一种双组份复合型地坪硬化材料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体的说，是一种双组份复合型地坪硬化材料及其制备方法。

背景技术

针对当前基础设施中工业厂房、地下车库地坪表面出现的风化、起尘、起砂、起皮、返潮等现象，造成耐磨性差，使用寿命短、防滑性差等问题，近些年来已有许多学者开发出了专门用于混凝土地面的硬化剂，可大幅提高其使用寿命。但随着人们生活质量的提升，对地坪性能的需求逐步提高，如车库、厂房地坪的防滑性能，尤其是公共场所地坪的防滑性直接危及到人的生命安全，日益受到大家重视；如CN200910055825和CN201110083155.2等公开了皆以锂基盐(硅酸锂)为主要成分，再添加氟硅酸镁、硅烷乳液等增加混凝土的密实度、光泽度等性能；但其有效成分含量较低，单次施工所带来的混凝土性能提升少，且防滑性提升不明显。

目前大多数使用的防滑手段是在地坪结构上增加防滑层来达到，如CN201820484044.X是通过留出孔隙向上送风达到防潮、增大摩擦的；近几年也有人试图通过从结构上改善地坪防滑性的，如CN110527327.A是在溶液中通过添加亲水性颗粒以吸附更多空气中的水分，使得地坪表面更加干燥来达到防滑效果的。但此方法仅能改善空气湿度大的时候地面的防滑性，未能从根源上解决地坪表面本身的防滑性问题，如在地面有积水的情况下或者不是防潮季的时候地面的防滑性能没有的到保障。此外，上述产品中都是以单一组份提升地面性能为主，较少见以双组份配合使用，协同增强基面防滑、防潮性的产品。

随着人们对健康安全的重视程度日益增加，在提升地面传统性能的同时，彻底解决其防滑性、抗渗性等问题已经迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种双组份复合型地坪硬化材料及其制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种双组份复合型地坪硬化材料，该地坪硬化材料包括混合溶液形式的A、B两种组份，其中：A组份溶液包括：甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液20～50％、纳米二氧化硅溶胶15～45％、盐酸溶液1～5％，表面活性剂0.6～1％、硅烷偶联剂0.1～0.5％；B组份溶液包括：二氧化硅溶胶5～15％、甲基硅酸钾水溶液1～5％；余量为蒸馏水，在A、B两种组份中用量相等；所述百分比均为质量占比，是指各组分在硬化剂总质量中的百分占比；所述甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的浓度为0.15～0.8mol/l，纳米二氧化硅溶胶的固含量为15％～35％；盐酸溶液的浓度0.1～0.8mol/l；甲基硅酸钾水溶液的浓度0.5mol/l。

作为优选方案，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)、聚乙二醇2000(PEG2000)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或几种组合。

作为优选方案，所述硅烷偶联剂是3-脲丙基三甲氧基硅烷(KH592)、正硅酸乙酯、r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺中的一种或几种组合。

作为优选方案，所述二氧化硅溶胶中，固体颗粒的平均粒径为15nm。

本发明进一步提供了前述双组份复合型地坪硬化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按所述质量配比关系和浓度要求，称量或配制各原料组分，备用；

(2)在反应容器中称取一半用量的蒸馏水，加入甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，进行搅拌；以盐酸溶液调节pH值至3～6后，依次加入纳米二氧化硅溶胶、硅烷偶联剂和表面活性剂；在45～80℃水浴温度下搅拌均匀，获得A组份溶液；降温至室温，备用；

(3)在另一个反应容器中依次加入纳米二氧化硅溶胶和甲基硅酸钾水溶液，再加入剩余的蒸馏水，在25～40℃条件下搅拌均匀，获得B组份溶液，备用。

作为优选方案，所述步骤(2)中，搅拌速度为300～1000rmp，搅拌时间为15～65min。

作为优选方案，所述步骤(3)中，搅拌速度为150～300rmp，搅拌时间为30～60min。

本发明还提供了前述双组份复合型地坪硬化材料的使用方法，包括以下步骤：

(1)采用地坪研磨设备对混凝土地面表层进行研磨处理，清水冲洗后晾干；

(2)将A组分溶液喷涂或滚涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，以表面有少量集料作为用量适当的判断依据；

(3)待A组分溶液渗透并与混凝土反应完成6h；将B组分溶液均匀地喷涂至地面上，并在30min内保持充分湿润，反应24h；

然后采用研磨设备以0.1～1min/m的推进速度，对已喷涂过B组分溶液的地面进行研磨至1000目，清水冲洗后晾干；

(4)再以A组分溶液喷涂或滚涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，保持表面充分浸润；反应4h后，用抛光机进行最后的研磨抛光处理。

作为优选方案，所述A组份溶液用量为0.5kg/m

作为优选方案，所述步骤(3)中，所述保持充分湿润是指以喷涂或滚涂方式持续补充适量的B组分溶液至基面。

本发明的实现原理：

本发明双组份复合型地坪硬化材料的主要成分是甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液和纳米二氧化硅溶胶，能基于硅醇盐溶液水解后形成的纳米硬化剂，是一种优异的有机无机复合型地坪硬化材料。通过渗透至混凝土基材内部并与之发生化学反应，从而填补、密封成膜封堵混凝土中的孔隙，能有效提高地面硬度、耐磨性、抗渗性等。

本发明的核心创新之处是，进一步采用甲基硅酸钾与纳米二氧化硅组成的混合溶液，在经过地面硬度、耐磨性和抗渗性后的基面上进行反应。一方面在甲基硅酸钾的作用下使其在混凝土孔隙内部及其表面形成一层憎水膜层，使得空气中的大部分水分无法聚集在基材表面，从而起到防滑、抗渗、防潮的作用。另一方面，再次使用纳米二氧化硅溶液既能进一步填补密封基材孔洞，使得基材更加密实；又因其为纳米级颗粒，能吸收基材周围水分并将其密封在基材内部，从而使得混凝土基面表层即使在返潮的夏季也能保持表面的干燥，进一步实现其防滑、防潮的功能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明利用了各添加成分的特性及反应原理，从而开发出双组份复合型地坪硬化材料；一方面通过渗透反应法引入防滑性材料使其与地坪形成整体达到防滑目的，另一方面通过双组份设计从分析结构上进一步加强防滑的效果，同时亦可降低空气及地坪表面的含水率。

(2)本发明中添加的有机甲基三甲氧基硅烷溶液水解形成预聚体后在与混凝土发生不可逆化学反应后填充密实并成膜封堵了部分混凝土基材孔洞，同时无机纳米二氧化硅溶胶颗粒进一步填补了细小孔洞。形成了有机无机复合网络状空间填补链条，从根本上提高了混凝土耐磨度、硬度及使用寿命；此外，添加的甲基硅酸钾与纳米二氧化硅组成的混合溶液，一方面在甲基硅酸钾的作用下使其在混凝土表面形成一层憎水膜或抗渗膜层，因表面润湿角太大，使得空气中的水分无法在基材表面平铺开来，因此基材表面保持干燥，摩擦系数增大，从而起到防滑、防潮、抗渗的作用；另一方面，纳米二氧化硅溶液既能进一步填补密封基材孔洞，使得基材更加密实，又因其为纳米级颗粒，能吸收基材周围水分并将其密封在基材内部，从而使得混凝土基面表层即使在返潮的夏季也能保持表面的干燥，实现其防滑、防潮的功能；这一技术优势明显优于现有产品；

(3)采用双组份设计，一方面通过控制反应先后顺序，调整了纳米二氧化硅颗粒溶胶颗粒粒径的大小比例与数量，使其在使用时能交错分布在混凝土地面中的孔隙里，充分填充并密实孔洞；另一方面，反应中添加的盐酸溶液调节了甲基三甲氧基硅烷水解后的产物，调节混凝土的酸碱环境，使得混凝土基材的硬度、耐磨性能在短时间内显著提高，从而使用寿命更加长久；

(4)本发明采用的是双组份设计，即使用实施两步反应法，充分利用了两组分间的反应间隔时间增强强化、酸碱平衡硬化及粒径差异优化分布渗透等综合作用达到混凝土基材表面的防滑、防潮的综合效果；

(5)本发明是双组份复合型地坪硬化材料产品，其制备工艺简单，对环境无污染，且原料简单，成本低，可直接大面积滚涂或喷涂至混凝土表面进行施工，特别适合大规模工业化生产。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。

本发明所述双组份复合型地坪硬化材料，包括混合溶液形式的A、B两种组份：

A组份溶液包括：甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液20～50％、纳米二氧化硅溶胶15～45％、盐酸溶液1～5％，表面活性剂0.6～1％、硅烷偶联剂0.1～0.5％；B组份溶液包括：二氧化硅溶胶5～15％、甲基硅酸钾水溶液1～5％；余量为蒸馏水，且在A、B两种组份中用量相等；所述百分比均为质量占比，是指各组分在硬化剂总质量中的百分占比；所述甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液的浓度为0.15～0.8mol/l，纳米二氧化硅溶胶的固含量为15％～35％，平均粒径为15nm；盐酸溶液的浓度0.1～0.8mol/l；甲基硅酸钾水溶液的浓度0.5mol/l。

所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)、聚乙二醇2000(PEG 2000)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的一种或几种组合。

所述硅烷偶联剂是3-脲丙基三甲氧基硅烷(KH592)、正硅酸乙酯、r-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或双-(三乙氧基甲硅烷基丙基)胺中的一种或几种组合。

该双组份复合型地坪硬化材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)按所述质量配比关系和浓度要求，称量或配制各原料组分，备用；

(2)在反应容器中称取一半用量的蒸馏水，加入甲基三甲氧基硅烷的乙醇溶液，进行搅拌；以盐酸溶液调节pH值至3～6后，依次加入纳米二氧化硅溶胶、硅烷偶联剂和表面活性剂；在45～80℃水浴温度下、以300～1000rmp速度搅拌15～65min。获得A组份溶液，降温至室温备用；

(3)在另一个反应容器中依次加入纳米二氧化硅溶胶和甲基硅酸钾水溶液，再加入剩余的蒸馏水，在25～40℃条件下、以150～300rmp速度搅拌30～60min，获得B组份溶液，备用。

各实施例中的试验数据见下表1(表中所述百分比均为质量占比)：

表1

本发明所述双组份复合型地坪硬化材料的使用方法：

(1)采用地坪研磨设备对混凝土地面表层进行研磨处理，清水冲洗后晾干；

(2)将A组分溶液喷涂或滚涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，以表面有少量集料作为用量适当的判断依据；

(3)待A组分溶液渗透并与混凝土反应完成6h；将B组分溶液均匀地喷涂至地面上，并以喷涂或滚涂方式持续补充适量的B组分溶液至基面，使其在30min内保持充分湿润，反应24h；然后采用研磨设备以0.1～1min/m的推进速度，对已喷涂过B组分溶液的地面进行研磨至1000目，清水冲洗后晾干；

(4)再以A组分溶液喷涂或滚涂至地面上，用拖布来回涂布均匀，保持表面充分浸润；反应4h后，用抛光机进行最后的研磨抛光处理。

整个使用过程中，A组份溶液用量为0.5kg/m

在已使用A、B两组分溶液的基础上，步骤(4)中再次重复使用A组分溶液的目的是：一方面进一步加强反应填充经研磨后的地面孔洞等，另一方面是与表面残余的B组分溶液进行反应再次增硬地坪表面。

技术效果验证：

以市售的以硅酸锂为主要硬化剂成分的地坪涂料产品(未使用甲基硅酸钾及纳米二氧化硅的混合溶液)作为现有技术，按相同方式进行地面处理。经本发明实施例6的产品和现有技术产品施工处理后的地面具体参数如下表2。其中，摩擦系数、莫氏硬度等数据均由业内通用的摩擦系数测定仪、含水率仪器及莫氏硬度刀按相关标准程序进行测定。

表2

与现有技术的市售产品相比，性能结果中湿摩擦系数由0.35增加到0.55，同等条件下基面的含水率也下降了，莫氏硬度由7提高到8。由此可知，添加甲基硅酸钾及纳米二氧化硅的混合溶液后，混凝土基面摩擦系数、硬度、防潮性等大幅提升。