂的空间网络结构，将改性硅烷偶联剂接枝在玄武岩纤维的表面，提高了玄武岩纤维的附着力，有效改善了混凝土的内部缺陷和微裂纹的产生，进而增强了混凝土的防水能力和抗压强度；同时引入的磷酸酯基团在强碱的环境下逐步发生水解，释放出游离的磷酸根离子，磷酸根离子会和水泥水化产物发生反应，在水泥颗粒的表面形成致密难溶的磷酸盐薄层，进一步增强了混凝土的防水能力。

Description

一种混合纤维增强混凝土防水材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种混合纤维增强混凝土防水材料及其制备方法。

背景技术

混凝土是目前人类使用最广泛的人造材料，在混凝土的养护或者服役过程中，由于界面过渡区以及干缩、化学收缩、温度收缩、徐变等现象的存在或者外界载荷的作用，其内部会形成大小不一的毛细孔以及微裂纹。这些毛细孔和微裂纹的存在会直接导致混凝土结构抗渗透性能的降低，造成混凝土防水性能的下降。随着水在混凝土内部的渗透，还会造成混凝土性能加速劣化，混凝土耐久性也大幅下降。因此，要避免混凝土结构渗透对人们生产、生活带来的不便以及降低混凝土建筑的维修成本，对其进行防水处理显得十分地重要。

混凝土建筑结构防水的方法主要有两种，第一种是对混凝土进行表面处理，主要是在其表面涂覆或者铺设一层有机聚合物层以隔绝水对混凝土结构的侵蚀。该方法在短时间内能够起到较为优异的作用，但是，该类材料与混凝土基体的相容性较差，而且易老化，这都导致了其对混凝土的防水作用具有一定的期限，除此之外，该种防水方式只限于混凝土表面的防水，不能起到修复基体内部微裂缝的作用。另一种防水方法是在混凝土中掺入防水剂，目前，我国建设市场上出售的主要是无机或有机的防水剂，例如氯化铁，氯化铝，有机硅等防水剂，通过加入这些防水剂，形成跛体或络合物，堵塞毛细孔，提高混凝土的抗渗能力；实践证明，大多数防水剂是能够提高混凝土的抗渗能力的，但是，在实际应用过程中，往往存在混凝土收缩开裂而引起渗漏的现象，造成防水的失败。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混合纤维增强混凝土防水材料及其制备方法，解决现有的混凝土防水性能不佳的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种混合纤维增强混凝土防水材料，以重量份计，包括如下组分的原料：水泥320-400份、粉煤灰20-40份、天然砂600-800份、粗骨料1000-1200份、氧化钙20-30份、减水剂10-15份、改性玄武岩纤维8-12份、改性沥青纤维10-20份、氧化锌晶须4-8份、水260-285份。

优选的，所述改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备改性硅烷偶联剂：将N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂混合均匀，然后进行反应，得到改性硅烷偶联剂；

(2)将玄武岩纤维加入到去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，超声分散30-60min，加入改性硅烷偶联剂，继续超声分散2-4h，然后进行离心、洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。

优选的，步骤(1)中，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷与单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂的质量比为1-1.2:1。

优选的，步骤(1)中，反应温度为60-80，℃反应时间为2-4h。

优选的，步骤(2)中，玄武岩纤维、混合溶剂和改性硅烷偶联剂的质量比为10-15:100-120:6-10。

优选的，步骤(2)中，去离子水和无水乙醇的质量比为1:1-1.5。

优选的，改性沥青纤维的制备方法，包括如下步骤：将硬脂酸加入到四氯化碳中，搅拌混合均匀，然后向其中加入沥青纤维，加热搅拌反应，待反应完成后，进行抽滤、干燥，即得到改性沥青纤维。

优选的，硬脂酸、四氯化碳和沥青纤维的质量比为3-5:100:10-15。

优选的，加热搅拌反应温度为40-60℃，加热搅拌反应时间为60-90min。

本发明还提供上述混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，包括如下步骤：将水泥、粉煤灰、天然砂、粗骨料、氧化钙、减水剂和氧化锌晶须按照重量配比搅拌混合均匀，得到混合料，然后向混合料中加水进行搅拌，混合均匀，再加入改性玄武岩纤维和改性沥青纤维，搅拌180-240s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明利用单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂对硅烷偶联剂进行改性，改善了硅烷类偶联剂仅对含硅元素填料有效的缺陷，以及硅烷偶联剂韧性不佳的问题，同时增加了硅烷偶联剂的空间网络结构，将改性硅烷偶联剂接枝在玄武岩纤维的表面，提高了玄武岩纤维的附着力，有效改善了混凝土的内部缺陷和微裂纹的产生，进而增强了混凝土的防水能力和抗压强度；同时引入的磷酸酯基团在强碱的环境下逐步发生水解，释放出游离的磷酸根离子，磷酸根离子会和水泥水化产物发生反应，在水泥颗粒的表面形成致密难溶的磷酸盐薄层，进一步增强了混凝土的防水能力。

(2)本发明利用硬脂酸对沥青纤维进行疏水改性，将长链烷基结构引入到沥青纤维的表面，改善了沥青纤维与混凝土基体、玄武岩纤维之间的黏结性能，利于沥青纤维填充在改性玄武岩纤维的网络结构中，极大的提高了混凝土的抗压强度，同时利用改性玄武岩纤维、改性沥青纤维以及氧化锌晶须之间的长度差异，三者协同作用，在不同的尺寸层面互作补充，减少了混凝土的内部微裂纹的产生，提高了混凝土的防水性能和抗压强度。

具体实施方式

以下通过具体较佳实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下的实施例。

需要说明的是，无特殊说明外，本发明中涉及到的化学试剂均通过商业渠道购买。

本发明中所使用的水泥为PO52.5普通硅酸盐水泥；

粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰；

天然砂的粒径为20-40目；

粗骨料的粒径为5-10mm；

氧化钙的目数为8-12目，购自山东兴华化工科技有限公司；

减水剂为聚羧酸系减水剂，购自山东鸿泉化工科技有限公司；

玄武岩纤维的长度为6-15mm，购自泰安森扬复合材料有限公司；

沥青纤维选自聚丙烯腈纤维，长度为6mm，购自泰安浩达新材料有限公司；

氧化锌晶须的直径0.5-5μm，长度10-50μm，购自清河县安迪金属材料有限公司；

单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂的型号为TL-411-D。

实施例1

一种混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，包括如下步骤：

将320g水泥、40g粉煤灰、600g天然砂、1000g粗骨料、30g氧化钙、10g减水剂和8g氧化锌晶须搅拌混合300s，得到混合料，然后向混合料中加入260g水搅拌180s，再加入8g改性玄武岩纤维和20g改性沥青纤维，继续搅拌180s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料；

其中，改性玄武岩纤维的制备方法如下：

将5g N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和5g单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂混合均匀，然后在60℃下反应2h，得到改性硅烷偶联剂；

将10g玄武岩纤维加入到50g去离子水和50g无水乙醇的混合溶剂中，在300W功率下超声分散30min，再加入6g改性硅烷偶联剂，继续超声分散2h，然后进行离心、洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；

改性沥青纤维的制备方法如下：将3g硬脂酸加入到100g四氯化碳中，搅拌混合均匀，然后向其中加入10g沥青纤维，在40℃下搅拌反应60min，待反应完成后，进行抽滤、干燥，即得到改性沥青纤维。

实施例2

一种混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，包括如下步骤：

将400g水泥、30g粉煤灰、800g天然砂、1200g粗骨料、20g氧化钙、15g减水剂和6g氧化锌晶须搅拌混合300s，得到混合料，然后向混合料中加入285g水搅拌180s，再加入12g改性玄武岩纤维和15g改性沥青纤维，继续搅拌240s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料；

其中，改性玄武岩纤维的制备方法如下：

将6g N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和5g单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂混合均匀，然后在80℃下反应4h，得到改性硅烷偶联剂；

将15g玄武岩纤维加入到60g去离子水和60g无水乙醇的混合溶剂中，在300W功率下超声分散30min，再加入10g改性硅烷偶联剂，继续超声分散3h，然后进行离心、洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；

改性沥青纤维的制备方法如下：将5g硬脂酸加入到100g四氯化碳中，搅拌混合均匀，然后向其中加入15g沥青纤维，在60℃下搅拌反应90min，待反应完成后，进行抽滤、干燥，即得到改性沥青纤维。

实施例3

一种混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，包括如下步骤：

将360g水泥、40g粉煤灰、700g天然砂、1100g粗骨料、25g氧化钙、12g减水剂和4g氧化锌晶须搅拌混合300s，得到混合料，然后向混合料中加入280g水搅拌180s，再加入10g改性玄武岩纤维和18g改性沥青纤维，继续搅拌240s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料；

其中，改性玄武岩纤维的制备方法如下：

将5g N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和5g单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂混合均匀，然后在70℃下反应3h，得到改性硅烷偶联剂；

将12g玄武岩纤维加入到60g去离子水和60g无水乙醇的混合溶剂中，在300W功率下超声分散30min，再加入8g改性硅烷偶联剂，继续超声分散3h，然后进行离心、洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；

改性沥青纤维的制备方法如下：将4g硬脂酸加入到100g四氯化碳中，搅拌混合均匀，然后向其中加入12g沥青纤维，在50℃下搅拌反应80min，待反应完成后，进行抽滤、干燥，即得到改性沥青纤维。

对比例1

一种混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，包括如下步骤：

将360g水泥、40g粉煤灰、700g天然砂、1100g粗骨料、25g氧化钙、12g减水剂和4g氧化锌晶须搅拌混合300s，得到混合料，然后向混合料中加入280g水搅拌180s，再加入10g玄武岩纤维和18g沥青纤维，继续搅拌240s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料。

对比例2

一种混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，包括如下步骤：

将360g水泥、40g粉煤灰、700g天然砂、1100g粗骨料、25g氧化钙、12g减水剂和4g氧化锌晶须搅拌混合300s，得到混合料，然后向混合料中加入280g水搅拌180s，再加入10g改性玄武岩纤维和18g改性沥青纤维，继续搅拌240s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料；

其中，改性玄武岩纤维的制备方法如下：

将5g N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和5g硅烷偶联剂KH560混合均匀，然后在70℃下反应3h，得到改性硅烷偶联剂；

将12g玄武岩纤维加入到60g去离子水和60g无水乙醇的混合溶剂中，在300W功率下超声分散30min，再加入8g改性硅烷偶联剂，继续超声分散3h，然后进行离心、洗涤、干燥，即得到改性玄武岩纤维；

改性沥青纤维的制备方法如下：将4g硬脂酸加入到100g四氯化碳中，搅拌混合均匀，然后向其中加入12g沥青纤维，在50℃下搅拌反应80min，待反应完成后，进行抽滤、干燥，即得到改性沥青纤维。

将实施例1-3和对比例1-2所制备的混凝土进行性能测试，具体如下：

抗压强度：将实施例1-3和对比例1-2所制备的混凝土制成边长为100mm的标准立方体试块，标准条件下养护28d，采用万能试验机进行力学性能测试，测定混凝土在养护28d的抗压强度；

吸水率测试：参照英国标准BS 1881，Part 122,1983，取养护28天的试块进行测试；

抗渗压力测试：依据GB/T 50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准进行测试；试验结果如下表所示：

	抗压强度(MPa)	吸水率(％)	透水压力(MPa)
				实施例1	88.7	0.26	3.8
实施例2	90.2	0.21	3.9
				实施例3	89.4	0.23	3.8
对比例1	67.6	0.78	2.7
				对比例2	81.3	0.45	3.1

最后需要说明的是：以上实施例不以任何形式限制本发明。对本领域技术人员来说，在本发明基础上，可以对其作一些修改和改进。因此，凡在不偏离本发明精神的基础上所做的任何修改或改进，均属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，以重量份计，包括如下组分的原料：水泥320-400份、粉煤灰20-40份、天然砂600-800份、粗骨料1000-1200份、氧化钙20-30份、减水剂10-15份、改性玄武岩纤维8-12份、改性沥青纤维10-20份、氧化锌晶须4-8份、水260-285份。

2.根据权利要求1所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备改性硅烷偶联剂：将N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷和单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂混合均匀，然后进行反应，得到改性硅烷偶联剂；

(2)将玄武岩纤维加入到去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，超声分散30-60min，加入改性硅烷偶联剂，继续超声分散2-4h，然后进行离心、洗涤、干燥，得到改性玄武岩纤维。

3.根据权利要求2所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，步骤(1)中，N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷与单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯偶联剂的质量比为1-1.2:1。

4.根据权利要求2所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，步骤(1)中，反应温度为60-80，℃反应时间为2-4h。

5.根据权利要求2所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，步骤(2)中，玄武岩纤维、混合溶剂和改性硅烷偶联剂的质量比为10-15:100-120:6-10。

6.根据权利要求2所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，步骤(2)中，去离子水和无水乙醇的质量比为1:1-1.5。

7.根据权利要求1所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，改性沥青纤维的制备方法，包括如下步骤：将硬脂酸加入到四氯化碳中，搅拌混合均匀，然后向其中加入沥青纤维，加热搅拌反应，待反应完成后，进行抽滤、干燥，即得到改性沥青纤维。

8.根据权利要求7所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，硬脂酸、四氯化碳和沥青纤维的质量比为3-5:100:10-15。

9.根据权利要求7所述的混合纤维增强混凝土防水材料，其特征在于，加热搅拌反应温度为40-60℃，加热搅拌反应时间为60-90min。

10.如权利要求1-9任一项所述混合纤维增强混凝土防水材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将水泥、粉煤灰、天然砂、粗骨料、氧化钙、减水剂和氧化锌晶须按照重量配比搅拌混合均匀，得到混合料，然后向混合料中加水进行搅拌，混合均匀，再加入改性玄武岩纤维和改性沥青纤维，搅拌180-240s，即得到混合纤维增强混凝土防水材料。