CN117229084A - 一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及建筑防水材料技术领域，特别涉及一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法，按照重量百分比计，该防水剂包括以下组分的原料：结晶剂0.2‑0.5%、润湿剂1‑1.4%、防冻剂0.3‑0.5%、早强剂0.49‑0.75%、表面活性剂0.005‑0.01%、水化促进剂2.8‑3.2%、缓凝剂0.36‑0.45%、络合剂0.01‑0.02%，余量为水。本发明的防水剂采用特定成分配比和工艺相结合，可以使制备的水性渗透结晶防水剂能够直接喷涂在已经成型的混凝土表面，使混凝土同时具有优异的防水抗渗性、自修复性以及耐久性，提高了混凝土的耐低温性能，有效避免混凝土出现冻胀或冻裂的现象；制备方法简单，原材料来源广泛，单位面积施工量少，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及建筑防水材料技术领域，特别涉及一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法。
背景技术
混凝土的抗拉强度和极限拉应变较低，当在水泥硬化的过程中，会因收缩引起体积收缩变形使其内部的拉应力大于自身的抗拉强度时，混凝土会出现开裂现象，不仅使抗渗性变差，还会影响耐久性和安全性；且混凝土作为一种非均匀的材料，基于宏观角度，它是由不同尺寸和形状的骨料颗粒和非连续的水化水泥浆体构成；基于微观角度，混凝土是由不均匀分布且大小不一的微小空隙构成，而当这些微小空隙形成相互贯穿的通路，则会使其在自然环境中容易遭受水分的侵蚀，从而破坏其耐久性。此外由于水泥基材料自身的水化性质和收缩特性，低温下容易出现冻胀或冻裂的风险，将会直接影响建筑的使用寿命。因此，混凝土的渗水、开裂和冻胀是目前存在并亟待解决的问题。
近些年来，关于渗透结晶防水剂技术因具有和建筑结构寿命相同而成为该领域的研究热点，但是目前很多渗透结晶防水剂主要是粉末性状的水泥基渗透结晶防水材料，存在以下不足：多雨天在涂层固化前容易被雨水冲刷脱落；干燥环境下涂层易起皮、脱落；起效时间久，水泥基类防水材料，需要28天才能达到最佳效果，对实际防水效果产生影响；有效成分较低，单位面积用量大，综合成本高。
综上所述，开发一种新型水性渗透结晶防水剂以解决上述技术问题将对混凝土起到非常重要的作用。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供了一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法，该防水剂可以直接喷涂在成型的混凝土表面，通过表面渗透到基材内部，与混凝土中的游离碱物质发生反应形成可以嵌入混凝土毛细孔隙的惰性晶体，不但提高混凝土的密实度和抗压强度，且防水抗渗效果好，同时该防水剂具有优异的耐低温性能，有效防止混凝土出现冻胀或冻裂的现象；制备方法简单，原材料来源广泛，单位面积施工量少，成本低。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
本发明第一方面提供了一种水性渗透结晶防水剂，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.2-0.5％、润湿剂1-1.4％、防冻剂0.3-0.5％、早强剂0.49-0.75％、表面活性剂0.005-0.01％、水化促进剂2.8-3.2％、缓凝剂0.36-0.45％、络合剂0.01-0.02％，余量为水。
在一些实施方式中，所述结晶剂包括硅酸钠和/或纳米硅溶胶。
优选地，所述结晶剂包括硅酸钠和纳米硅溶胶，且二者的重量比为1：(1-3)。
在一些实施方式中，所述纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为30％，二氧化硅的粒径为10-15nm。
本发明对所述纳米硅溶胶的来源不做特殊限制，可通过市售购买得到，包括但不限于所述纳米硅溶胶购自山东百特新材料有限公司，型号为SS3015。
市面上很多水泥剂渗透结晶防水材料具有较好的抗渗性能和自修复性能，但是耐久性较差，本发明通过对成分配比之间的特定调控，尤其是加入特定的结晶剂和络合剂，特别是结晶剂为硅酸钠和纳米硅溶胶，络合剂为乙二胺四乙酸二钠能够使制备得到的水性渗透结晶防水剂同时具有优异的防水抗渗性、自修复性以及耐久性，申请人认为可能的原因在于在该防水剂中结晶成分和络合剂能够通过水分在布朗运动、化学势梯度或干粒子反应的驱动力作用下由表面渗透到基材内部，一方面络合剂与混凝土中的游离钙离子迅速产生络合，形成不稳定的络合物而填充混凝土的毛细管壁中起到防水抗渗的效果，当络合物遇到活性较高的硅酸钠和纳米硅溶胶时，络合基团被取代发生化学转换，生成稳定的且不溶于水的惰性结晶体，进一步填充混凝土孔隙和裂缝，实现自修复功能，提高混凝土的密实度和抗压强度；同时络合剂中的自由基被释放，继续通过水分子在内部迁移，并且不会被消耗，循环反应促进结晶的出现，有效解决了当防水剂应用到混凝土中硅酸根粒子在较低浓度范围无法及时反应而起不到填充的作用。在混凝土干燥状态下缺少水分作为介质，使络合剂自由基处于休眠状态，当有水分渗入时，该物质将会再度激活，促进新的结晶生成，提高混凝土的结构致密性。
在一些实施方式中，所述润湿剂为分子量为400-800的聚乙二醇。
优选地，所述润湿剂为分子量为600的聚乙二醇。
本发明对所述聚乙二醇的来源不做特殊限定，可通过市售购买得到。
在一些实施方式中，所述防冻剂为丙三醇或乙二醇。
优选地，所述防冻剂为丙三醇。
在一些实施方式中，所述早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：(4-11)。
优选地，所述早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：7.5。
在一些实施方式中，所述表面活性剂为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。
优选地，所述表面活性剂为木质素磺酸钠。
在一些实施方式中，所述水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，所述二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.15-0.4wt％。
优选地，所述二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.2-0.3wt％。
在一些实施方式中，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2-3wt％。
优选地，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2.4-2.6wt％
在一些实施方式中，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸二钾。
优选地，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
本发明加入特定的早强剂和水化促进剂，不仅会增强混凝土的早强性能和抗裂性，而且使得到的防水剂可以使混凝土拌合物中自由水变的细小分散，加速水泥的水化作用，有利于水泥水化早期就生成较多的含水结晶产物，减少了混凝土中的游离水，即会减少由于游离水蒸发而留下的毛细孔，从而提高了混凝土的抗渗性。
本发明中表面活性剂和润湿剂的加入不仅会降低水的表面张力和水泥颗粒之间的界面张力，有利于由混凝土表面向内部渗透，提高防水剂的渗透深度；而且该会和该体系中防冻剂形成协同作用，共同提高混凝土的抗渗冻融性能，有效避免混凝土出现冻胀或冻裂的现象。
本发明的第二方面提供了一种水性渗透结晶防水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速400-600r/min搅拌10-20min，然后加热至50-60℃保温1-2h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速600-800r/min搅拌5-10min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速200-300r/min搅拌8-12min，静置1-2h出料，即得到所述水性渗透结晶防水剂。
本发明采用特定成分配比和工艺相结合，可以使制备的水性渗透结晶防水剂能够直接喷涂在已经成型的混凝土表面，防水抗渗优异，耐低温好，且工艺简单、单位面积施工量为500g/m2，成本低。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过对成分配比之间的特定调控，尤其是加入特定的结晶剂和络合剂，特别是结晶剂为硅酸钠和纳米硅溶胶，络合剂为乙二胺四乙酸二钠能够使制备得到的水性渗透结晶防水剂同时具有优异的防水抗渗性、自修复性以及耐久性；
(2)本发明通过加入特定的早强剂和水化促进剂，不仅会增强混凝土的早强性能和抗裂性，而且使得到的防水剂可以使混凝土拌合物中自由水变的细小分散，加速水泥的水化作用，有利于水泥水化早期就生成较多的含水结晶产物，提高了混凝土的抗渗性；
(3)本发明通过表面活性剂和润湿剂的加入不仅会降低水的表面张力和水泥颗粒之间的界面张力，有利于由混凝土表面向内部渗透，提高防水剂的渗透深度；而且还会和该体系中防冻剂形成协同作用，共同提高混凝土的抗渗冻融性能，有效避免混凝土出现冻胀或冻裂的现象；
(4)本发明采用特定成分配比和工艺相结合，可以使制备的水性渗透结晶防水剂能够直接喷涂在已经成型的混凝土表面，防水抗渗优异，耐低温好，且工艺简单、单位面积施工量为500g/m2，成本低。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种水性渗透结晶防水剂，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.3％、润湿剂1.2％、防冻剂0.4％、早强剂0.62％、表面活性剂0.008％、水化促进剂3.0％、缓凝剂0.4％、络合剂0.02％，余量为水。
结晶剂包括硅酸钠和纳米硅溶胶，且二者的重量比为1：2。
纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为30％，二氧化硅的粒径为10-15nm，购自山东百特新材料有限公司，型号为SS3015。
润湿剂为分子量为600的聚乙二醇；防冻剂为丙三醇；早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：7.5；表面活性剂为木质素磺酸钠；水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.25wt％；缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2.5wt％；络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
本实施例水性渗透结晶防水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速500r/min搅拌15min，然后加热至55℃保温1.5h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速700r/min搅拌8min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速250r/min搅拌10min，静置1.5h出料，即得到水性渗透结晶防水剂。
实施例2
一种水性渗透结晶防水剂，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.2％、润湿剂1％、防冻剂0.3％、早强剂0.49％、表面活性剂0.005％、水化促进剂2.8％、缓凝剂0.36％、络合剂0.1％，余量为水。
结晶剂包括硅酸钠和纳米硅溶胶，且二者的重量比为1：2。
纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为30％，二氧化硅的粒径为10-15nm，购自山东百特新材料有限公司，型号为SS3015。
润湿剂为分子量为600的聚乙二醇；防冻剂为丙三醇；早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：7.5；表面活性剂为木质素磺酸钠；水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.2wt％；缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2.4wt％；络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
本实施例水性渗透结晶防水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速400r/min搅拌20min，然后加热至60℃保温1h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速600r/min搅拌10min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速200r/min搅拌12min，静置2h出料，即得到水性渗透结晶防水剂。
实施例3
一种水性渗透结晶防水剂，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.5％、润湿剂1.4％、防冻剂0.5％、早强剂0.75％、表面活性剂0.01％、水化促进剂3.2％、缓凝剂0.45％、络合剂0.02％，余量为水。
结晶剂包括硅酸钠和纳米硅溶胶，且二者的重量比为1：2。
纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为30％，二氧化硅的粒径为10-15nm，购自山东百特新材料有限公司，型号为SS3015。
润湿剂为分子量为600的聚乙二醇；防冻剂为丙三醇；早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：7.5；表面活性剂为木质素磺酸钠；水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.3wt％；缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2.6wt％；络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
本实施例水性渗透结晶防水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速600r/min搅拌20min，然后加热至60℃保温2h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速800r/min搅拌5min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速300r/min搅拌12min，静置1h出料，即得到水性渗透结晶防水剂。
实施例4
一种水性渗透结晶防水剂，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.4％、润湿剂1.1％、防冻剂0.4％、早强剂0.55％、表面活性剂0.006％、水化促进剂2.9％、缓凝剂0.38％、络合剂0.015％，余量为水。
结晶剂包括硅酸钠和纳米硅溶胶，且二者的重量比为1：1。
纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为30％，二氧化硅的粒径为10-15nm，购自山东百特新材料有限公司，型号为SS3015。
润湿剂为分子量为600的聚乙二醇；防冻剂为丙三醇；早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：4；表面活性剂为木质素磺酸钠；水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.15wt％；缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2wt％；络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
本实施例水性渗透结晶防水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速500r/min搅拌15min，然后加热至55℃保温1.5h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速700r/min搅拌8min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速250r/min搅拌10min，静置1.5h出料，即得到水性渗透结晶防水剂。
实施例5
一种水性渗透结晶防水剂，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.4％、润湿剂1.3％、防冻剂0.4％、早强剂0.70％、表面活性剂0.01％、水化促进剂3.2％、缓凝剂0.43％、络合剂0.02％，余量为水。
结晶剂包括硅酸钠和纳米硅溶胶，且二者的重量比为1：3。
纳米硅溶胶中二氧化硅的含量为30％，二氧化硅的粒径为10-15nm，购自山东百特新材料有限公司，型号为SS3015。
润湿剂为分子量为600的聚乙二醇；防冻剂为丙三醇；早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：11；表面活性剂为木质素磺酸钠；水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.4wt％；缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的3wt％；络合剂为乙二胺四乙酸二钠。
本实施例水性渗透结晶防水剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速500r/min搅拌15min，然后加热至55℃保温1.5h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速700r/min搅拌8min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速250r/min搅拌10min，静置1.5h出料，即得到水性渗透结晶防水剂。
实施例6
本实施例提供了一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法，具体实施方式同实施例1，区别在于，结晶剂为硅酸钠。
实施例7
本实施例提供了一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法，具体实施方式同实施例1，区别在于，水化促进剂为三乙醇胺。
对比例1
本对比例提供了一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法，具体实施方式同实施例1，区别在于，原料中不加入络合剂。
对比例2
本对比例提供了一种水性渗透结晶防水剂及其制备方法，具体实施方式同实施例1，区别在于，原料中不加入表面活性剂。
性能测试
分别将实施例1-7和对比例1-2制备的防水剂按照500g/m2的用量均匀喷涂在完成8h后的混凝土结构板面，不能留下死角，喷涂结束后养护12h，分别然后进行如下性能测试：
(1)按照JC/T474-2008《砂浆、混凝土防水剂》对喷涂实施例1-7以及对比例1-2的防水剂对应得到的混凝土结构进行抗压强度比(％)、吸水量比(％)、渗透高度比(％)、收缩率比(％)检测；
(2)按照GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》，对实施例1-7以及对比例1-2防水剂的抗冻性能进行测试；
测试结果见表1。
表1
由表1中实施例1-5的数据可知，本发明的防水剂直接喷涂在已经成型的混凝土表面可以使其具有较高的各龄期抗压强度、较低的渗透高度比、吸水率以及28d收缩率比，同时冻融抗压强度损失率低，结果表明该防水剂可以赋予混凝土优异的防水抗渗性、力学性能以及抗冻开裂性，耐久性好。
实施例6相比于实施例1改变了结晶剂的种类，数据表明对混凝土的早期强度无明显影响，但导致28d抗压强度明显降低，同时渗透高度比、吸水率、28d收缩率比以及冻融抗压强度损失率都出现一定程度的升高，说明对混凝土后期力学强度、防水抗渗性以及抗冻性都将产生不同的负面影响；实施例7相比于实施例1改变了水化促进剂的种类，导致防水抗渗性变差，而对其他性能基本无影响。对比例1相比于实施例1中的防水剂未加入络合剂，结果表明对混凝土的力学性能和抗冻开裂性无影响，但导致防水抗渗性明显变差；对比例2中未加入表面活性剂，对力学性能无影响，但会导致防水抗渗性略微变差、抗冻开裂性明显变差。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，按照重量百分比计，包括以下组分的原料：结晶剂0.2-0.5%、润湿剂1-1.4%、防冻剂0.3-0.5%、早强剂0.49-0.75%、表面活性剂0.005-0.01%、水化促进剂2.8-3.2%、缓凝剂0.36-0.45%、络合剂0.01-0.02%，余量为水。
2.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述结晶剂包括硅酸钠和/或纳米硅溶胶。
3.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述润湿剂为分子量为400-800的聚乙二醇。
4.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述防冻剂为丙三醇或乙二醇。
5.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述早强剂为甲酸钠和乙酸钠，二者的重量比为1：（4-11）。
6.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述表面活性剂为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。
7.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述水化促进剂包括三乙醇胺和二乙醇单异丙醇胺，所述二乙醇单异丙醇胺的加入量为所述三乙醇胺的0.15-0.4wt%。
8.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述缓凝剂为葡萄糖酸钠和富马酸，所述富马酸的加入量为所述葡萄糖酸钠的2-3wt%。
9.根据权利要求1所述的一种水性渗透结晶防水剂，其特征在于，所述络合剂为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸二钾。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的水性渗透结晶防水剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将结晶剂加入到水中，以转速400-600r/min搅拌10-20min，然后加热至50-60℃保温1-2h，接着冷却至室温，得到混合溶液A；
S2、在所述混合溶液A中加入表面活性剂、润湿剂、防冻剂、缓凝剂以及络合剂，以转速600-800r/min搅拌5-10min，得到混合溶液B；
S3、在所述混合溶液B中加入早强剂、减水剂以及水化促进剂，以转速200-300r/min搅拌8-12min，静置1-2h出料，即得到所述水性渗透结晶防水剂。
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