一种多功能混凝土表面增强材料及其制备方法和使用方法与流程

1.本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种多功能混凝土表面增强材料及其制备方法和使用方法。


背景技术：

2.混凝土已成为我国最主要的土木工程材料之一，广泛应用于建筑领域各个方面。尤其是公路桥梁等路面建设，多用混凝土作为路面材料，但是，由于混凝土原料在贮藏，运输，配料等过程中容易引入杂质或破坏比例从而影响混凝土质量，造成混凝土表面起粉起砂，造成混凝土表面强度偏低；并且，混凝土在使用过程中是常年裸露在室外环境中，含有酸、碱、盐等有害物质可伴随雨水由表面细微裂缝渗入，进入混凝土结构内部，发生化学侵蚀，降低水泥的碱度，导致其对钢筋的保护能力下降，同时氯离子易由裂缝接触到钢筋表面导致锈蚀，可能破坏建筑主体的强度以及稳定性，造成安全隐患，大大缩短了混凝土的使用寿命。
3.通常出现上述问题时，多是通过砂浆填补磨平或是采用树脂类表面处理剂，但是所用砂浆的粘结能力差，易二次开裂，同时未将内部的细微裂缝进行修复；而树脂类表面处理剂效果并不能长时间维持。现有技术中，通过无机渗透结晶涂层应用在混凝土表面防护以提高混凝土的寿命，可以降低混凝土的孔隙率，但对混凝土防水性提高并不明显，且制备成本较高，难以大面积用于混凝土表面防护。因此，研发一种可增强混凝土表面防护能力且成本低廉的混凝土表面增强材料对实际生产具有重要意义。


技术实现要素：

4.针对现有技术中，混凝土表面增强材料存在粘结能力差，难以长时间维持增强效果，无法提高混凝土防水性能且成本较高的技术问题，本发明提供了一种多功能混凝土表面增强材料，该复合材料包括第一组分和第二组分，其中第一组分中含有硅烷改性无机纤维，与硅酸盐、环氧树脂混合形成更为密实的体系，第二组分中含有碱改性纳米杏仁壳粉，可以填补胶凝体系中存留的孔隙，进一步提高了复合材料的表面增强能力，且杏仁壳原料易得，可降低制备复合材料的成本。
5.为达到上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：本发明第一方面提供了一种多功能混凝土表面增强材料，所述复合材料包括质量比为1-1.5:1.1-1.7的第一组分和第二组分；所述第一组分包括如下质量份数的原料：30-40份的硅酸盐、15-20份的渗透剂、0.5-1.5份的硅烷改性无机纤维、5-15份的环氧树脂和40-50份的水；所述第二组分包括如下质量份数的原料：20-35份的氟硅酸盐、0.5-1份的碱改性纳米杏仁壳粉、1-10份的硅烷偶联剂和40-60份的水。
6.相比于现有技术，本发明提供的多功能混凝土表面增强材料采用两种组分，其中，第一组分主要作为无机渗透增强剂，利用硅酸盐与混凝土中的氢氧化钙反应生成硅酸钙水合物c-s-h，结合渗透剂可渗透进混凝土内部，更好地与填补剂接触，同时，硅烷改性无机纤
维具有柔韧性和较高的回弹性能，可提高混凝土表面的抗折度以及抗渗能力，且纳米级的粒径可以使纤维更好的填补混凝土表面的微裂纹，促使混凝土表面强度增强；而第二组分主要作为补充增强剂，氟硅酸根离子与混凝土表面原有的硅酸钙、硅酸镁等物质迅速反应，生成复杂的氟硅酸盐，可促进硅酸盐与氢氧化钙的反应，最终生成不膨胀不收缩，性质稳定的水和硅酸钙，以提高复合材料的稳定性能；除此之外，本发明还将纳米级的碱改性纳米杏仁壳粉作为填充材料，用于进一步填补混凝土表面产生的细小孔隙，可有效防止混凝土微裂纹的纵向或横向恶化，从而提高了混凝土表面增强复合材料的耐久性能。本发明提供的多功能混凝土表面增强材料利用两种组分的协同填补作用，可有效提高混凝土表面硬度和强度，且成本低廉，操作简便，为混凝土的应用提供了更多可能。
7.优选的，所述硅烷改性无机纤维的粒径为150-200nm。
8.优选的，所述碱改性纳米杏仁壳粉粒径为50-70nm。
9.优选的，所述硅烷改性无机纤维的具体制备方法包括如下步骤：称取质量比为1:5-8的无机纤维和硅烷类浸润剂，混合均匀，于60℃-90℃下水热反应1.5h-3h，得硅烷改性无机纤维。
10.硅烷改性无机纤维兼具了无机纤维的抗压强度和浸润剂的抗渗性能，可在混凝土表面形成一个致密的结晶整体，大大提高混凝土的抗压回弹能力，有效提高了混凝土的抗老化性。
11.进一步优选的，所述无机纤维为短切玄武岩纤维、白泥纤维或煤矸石纤维中的任意一种或多种。
12.进一步优选的，所述硅烷类浸润剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。
13.优选的，所述碱改性纳米杏仁壳粉的具体制备工艺包括如下步骤，将杏仁壳粉与浓度为5%-8%的强碱溶液按质量比1:15-20混合均匀，静置2h-3h，过滤，清洗，干燥，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉。
14.进一步优选的，所述强碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钡溶液中的任意一种或多种。
15.进一步优选的，所述干燥的温度为90℃-110℃，干燥的时间为2h-3h。
16.优选的，所述渗透剂为质量比为1:1-1.1:0.9-1的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物。
17.优选的，所述硅酸盐包括硅酸钾、硅酸钠或硅酸镁中的一种或多种。
18.优选的，所述氟硅酸盐包括氟硅酸钠、氟硅酸钾或氟硅酸镁中的一种或多种。
19.优选的，所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种。
20.本发明第二方面提供了一种所述的多功能混凝土表面增强材料的制备方法，包括如下步骤：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分2-3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。
21.本发明第三方面提供了一种所述的多功能混凝土表面增强材料的使用方法，包括
如下步骤：将所述多功能混凝土表面增强材料刷涂于混凝土表面，间隔25min-30min刷涂一次，刷涂2-4次；其中，混凝土的表面温度为-10℃-50℃。
22.优选的，所述混凝土表面需打磨光滑无明水。
23.优选的，所述多功能混凝土表面增强材料的刷涂用量为1.5kg/m
2-2kg/m2。
24.本发明提供了一种多功能混凝土表面增强材料，利用渗透增强和补充增强双组分的协同作用，有效解决了现有技术中混凝土表面增强材料存在粘结能力差，难以长时间维持增强效果，无法提高混凝土防水性能且成本较高的技术问题，本发明提供的多功能混凝土表面增强材料制备简便，成本低廉，为混凝土的应用提供了更多可能性。
具体实施方式
25.下面将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。
26.实施例1本实施例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，具体内容如下：所述多功能混凝土表面增强材料包括质量比为1.5:1.3的第一组分和第二组分；其中，所述第一组分包括如下质量份数的原料组分：35份的硅酸钾、18份的渗透剂、0.8份的粒径为160nm的硅烷改性无机纤维、10份的环氧树脂和45份的水；所述渗透剂为质量比为1:1:0.9的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物；所述第二组分包括如下质量份数的原料组分：30份的氟硅酸钠、0.6份的粒径为50nm的碱改性纳米杏仁壳粉、8份的硅烷偶联剂和55份的水；所述硅烷改性无机纤维的制备方法为：称取质量比为1:5的短切玄武岩纤维和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混合均匀，于80℃下水热反应2h，得所述硅烷改性玄武岩纤维；所述碱改性纳米杏仁壳粉的制备方法为：将杏仁壳粉与浓度为7%的氢氧化钠溶液按质量比1:15混合均匀，静置2.5h，过滤，清洗，于100℃下干燥2h，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉；所述多功能混凝土表面增强材料的制备方法如下：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。
27.实施例2本实施例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，具体内容如下：所述多功能混凝土表面增强材料包括质量比为1.2:1.1的第一组分和第二组分；其中，所述第一组分包括如下质量份数的原料组分：38份的硅酸钾、19份的渗透剂、0.5份的粒径为170nm的硅烷改性无机纤维、10份的环氧树脂和42份的水；所述渗透剂为质量比为1:1:1的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物；
所述第二组分包括如下质量份数的原料组分：22份的氟硅酸钾、0.5份的粒径为60nm的碱改性纳米杏仁壳粉、10份的硅烷偶联剂和50份的水；所述硅烷改性无机纤维的制备方法为：称取质量比为1:5的白泥纤维和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混合均匀，于80℃下水热反应2h，得所述硅烷改性白泥纤维；所述碱改性纳米杏仁壳粉的制备方法为：将杏仁壳粉与浓度为6%的氢氧化钠溶液按质量比1:18混合均匀，静置2.5h，过滤，清洗，于100℃下干燥2h，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉；所述多功能混凝土表面增强材料的制备方法如下：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。
28.实施例3本实施例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，具体内容如下：所述多功能混凝土表面增强材料包括质量比为1:1.3的第一组分和第二组分；所述第一组分包括如下质量份数的原料组分：36份的硅酸钾、20份的渗透剂、0.5份的粒径为200nm的硅烷改性无机纤维、12份的环氧树脂和45份的水；所述渗透剂为质量比为1:1:1的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物；所述第二组分包括如下质量份数的原料组分：25份的氟硅酸钾、0.5份的粒径为70nm的碱改性纳米杏仁壳粉、10份的硅烷偶联剂和50份的水；所述硅烷改性无机纤维的制备方法为：称取质量比为1:6的白泥纤维和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混合均匀，于80℃下水热反应2h，得所述硅烷改性白泥纤维；所述碱改性纳米杏仁壳粉的制备方法为：将杏仁壳粉与浓度为7%的氢氧化钠溶液按质量比1:15混合均匀，静置2.5h，过滤，清洗，于100℃下干燥2h，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉；所述多功能混凝土表面增强材料的制备方法如下：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。
29.实施例4本实施例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，具体内容如下：所述多功能混凝土表面增强材料包括质量比为1:1.7的第一组分和第二组分；所述第一组分包括如下质量份数的原料组分：32份的硅酸镁、19份的渗透剂、0.8份的粒径为170nm的硅烷改性无机纤维、10份的环氧树脂和46份的水；所述渗透剂为质量比为1:1:0.9的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物；所述第二组分包括如下质量份数的原料组分：32份的氟硅酸镁、0.7份的粒径为60nm的碱改性纳米杏仁壳粉、10份的硅烷偶联剂和45份的水；所述硅烷改性无机纤维的制备方法为：称取质量比为1:5的煤矸石纤维和γ-缩水
甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混合均匀，于80℃下水热反应2h，得所述硅烷改性煤矸石纤维；所述碱改性纳米杏仁壳粉的制备方法为：将杏仁壳粉与浓度为6%的氢氧化钠溶液按质量比1:18混合均匀，静置2.5h，过滤，清洗，于100℃下干燥2h，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉；所述多功能混凝土表面增强材料的制备方法如下：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。
30.实施例5本实施例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，具体内容如下：所述多功能混凝土表面增强材料包括质量比为1.5:1.1的第一组分和第二组分；所述第一组分包括如下质量份数的原料组分：33份的硅酸镁、18份的渗透剂、0.8份的粒径为170nm的硅烷改性无机纤维、10份的环氧树脂和46份的水；所述渗透剂为质量比为1:1.1:0.9的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物；所述第二组分包括如下质量份数的原料组分：35份的氟硅酸镁、0.7份的粒径为70nm的碱改性纳米杏仁壳粉、10份的硅烷偶联剂和42份的水；所述硅烷改性无机纤维的制备方法为：称取质量比为1:8的白泥纤维和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，混合均匀，于80℃下水热反应2h，得所述硅烷改性白泥纤维；所述碱改性纳米杏仁壳粉的制备方法为：将杏仁壳粉与浓度为6%的氢氧化钠溶液按质量比1:18混合均匀，静置2.5h，过滤，清洗，于100℃下干燥2h，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉；所述多功能混凝土表面增强材料的制备方法如下：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。
31.对比例1本对比例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，与实施例2的区别在于：所述第一组分中硅烷改性白泥纤维为未改性的白泥纤维，其他组分和制备工艺不变，此处不再赘述。
32.对比例2本对比例提供了一种多功能混凝土表面增强材料，与实施例2的区别在于：所述第二组分中碱改性纳米杏仁壳粉为未改性的纳米杏仁壳粉，其他组分和制备工艺不变，此处不再赘述。
33.为了证实本发明的技术效果，本发明将各实施例和各对比例所得多功能混凝土表面增强材料刷涂于表面光滑无明水的混凝土表面，刷涂用量为1.8kg/m2，该混凝土表面温度为28℃，间隔30min刷涂一次，刷涂4次，静置24h；
其中，所用混凝土均为相同等级c40，同一批次的混凝土，具体制备工艺如下：采用po42.5水泥，混凝土配合比为水泥：粉煤灰：砂子：石子：水＝330:120:760:1150:180，减水剂掺量为胶凝材料的0.12%；将实施例1-5和对比例1-2所得表面增强后的混凝土进行以下性能测试，其中具体测试方法及标准如下：参照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》jgj-t23-2011的标准方法测试28d混凝土试件的表面强度和碳化深度；参照标准gb/t 16925-1997《混凝土及其制品耐磨性试验方法》测试混凝土的耐磨性能；参照标准gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》测试混凝土的氯离子渗透性，结果见表1。
34.表1 实施例1-5和对比例1-2表面增强后的混凝土性能测试结果根据表1可以看出，本发明实施例1-5提供的多功能混凝土表面增强材料可显著提高混凝土的表面强度、回弹强度、耐磨度和抗渗性能，且本发明所用的多功能混凝土表面增
强材料制备简便，成本低廉，为混凝土的应用提供了更多可能。
35.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述复合材料包括质量比为1-1.5:1.1-1.7的第一组分和第二组分；所述第一组分包括如下质量份数的原料：30-40份的硅酸盐、15-20份的渗透剂、0.5-1.5份的硅烷改性无机纤维、5-15份的环氧树脂和40-50份的水；所述第二组分包括如下质量份数的原料：20-35份的氟硅酸盐、0.5-1份的碱改性纳米杏仁壳粉、1-10份的硅烷偶联剂和40-60份的水。2.如权利要求1所述的多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述硅烷改性无机纤维的粒径为150nm-200nm；和/或所述碱改性纳米杏仁壳粉粒径为50nm-70nm。3.如权利要求1或2所述的多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述硅烷改性无机纤维的具体制备方法包括如下步骤：称取质量比为1:5-8的无机纤维和硅烷类浸润剂，混合均匀，于60℃-90℃下水热反应1.5h-3h，得硅烷改性无机纤维。4.如权利要求3所述的多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述无机纤维为短切玄武岩纤维、白泥纤维或煤矸石纤维中的任意一种或多种；和/或所述硅烷类浸润剂为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。5.如权利要求1或2所述的多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述碱改性纳米杏仁壳粉的具体制备工艺包括如下步骤：将杏仁壳粉与质量浓度为5%-8%的强碱溶液按质量比1:15-20混合均匀，静置2h-3h，过滤，清洗，干燥，研磨，得碱改性纳米杏仁壳粉。6.如权利要求1所述的多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述渗透剂为质量比为1:1-1.1:0.9-1的脂肪醇聚氧乙烯醚、丙二醇嵌段聚醚和炔二醇的混合物。7.如权利要求1所述的多功能混凝土表面增强材料，其特征在于：所述硅酸盐包括硅酸钾、硅酸钠或硅酸镁中的一种或多种；和/或所述氟硅酸盐包括氟硅酸钠、氟硅酸钾或氟硅酸镁中的一种或多种；和/或所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂或乙烯基硅烷偶联剂中的一种或多种。8.一种权利要求1-7任一项所述的多功能混凝土表面增强材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、按照设计配比分别称取第一组分和第二组分原料，分别混合均匀，得第一料剂和第二料剂；步骤二、将第二料剂分2-3批加入第一料剂中，混合均匀，得所述多功能混凝土表面增强材料。9.一种权利要求1-7任一项所述的多功能混凝土表面增强材料的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：将所述多功能混凝土表面增强材料刷涂于混凝土表面，间隔25min-30min刷涂一次，刷涂2-4次；其中，混凝土的表面温度为-10℃-50℃。10.如权利要求9所述的多功能混凝土表面增强材料的使用方法，其特征在于，所述多功能混凝土表面增强材料刷涂的用量为1.5kg/m
2-2kg/m2。

技术总结
本发明涉及建筑材料领域，尤其涉及一种多功能混凝土表面增强材料，所述多功能混凝土表面增强材料包括质量比为1-1.5:1.1-1.7的第一组分和第二组分；所述第一组分作为渗透增强部分，包括硅酸盐、渗透剂、硅烷改性无机纤维和环氧树脂，以便于与内部混凝土成分发生化学反应达到密实增强的作用；所述第二组分作为填充增强部分，包括氟硅酸盐、碱改性纳米杏仁壳粉和硅烷偶联剂，可确保混凝土表面的致密性，防止长时间使用后再次出现裂纹。利用本发明制备的多功能混凝土表面增强材料可有效解决现有技术中混凝土表面增强材料存在的粘结能力差，难以长时间维持增强效果，无法提高混凝土防水性能且成本较高的技术问题。能且成本较高的技术问题。


技术研发人员：朱金磊
受保护的技术使用者：河北孚牛图睿建材科技有限公司
技术研发日：2023.09.05
技术公布日：2023/10/11