一种水泥基渗透结晶型防水涂料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，更具体的涉及一种水泥基渗透结晶型防水涂料及其制备方法和应用。

背景技术

混凝土材料是脆性材料，具有高强耐压性，但极易开裂。结构开裂使得侵蚀物质进入混凝土内部，导致混凝土碳化收缩、钢筋锈蚀和水化产物溶解流失等问题，严重影响混凝土耐久性。通过给混凝土外部铺贴防水材料的方法，可以一定程度上提升混凝土的防水性，但其老化破损在所难免，这意味着高昂的修复费用，也无法保证此类防水材料的防水可靠性。水泥基渗透结晶型防水材料可以有效的解决这一问题。水泥基渗透结晶型防水涂料是以无机胶凝材料为主要成分，并掺有活性化学物质和一定量的混合材，与水混合搅拌均匀后涂刷或喷涂在基材表面的浆体材料，也可直接以干粉料的形式压在水泥混凝土表面。作用的机理也是通过渗透结晶的作用产生防水效果。

水泥基渗透结晶型防水材料具有防渗能力好、施工简单、永久性防水等优点，具有广阔的发展前景。近年来，水泥基渗透结晶型防水材料在我国地铁工程、地下工程、隧道、污水处理池、桥面、核电站、水利工程等各个工程领域得到了应用，并取得了显著的防水效果。

目前，对这类材料的研究主要还是集中在简单的性能研究和施工方法上。且现有的防水涂料存在防水性能效果差、成本高的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料及其制备方法和应用，本发明采用低成本原材料，调节各组分配比，使其达到最佳利用率，制备得到防水性能好的水泥基渗透结晶型防水涂料。

本发明的第一个目的是提供一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.29％-61.91％、缓凝剂0.03％-0.18％、氯化钙0.33％-1.32％、减水剂0.15％-0.76％、硅酸钠1.99％-2.01％％、碳酸钠1.32％-1.34％、EDTA0.33％、柠檬酸钠0.2％，其余为石英砂。

优选的，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.70％、缓凝剂0.10％、氯化钙0.67％、减水剂0.33％、硅酸钠2％、碳酸钠1.33％、EDTA0.33％、柠檬酸钠0.20％。

优选的，减水剂为聚羧酸减水剂，其余为石英砂。

本发明的第二个目的是提供上述水泥基渗透结晶型防水涂料的制备方法，按以下组分称取各原料：水泥61.29％-61.91％、缓凝剂0.03％-0.18％、氯化钙0.33％-1.32％、减水剂0.15％-0.76％、硅酸钠1.99％-2.01％％、碳酸钠1.32％-1.34％、EDTA0.33％、柠檬酸钠0.2％，其余为石英砂；

将水泥、缓凝剂、氯化钙、减水剂、硅酸钠、碳酸钠、EDTA、柠檬酸钠、石英砂混合得到水泥基渗透结晶型防水涂料。

本发明的第三个目的是提供上述水泥基渗透结晶型防水涂料在混凝土基层中的应用，将水泥基渗透结晶型防水涂料与水混合后在混凝土基层表面进行涂覆；涂层终凝后进行养护。

优选的，涂覆时间为1-30min。

优选的，水泥基渗透结晶型防水涂料与水的质量比为3-3.5:1。

优选的，水泥基渗透结晶型防水涂料的使用量为1.5-1.7kg/m

优选的，终凝时间为391-709min。

优选的，养护时间≥72h。

现有技术的两种作用机理(沉淀反应结晶原理和络合沉淀反应结晶原理)不能对渗透结晶型材料的防水抗渗作用效果做出全面、合理、整体性的解答，通过对本发明防水机理的分析和讨论，本发明提供的水泥基渗透结晶型防水涂料的防水机理可归纳为一种全面合理的材料反应作用机理理论，称之为催化-结晶沉淀反应机理，具体内容是：

(1)以水为介质渗透进入结构内，与CaO等物质反应生成不溶于水的结晶体，堵塞缝隙。这种结晶反应持续的时间较长，结晶体有一个逐渐生长、增多的过程，为材料的防水效果提供持久性；

(2)可有效促进结构内的钙离子与硅酸根等阴离子团反应生成结晶物，由于催化剂的作用使得此化学反应速度较快，为材料前期防水提供支持作用；

(3)溶于水的水化反应催化剂进入结构内，促使未水化的水泥继续水化，同时当此类活性物质存在于浆液中时，可以充分的促进和提升浆液中水泥水化反应的数量，使浆液固结体结构更加密实，提升结石率抗压和防渗能力。具体反应机理图如图1所示。

由此可见，本发明通过催化-结晶沉淀反应机理合理解释了水泥基渗透结晶型防水涂料在对结构传统防水的基础上，还具备着永久性防水和微修复混凝土的作用效果与原因。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明制备的水泥基渗透结晶型防水涂料适宜在潮湿基面上施工，还能在渗水的情况下施工。

(2)本发明制备的水泥基渗透结晶型防水涂料能长期抗渗及耐受强水压，属无机材料不存在老化问题，与混凝土同寿命。

(3)本发明制备的水泥基渗透结晶型防水涂料具有超强的渗透能力、在混凝土内部渗透结晶，不易被破坏、具有超凡的自我修复能力，可修复小于0.4mm的裂缝。

(4)本发明制备的水泥基渗透结晶型防水涂料能防止冻融循环、抑制碱骨料反应，防止化学腐蚀对混凝土结构的破坏，对钢筋起保护作用但对混凝土无破坏膨胀作用。

(5)本发明使用无水氯化钙(CaCl

(6)凝结时间对涂料的刷涂性能及粘结性能有明显的影响，结合标准要求，在尽可能小的掺量下，选用H

(7)根据实际应用要求，在满足流动度、较小掺量的前提下，确定聚羧酸减水剂的掺量为涂料质量的0.5％，可以提高涂料表面抵御外界侵蚀的能力与结构的耐久性，避免超掺会带来大量泌水、修复能力降低等问题。

附图说明

图1为本发明制备的水泥基渗透结晶型防水涂料的反应机理图；

图2为不同CaCl

图3为不同减水剂掺量下水泥基渗透结晶型防水涂料的流动度；

图4为不同缓凝剂掺量下水泥基渗透结晶型防水涂料的初凝时间；

图5为不同缓凝剂掺量下水泥基渗透结晶型防水涂料的终凝时间。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对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。

本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂如没有特殊说明，均为市售试剂和原料。本发明各实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。另外，需要说明的是，本发明所用水泥为硅酸盐水泥，规格为P.O 42.5；石英砂为70-110目；减水剂为聚羧酸减水剂，其表现密度为550-650G/L，活性成分≥99％，pH值(10％水溶液)为7.0-8.0；三种缓凝剂分别购于运城天明新材料科技有限公司(品牌：久质，记为H

硅酸钠分子式为Na

需要提醒的是，下述实施例中，由于原料在具体称取过程或者搅拌过程中存在操作误差，使得相关数据存在一定的误差范围。

本发明以硅酸钠、碳酸钠、EDTA、无水氯化钙、柠檬酸钠、聚羧酸减水剂作为母料进行使用。以母料、水泥、石英砂为原料制备水泥基渗透结晶型防水涂料。

实施例1

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.70％、石英砂33.33％、H

在称取时，原料总量为600g，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

此实施例中，氯化钙在水泥中的占比为1％。

减水剂在水泥中的占比为0.5％。

缓凝剂在水泥中的占比为0.15％。

实施例2

与实施例1的区别仅在于氯化钙在水泥中的占比为0.5％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.91％、石英砂33.44％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例3

与实施例1的区别仅在于氯化钙在水泥中的占比为1.5％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.54％、石英砂33.24％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例4

与实施例的区别仅在于氯化钙在水泥中的占比为2％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.29％、石英砂33.11％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例5

与实施例1的区别仅在于减水剂在水泥中的占比为0.25％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.81％、石英砂33.39％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例6

与实施例1的区别仅在于减水剂在水泥中的占比为0.75％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.62％、石英砂33.29％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例7

与实施例1的区别仅在于减水剂在水泥中的占比为1.00％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.53％、石英砂33.24％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例8

与实施例1的区别仅在于减水剂在水泥中的占比为1.25％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.43％、石英砂33.19％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例9

与实施例1的区别仅在于缓凝剂在水泥中的占比为0.05％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.74％、石英砂33.36％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例10

与实施例1的区别仅在于缓凝剂在水泥中的占比为0.10％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.72％、石英砂33.35％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例11

与实施例1的区别仅在于缓凝剂在水泥中的占比为0.20％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.69％、石英砂33.33％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例12

与实施例1的区别仅在于缓凝剂在水泥中的占比为0.25％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.67％、石英砂33.32％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例13

与实施例1的区别仅在于缓凝剂在水泥中的占比为0.30％。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.65％、石英砂33.31％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

实施例14

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.70％、石英砂33.33％、H

在称取时，原料总量为800g，各组分的称取量为：水泥493.6g、石英砂266.64g、H

称取的原料混合均匀后得到防水涂料，防水涂料的使用方法为：

(1)对混凝土基层表面应进行处理：基层表面的蜂窝、孔洞、缝隙等缺陷，应进行修补，应清除浮浆、浮灰、油垢和污渍等；混凝土基体应充分湿润，但基层表面不得有明水。

(2)水泥基渗透结晶型防水涂料施工前应根据设计要求，确定防水面积及材料用量，浆液的用量为1.7kg/m

(3)水泥基渗透结晶型防水涂料应按防水涂料与水的质量比为3.5:1的配合比控制用水量。配置好的材料应色泽均匀，无结块、无粉团。

(4)宜用滚刷或者毛刷多遍涂刷，应交替改变涂刷方向，宜涂刷2～3遍。

(5)拌制好的水泥基渗透结晶型防水涂料，从加水时起计算，材料宜30min内用完。在施工过程中，应不时地搅拌混合料，不得向已经混合好的浆料中另外注水。

(6)涂层终凝后，应及时进行喷雾干湿交替养护，养护时间为28天，不得采用蓄水或浇水养护。

实施例15

本实施例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.70％、石英砂33.33％、H

在称取时，原料总量为1000g，各组分的称取量为：水泥617g、石英砂333.3g、H2缓凝剂1g、氯化钙6.7g、减水剂3.3g、硅酸钠20g、碳酸钠13.3g、EDTA3.3g、柠檬酸钠2g。

称取的原料混合均匀后得到防水涂料，防水涂料的使用方法为：

(1)对混凝土基层表面应进行处理：基层表面的蜂窝、孔洞、缝隙等缺陷，应进行修补，应清除浮浆、浮灰、油垢和污渍等；混凝土基体应充分湿润，但基层表面不得有明水。

(2)水泥基渗透结晶型防水涂料施工前应根据设计要求，确定防水面积及材料用量，浆液的用量为1.6kg/m

(3)水泥基渗透结晶型防水涂料应按防水涂料与水的质量比为3.3:1的配合比控制用水量。配置好的材料应色泽均匀，无结块、无粉团。

(4)宜用滚刷或者毛刷多遍涂刷，应交替改变涂刷方向，宜涂刷2～3遍。

(5)拌制好的水泥基渗透结晶型防水涂料，从加水时起计算，材料宜30min内用完。在施工过程中，应不时地搅拌混合料，不得向已经混合好的浆料中另外注水。

(6)涂层终凝后，应及时进行喷雾干湿交替养护，养护时间为28天，不得采用蓄水或浇水养护。

对比例1

与实施例1的区别仅在于，不添加氯化钙，其他原料的称取量与实施例1相同。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本对比例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥62.11％、石英砂33.56％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

对比例2

与实施例1的区别仅在于，不添加减水剂，其他原料的称取量与实施例1相同。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本对比例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.90％、石英砂33.44％、H

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、H

对比例3

与实施例1的区别仅在于，不添加缓凝剂，其他原料的称取量与实施例1相同。各组分的百分比以及称取量具体如下所示：

本对比例提供了一种水泥基渗透结晶型防水涂料，由以下重量百分比的组分组成：水泥61.76％、石英砂33.37％、氯化钙0.67％、减水剂0.33％、硅酸钠2％、碳酸钠1.33％、EDTA0.33％、柠檬酸钠0.20％。

在称取时，各组分的称取量为：水泥370.2g、石英砂200g、氯化钙4g、减水剂2g、硅酸钠12g、碳酸钠8g、EDTA2g、柠檬酸钠1.2g。

按照上述实施例1-实施例13和对比例1-对比例3称取的原料混合均匀后得到防水涂料，将防水涂料与水按照质量比为3:1混合均匀后得到浆液进行后续使用；

上述实施例1-实施例13和对比例1-对比例3中所述水泥基渗透结晶型防水涂料使用方法如下：

(1)对混凝土基层表面应进行处理：基层表面的蜂窝、孔洞、缝隙等缺陷，应进行修补，应清除浮浆、浮灰、油垢和污渍等；混凝土基体应充分湿润，但基层表面不得有明水。

(2)水泥基渗透结晶型防水涂料施工前应根据设计要求，确定防水面积及材料用量，浆液的用量为1.5kg/m

(3)水泥基渗透结晶型防水涂料应按防水涂料与水的质量比为3:1的配合比控制用水量。配置好的材料应色泽均匀，无结块、无粉团。

(4)宜用滚刷或者毛刷多遍涂刷，应交替改变涂刷方向，宜涂刷2～3遍。

(5)拌制好的水泥基渗透结晶型防水涂料，从加水时起计算，材料宜30min内用完。在施工过程中，应不时地搅拌混合料，不得向已经混合好的浆料中另外注水。

(6)涂层终凝后，应及时进行喷雾干湿交替养护，养护时间为28天，不得采用蓄水或浇水养护。

实施例1-实施例4中CaCl

根据实际应用要求，涂料的流动度应达到140-150mm，超掺会导致大量泌水、修复能力降低等问题，降低涂料表面抵御外界侵蚀的能力，严重影响结构的耐久性，实施例1、实施例5-8中减水剂占水泥的比例分别为0.5％、0.25％、0.75％、1.00％和1.25％，由图3可以看出，故选择满足流动度前提下较小的掺量，最终确定聚羚酸减水剂的掺量为水泥质量的0.5％。

实施例1、实施例9-13中缓凝剂占水泥的比例分别为0.15％、0.05％、0.10％、0.20％、0.25％和0.30％。

另外，分别采用缓凝剂H

研究了三种市售缓凝剂H

将实施例1制备的水泥基渗透结晶型防水涂料进行测试，测试结果如表1所示。

表1实施例1制备的水泥基渗透结晶型防水涂料的性能测试结果

由表1可以看出，实施例1中，按照水泥和母料：石英砂的质量比为2:1制备得到水泥基渗透结晶型防水涂料，制备得到的防水涂料各项性能均符合国标GB18445-2012《水泥基渗透结晶型防水材料》中对水泥基渗透结晶型防水涂料的要求。

本发明制备的水泥基渗透结晶型防水材料可有效解决结构渗水问题，降低结构体后期巨大的维修投入，保证结构体的安全使用。将其喷涂到混凝土表面，提高衬砌混凝土的抗渗能力，实现隧道有效防水。本发明提供的水泥基渗透结晶型防水材料，不仅能够获得显著的经济效益，而且有助于提高自身技术水平、明确作用机理、推动这类材料的发展，对提高国内防水工程的质量具有重大的意义。

需要说明的是，本发明权利要求书中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。