一种防水抗渗型修补砂浆及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种防水抗渗型修补砂浆及其制备方法。

背景技术

混凝土是当今使用最多的建筑结构材料，由于混凝土结构设计不合理、施工缺陷、环境侵蚀、维护不当等原因及其自身的老化，混凝土在工程应用中不可避免地产生开裂和损坏。混凝土的开裂和损坏将严重影响混凝土结构的正常使用，如若不进行修补，将带来很大的安全隐患和经济损失。

现有的修补材料包括了传统的无机修补材料如普通硅酸盐水泥修补砂浆、聚合物修补材料以及聚合物改性修补材料，如申请号为CN201010265386.0的专利文件所公开的聚合物水泥基混凝土结构防水防腐修补砂浆，以及如申请号为CN201610250722.1的专利文件所公开的一种防水型柔性水泥基干混罩面修补砂浆等。

由于普通水泥基修补砂浆是典型的脆性材料，其呈现多孔疏松结构，其抗渗性能差、界面粘结强度低、抗冻融性能差、耐腐蚀性能差等，特别是其抗渗透性能极差和存在脆性过大的缺陷，压折比较高而形变协调能力很差。而有机修补材料以各种聚合物作为胶结料，虽具有粘结强度高、养护时间短、耐久性好等优点，但与水泥基材相容性不好且成本高。

因此，迫切需要提供一种具有防水性好，抗渗透能力优良，拉伸粘结强度高，保水性能好的防水抗渗型修补砂浆。

发明内容

为解决背景技术中提到的现有水泥基修补砂浆相容性不好、容易渗水的问题，本发明提供了一种防水抗渗型修补砂浆，其中，原料包括普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、石膏、石英砂、二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料、可再分散乳胶粉、保水增稠材料、碳酸锂和减水剂；

所述二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料为将二氧化硅基的聚合物基网络聚合物加入至有机硅憎水剂与分散剂混合的水溶液中，经过滤、干燥制得；

所述二氧化硅基的聚合物基网络聚合物由水包油乳液和预水解物混合并调节pH值至2.0～4.0，于40～95℃搅拌反应后经洗涤干燥后得到，其中，所述水包油乳液为将表面活性剂和脲醛树脂在40～100℃下搅拌混匀后滴加水制得；所述预水解物为将三乙酰氧基乙基硅烷置于酸性水溶液中加热得到。

具体地，所述二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料的制备方法如下：

将表面活性剂和脲醛树脂在40～100℃下加热搅拌混合均匀，缓慢滴加蒸馏水，制得水包油乳液，表面活性剂的用量为脲醛树脂用量的5％～20％，蒸馏水用量为表面活性剂和脲醛树脂总用量的7～10倍；

将三乙酰氧基乙基硅烷置于pH为1.5～4.0的酸性水溶液中，水浴中加热直至获得透明的预水解物，酸性水溶液的用量为三乙酰氧基乙基硅烷用量的2～3倍；

将预水解物滴加到水包油乳液中，调节溶液pH值为2.0～4.0，在转速300～600rpm下，于40～95℃搅拌反应3～6h，冷却至室温，反复洗涤并干燥，得到二氧化硅基的聚合物基网络聚合物，具体可采用盐酸、醋酸或硝酸调节溶液的pH值。

将有机硅憎水剂与分散剂在水中搅拌混匀后作为核层，上述制得的二氧化硅基的聚合物基网络聚合物作为壳层，在所述核层中边搅拌边加入所述壳层，继续搅拌2～3h，经过滤，干燥，即制得所述二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料。

在一实施例中，所述表面活性剂的用量为所述脲醛树脂质量的5％～20％；所述三乙酰氧基乙基硅烷的用量为所述脲醛树脂质量的0.5～2倍。

在一实施例中，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚、聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯、烷基苯磺酸盐、烷基磺酸盐及阿拉伯树胶中的一种或多种。

在一实施例中，所述酸性水溶液为盐酸、醋酸或硝酸加入到水中调节得到。

在一实施例中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种。

在一实施例中，所述有机硅憎水剂与所述分散剂质量比为1：2～3.5。

在一实施例中，所述核层与壳层的质量比为1：2～5。

在一实施例中，按重量份计，包括普通硅酸盐水泥200～300份，快硬硫铝酸盐水泥150～250份，石膏20～50份，石英砂350～500份，二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料10～30份，可再分散乳胶粉50～100份，保水增稠材料1～3份，碳酸锂0.3～1.0份，减水剂0.5～5份。

在一实施例中，所述普通硅酸盐水泥为强度等级≥42.5的普通硅酸盐水泥。

在一实施例中，所述可再分散乳胶粉为聚乙烯醋酸乙烯酯、聚醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯、聚苯乙烯-丙烯酸酯、聚丙烯酸酯中的至少一种。

在一实施例中，所述保水增稠材料为甲基纤维素(MC)、羟乙基纤维素(HEC)、羟乙基甲基纤维素(HEMC)和羟丙基甲基纤维素(HPMC)中的至少一种。

在一实施例中，所述减水剂为减水率≥25％的粉体聚羧酸减水剂。

本发明还提供一种防水抗渗型修补砂浆的制备方法，具体为

按比例将普通硅酸盐水泥，快硬硫铝酸盐水泥，石膏，石英砂，壳核结构憎水材料，可再分散乳胶粉，保水增稠材料，碳酸锂和减水剂混合均匀，即可制得干粉状的所述防水抗渗型修补砂浆。

本发明提供的防水抗渗型修补砂浆，与现有的技术相比，具有以下技术原理和有益效果：

(1)本发明制备的二氧化硅包覆的核壳结构憎水材料，该核壳结构憎水材料的核层为有机硅憎水剂和分散剂，壳层为二氧化硅基的聚合物基网络聚合物，可大幅度降低水泥基材料的吸水率和砂浆表面及毛细管的渗透力，提高砂浆抗侵蚀能力，进而改善修补砂浆的防水性能。

(2)本发明的修补砂浆采用三元体系的胶凝材料(普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、石膏)在水化过程中生成钙钒石，由于钙钒石具有微膨胀的原理补偿了水泥本身的收缩。且采用快硬硫铝酸盐水泥和碳酸锂的结合，可调节修补砂浆的凝结时间。

(3)本发明的修补砂浆加入了可再分散乳胶粉，聚合物颗粒附着在水泥水化产物上，并填充在砂浆内部孔隙中，随着水泥水化作用和聚合物成膜的进程，水泥水化产物与聚合物形成相互交织的空间网络膜结构，对砂浆有一定的联结作用，改善了水泥水化产物与骨料间的粘结，减缓砂浆的开裂，提高了砂浆的抗裂性、韧性、抗折强度和抗渗性。

(4)本发明提供的防水抗渗型修补砂浆，具较好的防水性、抗渗透能力、拉伸粘结强度、保水性等。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

本发明还提供如下所示实施例：

实施例1

(1)制备二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料

S1：将30g烷基酚聚氧乙烯醚和150g脲醛树脂在40℃加热搅拌下混合均匀，缓慢滴加1500g蒸馏水，制得水包油乳液；

将150g三乙酰氧基乙基硅烷置于300g pH值为2.2的醋酸水溶液中，置于60℃的水浴中水解50mi n，获得透明的预水解物；

将预水解物滴加到水包油乳液中，调节溶液pH值为2.5±0.1，在转速300rpm下，于40℃搅拌反应6h，冷却至室温，反复洗涤并干燥，得到二氧化硅基的聚合物基网络聚合物。

S2：将10g有机硅憎水剂与20g十二烷基苯磺酸钠，在水中搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入60g二氧化硅基的聚合物基网络聚合物，继续搅拌2h，过滤，干燥，制得二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料。

(2)制备防水抗渗型修补砂浆

称取P.O52.5R普通硅酸盐水泥200份，快硬硫铝酸盐水泥250份，石膏20份，石英砂500份，二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料30份，聚乙烯醋酸乙烯酯50份，甲基纤维素1份，碳酸锂0.3份，粉体聚羧酸减水剂

实施例2

(1)制备二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料

S1：将30g聚氧乙烯脱水山梨醇单油酸酯和150g脲醛树脂在60℃加热搅拌下混合均匀，缓慢滴加1500g蒸馏水，制得水包油乳液；

将300g三乙酰氧基乙基硅烷置于600g pH值为2.1的盐酸水溶液中，置于60℃的水浴中水解50mi n，获得透明的预水解物；

将预水解物滴加到水包油乳液中，调节溶液pH值为3.0±0.1，在转速450rpm下，于55℃搅拌反应3h，冷却至室温，反复洗涤并干燥，得到二氧化硅基的聚合物基网络聚合物。

S2：将10g有机硅憎水剂与30g十二烷基苯磺酸钠，在水中搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入120g二氧化硅基的聚合物基网络聚合物，继续搅拌2h，过滤，干燥，制得二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料。

(2)制备防水抗渗型修补砂浆

称取P.O 52.5普通硅酸盐水泥300份，快硬硫铝酸盐水泥200份，石膏30份，石英砂450份，二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料20份，聚丙烯酸酯60份，羟乙基纤维素2份，碳酸锂0.5份，粉体聚羧酸减水剂

实施例3

(1)制备二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料

S1：将15g烷基苯磺酸盐和100g脲醛树脂在70℃加热搅拌下混合均匀，缓慢滴加1500g蒸馏水，制得水包油乳液；

将50g三乙酰氧基乙基硅烷置于150g pH值为2.1的盐酸水溶液中，置于60℃的水浴中水解50mi n，获得透明的预水解物；

将预水解物滴加到水包油乳液中，调节溶液pH值为2.0±0.1，在转速500rpm下，于60℃搅拌反应4h，冷却至室温，反复洗涤并干燥，得到二氧化硅基的聚合物基网络聚合物。

S2：将10g有机硅憎水剂与35g十二烷基硫酸钠，在水中搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入180g二氧化硅基的聚合物基网络聚合物，继续搅拌2h，过滤，干燥，制得二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料。

(2)制备防水抗渗型修补砂浆

称取P.O 42.5R普通硅酸盐水泥250份，快硬硫铝酸盐水泥250份，石膏40份，石英砂400份，二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料10份，聚醋酸乙烯-叔碳酸乙烯酯100份，羟乙基甲基纤维素3份，碳酸锂1份，粉体聚羧酸减水剂

实施例4

(1)制备二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料

S1：将5g阿拉伯树胶和100g脲醛树脂在90℃加热搅拌下混合均匀，缓慢滴加1500g蒸馏水，制得水包油乳液；

将150g三乙酰氧基乙基硅烷置于300g pH值为2.1的硝酸水溶液中，置于60℃的水浴中水解50mi n，获得透明的预水解物；

将预水解物滴加到水包油乳液中，调节溶液pH值为4.0±0.1，在转速600rpm下，于95℃搅拌反应5h，冷却至室温，反复洗涤并干燥，得到二氧化硅基的聚合物基网络聚合物。

S2：将10g有机硅憎水剂与23g十二烷基硫酸钠，在水中搅拌混合均匀，然后边搅拌边加入165g二氧化硅基的聚合物基网络聚合物，继续搅拌2h，过滤，干燥，制得二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料。

(2)制备防水抗渗型修补砂浆

称取P.O 42.5普通硅酸盐水泥280份，快硬硫铝酸盐水泥150份，石膏50份，石英砂350份，二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料10份，聚苯乙烯-丙烯酸酯70份，羟丙基甲基纤维素2份，碳酸锂0.7份，粉体聚羧酸减水剂

需要说明的是，上述实施例中的具体参数或一些试剂，为本发明构思下的具体实施例或优选实施例，而非对其限制；本领域技术人员在本发明构思及保护范围内，可以进行适应性调整。

本发明还提供如下对比例

对比例1至对比例4

分别去除实施例1至实施例4中的二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料，对应得到对比例1至对比例4。

对比例5

采用有机硅憎水剂等质量代替实施例1中的二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料，其余与实施例1保持一致。

对比例6

采用多元共聚型憎水剂来等质量代替实施例1中的二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料，其余与实施例1保持一致。

对比例7

采用P.O52.5R普通硅酸盐水泥替代实施例1中的快硬硫铝酸盐水泥和石膏，其余与实施例1保持一致。

对各实施例及对比例制备得到的砂浆依据JCT 2381-2016《修补砂浆》进行性能测试，所得结果如表1所示：

表1

从表1结果可知，采用实施例制备的防水抗渗型修补砂浆抗渗性能优异，吸水量小，强度高，与基层的粘结性能良好及干缩率低等优点。

结合对比例5和对比例6可以看出，本发明提供的二氧化硅包覆的壳核结构憎水材料，与常规的憎水剂或憎水材料相比，对成品砂浆的浸水拉伸粘结强度、防水性能和抗渗能力的提升也较为显著。

从对比例7可以看出，本发明采用普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥、石膏作为胶凝材料比单一普通硅酸盐水泥的胶凝材料可有效改善砂浆的收缩。

综上，本发明提供的防水抗渗型修补砂浆，具较好的防水性、抗渗透能力、拉伸粘结强度和抗干缩性能，有效克服现有水泥基修补砂浆相容性不好、容易渗水的缺陷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。