一种混凝土防水剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种混凝土防水剂，以及所述防水剂的制备方法。

背景技术

混泥土的耐久性不良而带来的资源浪费、经济损失和社会问题，一直以来被越来越多的人所关注。耐久性不足的原因有很多，既可能是由于所处的环境(物理、化学或力学作用)导致的，也可能是内在因素(设计施工质量、材料自身特性等)导致的。除了力学损伤，影响耐久性的因素较多与水有关，水是侵烛性介质迁移进入混凝土的载体也是材料劣化的必要条件。

尽管防水问题在工程中已经得到足够的重视，但由于普通混凝土孔隙率高、抗渗性不足、易裂化等缺陷，一些防水措施并没有达到预期的效果。这就提供一种防水效果优异的防水剂，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明提供了一种混凝土防水剂，所述防水剂采用特制的聚醚型TPU颗粒作为主要原料，配合其他组分制备成复配型混凝土防水剂，用于混凝土的制备能够提高混凝土材料的防水性能，同时能够小幅提高混凝土的力学性能。本发明还提供了所述防水剂的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种混凝土防水剂，制备所述防水剂的原料包括聚醚型TPU颗粒、碳酸钙粉末、炭黑；

其中，所述聚醚型TPU颗粒的制备方法为：在反应器中加入聚乙二醇、磷酸丁二酯、扩链剂、改性氧化铝粉末，控制反应器温度在90～120℃，开启搅拌，加入二异氰酸酯、催化剂，反应结束后出料，冷却后通过挤出机造粒，得到所述聚醚型TPU颗粒；

所述改性氧化铝粉末的制备方法为：在反应器中加入氧化铝粉末、无水乙醇、苯基三甲氧基硅烷，控制反应器温度在45～55℃，搅拌4～6小时出料，洗涤干燥后得到改性氧化铝粉末。

本发明将聚醚型TPU颗粒这种热塑性聚合物作为防水剂的主要原料，所述TPU颗粒中采用聚乙二醇作为与异氰酸酯基团反应的主要原料，能够提高TPU颗粒本身的耐水性，同时制备过程中添加了苯基三甲氧基硅烷改性的氧化铝粉末，使得氧化铝粉末能够在制备TPU颗粒的过程中能够较好分散并与TPU大分子结合；进一步促进所述TPU颗粒与混凝土中的其他原料结合性良好，能够填补混凝土中的空隙，提高抗渗性能。此外，所述防水剂本身耐水性较好，又具有一定的机械强度，能够提高混凝土材料的耐水性并小幅提高混凝土材料的力学性能。

优选地，所述聚乙二醇的数均分子量为4000～6000，优选数均分子量为4000，所述扩链剂为1,4-丁二醇，所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡。本发明所述TPU指的是热塑性聚氨酯，通常制备TPU的方法、工艺、原料均可参考本领域公知技术，但是本发明通过大量实验发现，选择聚乙二醇作为原料制备TPU，配合所述制备方法中的其他组分，用于混凝土中能够提高混凝土的防水性能，其他种类的原料并不能够起到本发明所述的有益效果。

优选地，所述改性氧化铝粉末的制备方法中，以下列各组分之间的相对质量份计：

所述氧化铝粉末的用量为40～50质量份；

所述无水乙醇的用量为70～90质量份；

所述苯基三甲氧基硅烷的用量为10～12质量份。

优选地，所述聚醚型TPU颗粒的制备方法中，以下列各组分之间的相对质量份计：

所述聚乙二醇的用量为320～400质量份；

所述磷酸丁二酯的用量为8～10质量份；

所述扩链剂的用量为5～8质量份；

所述改性氧化铝粉末的用量为10～15质量份；

所述二异氰酸酯的用量为25～30质量份；

所述催化剂的用量为0.3～0.8质量份。

优选地，所述聚醚型TPU颗粒的粒径在0.1～1mm，优选为0.5mm。所述TPU颗粒的粒径是通过挤出造粒过程中控制设备的切粒参数来控制粒径，所制备颗粒的粒径与设备设置的粒径相比会有±0.2mm的误差，不影响本发明的实施。本发明所限定的颗粒粒径指的是设备可以控制的参数。

优选地，以下列各组分之间的相对质量份计：

所述聚醚型TPU颗粒的用量为70～80质量份；

所述碳酸钙粉末的用量为5～10质量份；

所述炭黑的用量为2～5质量份。

本发明选择添加少量碳酸钙粉末和炭黑与所述TPU颗粒共同制备防水剂，能够增加TPU颗粒与混凝土中其他材料的混合性，还能够填补一些混凝土材料中更小的空隙，有利于进一步提高混凝土的防水性能。

一种所述防水剂的制备方法，步骤包括，将所述聚醚型TPU颗粒、碳酸钙粉末、炭黑加入高速搅拌机中混合均匀后得到。

所述防水剂应用于混凝土的方法，是本领域熟知的内容，通常用量为混凝土总质量的5～10％。常见的混凝土配方例如包含硅酸盐水泥、粗骨料、细骨料、水、聚羧酸减水剂、防水剂等。

需要说明的是，所述材料除按照本发明限定的原料种类和用量制备，其中未做说明的具体方法、工艺、设备、参数等，均属于本领域的公知技术，本发明亦可按照已经公开的技术方案进行制备，不影响本发明的实施。

本发明未做说明的化学物质，均可采用市售商品或者通过常规技术方案并采用常规技术参数制备得到，不影响本发明的实施。

本发明具有以下有益效果：本发明采用特制的聚醚型TPU颗粒作为防水剂的主要原料，由于其本身具有较好的耐水性和一定的机械强度，配合碳酸钙粉末和炭黑使用，能够提高混凝土材料的防水性、耐水性，并小幅提高混凝土的力学性能。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步说明本发明。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例和对比例所用原料如下：

六亚甲基二异氰酸酯，巴斯夫公司；

聚乙二醇，数均分子量4000，巴斯夫公司；

聚己二酸丁二醇酯，数均分子量4000，巴斯夫公司；

氧化铝粉末，拓锐精细研磨材料公司；

碳酸钙粉末，鑫峰矿业公司；

炭黑，万化天合新材料公司；

普通硅酸盐水泥，唐山奥顺公司；

粗骨料，成分为天然石料，廊坊松兴公司；

天然河沙，廊坊松兴公司；

聚羧酸盐减水剂，亨创化工。

改性氧化铝粉末1、改性氧化铝粉末2、对比改性氧化铝粉末的制备方法为，按照表1所列各组分种类和用量：在反应器中加入氧化铝粉末、无水乙醇、苯基三甲氧基硅烷(对比改性氧化铝粉末中为甲基三甲氧基硅烷)，控制反应器温度在50℃，搅拌6小时出料，无水乙醇洗涤干燥后得到相应氧化铝粉末。

表1制备改性氧化铝粉末的原料种类和用量(质量份)

TPU颗粒1、2、对比TPU颗粒1～4的制备方法为，按照表2所列各组分种类和用量：在反应器中加入聚乙二醇(对比TPU颗粒1中为聚己二酸丁二醇酯)、磷酸丁二酯、1,4-丁二醇、氧化铝粉末(如有)，控制反应器温度在95℃，开启搅拌，加入六亚甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡，反应结束后出料，冷却后通过挤出机造粒，切粒设备切粒粒径设置为0.5mm，得到相应TPU颗粒。

表2制备TPU颗粒的原料种类和用量(质量份)

实施例和对比例防水剂样品的制备方法为，按照表3所列各组分种类和用量：将TPU颗粒、碳酸钙粉末、炭黑加入高速搅拌机中混合均匀后得到相应样品。

表3制备实施例和对比例样品的原料种类和用量(质量份)

实施例和对比例测试样品的制备方法为：将30质量份的普通硅酸盐水泥、60质量份的粗骨料、30质量份的天然河沙、16质量份的实施例或对比例防水剂样品混合均匀，然后加入40质量份的水和5质量份的聚羧酸盐减水剂混合均匀后在模具中浇注成型，固化24小时后拆模，将预制品至于50℃下放置3小时，取出的预制品经养护28天后得到待测试样品，测试样品为边长100mm的立方体。

对实施例和对比例的测试样品进行力学性能测试，包括抗压测试和劈拉强度测试，测试标准为GB50081-2002；对测试样品进行抗渗性能的测试标准为GB/T50082-2009。

对实施例和对比例测试样品进行耐水性测试：将测试样品浸泡在水中，温度控制在50℃，放置30天后取出样品，按照前述测试标准测试浸泡后样品的抗压强度和劈拉强度；力学性能损失＝(前述力学性能测试数值-浸泡后力学性能测试数值)/前述力学性能测试数值*100％。

表4实施例和对比例测试样品的测试结果

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。