一种防水透气型混凝土界面处理剂及其制备方法与流程

1.本发明属于混凝土防水剂制备领域，尤其涉及一种防水透气型混凝土界面处理剂及其制备方法。


背景技术：

2.钢筋混凝土是世界使用最广泛的建筑材料，在受到氯离子等侵蚀、钢筋锈蚀、冻融循环、碳化作用、碱-骨料反应、表面生物侵蚀等常见混凝土破坏因素的影响下，结构受到破坏，缩短混凝土使用寿命，降低混凝土结构安全系数，导致安全事故发生，带来巨大经济损失。同时由于混凝土是一种多微孔、非匀质性材料，更容易受环境的物理、化学、生物侵蚀作用。尤其在湿度较高的沿海地区，空气中的大量水分很容易进入建筑材料结构的内部，从而导致建筑物出现风化和墙体裂痕，在影响美观的同时也造成了巨大的安全隐患。使用防水剂是最经济、最直接有效的建筑材料防护方法。传统的成膜型表面防护涂料通过覆盖在建筑材料表面堵塞其孔隙，在短时间内能够达到阻止外界水分入侵的目的，其不足之处在于内部水分向外排出时，会破坏表面涂层，导致涂层失效，无法从根源上达到防护的效果。
3.目前应用最广泛的是硅烷类防水材料，它通过在建筑材料表面形成交联结构，既达到了很好的防水效果，又使得基材表面具有良好的呼吸透气性，是一种较为理想的防水剂。硅烷类防水材料的总体发展趋势是水性化或无溶剂化。水性化的硅烷防水材料目前市面上主要有两大类，一类是膏体型，另外一类是乳液型。膏体型固含量高、粘度大，稳定性较好，但是应用范围受到了一定的限制；乳液型流变性好，应用范围广，但是其稳定性较差。


技术实现要素：

4.发明目的：本发明的目的是提供一种稳定性优的防水透气型混凝土界面处理剂及其制备方法。
5.技术方案：本发明的防水透气型混凝土界面处理剂，按重量份数计包括如下原料：复合乳化剂7-12份、硅烷单体40-60份、碱性催化剂1-2份及改性纳米氮化硼溶液50-80份；
6.其中，所述改性纳米氮化硼由如下步骤制得：将1.2-1.8份的硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，加入0.3-0.5份的醋酸搅拌水解后，加入100-150份的纳米氮化硼粉末，在60-80℃水浴下搅拌反应完成后，经冷却制得改性纳米氮化硼溶液。
7.本发明基于硅烷单体以形成硅烷类防水材料的基础上，通过引入改性纳米氮化硼，进而提高了由复合乳化剂、硅烷单体和碱性催化剂形成的防水乳液的稳定性，避免分层，且采用硅烷偶联剂和醋酸对纳米氮化硼进行改性，醋酸的加入促进了硅烷偶联剂的水解，在乙醇溶液中得到大量的硅羟基，硅羟基进一步接到纳米氮化硼的表面，进而与硅烷单体相匹配，提高了改性的纳米氮化硼溶于防水乳液中的分散性，能够使得改性后的纳米氮化硼完全熔融于防水乳液内，在提高最终制备的处理剂稳定性以防分层的基础上，进一步发挥纳米氮化硼分散填充于由防水乳液所进入混凝土结构成分，与混凝土中的活性成分反应形成的交联网状型保护膜的空隙内，提高了防水性能。
8.进一步说，本发明处理剂所采用的复合乳化剂为重量份数比可为(2-3)：(1-3)：(4-6)的聚醚多元醇、tmn-3和硬脂酸钠的复配物。
9.进一步说，本发明处理剂所采用的聚醚多元醇包括聚氧化丙烯二醇、聚氧四亚甲基二醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇。
10.进一步说，本发明处理剂所采用的硅烷单体包括十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷。
11.进一步说，本发明处理剂所采用的碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸氢钠或氢氧化钾。
12.本发明制备上述防水透气型混凝土界面处理剂的方法，包括如下步骤：
13.(1)将复合乳化剂和去离子混合，配制成乳化剂的水溶液；
14.(2)向乳化剂的水溶液中加入硅烷单体，于60-80℃密闭条件下加热搅拌30-40min，再加入碱性催化剂，搅拌制得防水乳液；
15.(3)将步骤(2)制备的防水乳液降温至20-40℃，加入改性纳米氮化硼，搅拌制得该防水透气型混凝土界面处理剂。
16.进一步说，本发明处理剂制备方法的步骤(1)中，所述将复合乳化剂和去离子混合是将复合乳化剂和60-90份的去离子水混合，并在50-80℃下加热搅拌15-20min。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该处理剂以硅烷和改性纳米氮化硼为主体制备而成，该处理剂能够通过混凝土的毛细孔隙，进入混凝土结构成分，与混凝土中的活性成分反应形成一层交联网状结构的保护膜，且纳米氮化硼能够分散填充于该保护膜的空隙内，既能够有效降低混凝土毛细孔吸水率、减少氯离子侵蚀、阻止混凝土碳化、钢筋腐蚀和霉菌生长，提高混凝土的耐久性，又不会堵塞混凝土的毛细孔隙、妨碍混凝土内部水分的挥发，保证混凝土透气性，大力降低了水和有害氯离子等的侵入，确保混凝土结构免受腐蚀，延长钢筋混凝土寿命；
18.且采用硅烷偶联剂和醋酸对纳米氮化硼进行改性，在提高了防水乳液的稳定性的同时，提高了改性的纳米氮化硼溶于防水乳液中的分散性，能够使得改性后的纳米氮化硼完全熔融于防水乳液内，提高最终制备的处理剂稳定性以防沉淀分层。
附图说明
19.图1为本发明实施例1所制备的处理剂产品图；
20.图2为本发明实施例1所制备的处理剂静置四个月后的产品图；
21.图3为本发明实施例2所制备的处理剂静置四个月后的产品图；
22.图4为本发明实施例3所制备的处理剂静置四个月后的产品图；
23.图5为本发明实施例4所制备的处理剂静置四个月后的产品图；
24.图6为本发明对比例1所制备的处理剂静置四个月后的产品图；
25.图7为本发明对比例2所制备的处理剂静置四个月后的产品图。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步详细说明。需说明的是，本发明所采用的原料均可购自市售。
27.本发明实施例1至实施例4所采用的改性氮化硼由如下步骤制得：
28.取1.5g的硅烷偶联剂溶于300ml、95％的乙醇溶液中，加入0.4g的醋酸搅拌水解30min后，加入150g的纳米氮化硼粉末，在80℃水浴下搅拌反应完成后，经冷却制得改性纳米氮化硼溶液。
29.实施例1
30.该实施例的处理剂所采用的原料如下表1所示。
31.表1实施例1的处理剂所采用的原料组分
[0032][0033][0034]
该实施例1的处理剂的制备方法包括如下步骤：
[0035]
(1)首先称取2g的聚氧化丙烯二醇、1gtmn-3、4g的硬质酸钠和60g的去离子水于500ml烧杯中，在50℃下加热搅拌15min，制得复合乳化剂；
[0036]
(2)称取40g的正辛基三乙氧基硅烷，在蠕动泵的作用下，50min内滴加到步骤(1)中的乳化剂中，在60℃加热条件下搅拌30min，再加入2g的碳酸氢钠，充分搅拌后制得防水乳液；
[0037]
(3)将步骤(2)制得的防水乳液降温至40℃，加入50g改性的纳米氮化硼溶液，充分搅拌后，制得防水透气型混凝土界面处理剂。
[0038]
实施例2
[0039]
该实施例的处理剂所采用的原料如下表2所示。
[0040]
表2实施例2的处理剂所采用的原料组分
[0041][0042]
该实施例2的处理剂的制备方法包括如下步骤：
[0043]
(1)首先称取3g的聚氧化丙烯二醇、3gtmn-3、6g的硬质酸钠和90g的去离子水于500ml烧杯中，在50℃下加热搅拌15min，制得复合乳化剂；
[0044]
(2)称取40g的正辛基三乙氧基硅烷，在蠕动泵的作用下，50min内滴加到步骤(1)
中的乳化剂中，在60℃加热条件下搅拌30min，再加入2g的碳酸氢钠，充分搅拌后制得防水乳液；
[0045]
(3)将步骤(2)得到的乳液降温至40℃，加入50g改性的纳米氮化硼溶液，充分搅拌后，制得防水透气型混凝土界面处理剂。
[0046]
实施例3
[0047]
该实施例的处理剂原料组分及制备方法与实施例2基本相同，不同之处在于正辛基三乙氧基硅烷的加入量为60g。
[0048]
实施例4
[0049]
该实施例的处理剂原料组分及制备方法与实施例3基本相同，不同之处在于改性纳米氮化硼溶液加入量为80g。
[0050]
对比例1
[0051]
该对比例制备方法与实施例4基本相同，不同之处在于加入纳米氮化硼溶液。具体制备方法如下所示：
[0052]
(1)首先称取3g的聚醚多元醇、3gtmn-3、6g的硬质酸钠和90g的去离子水于500ml烧杯中，在50℃下加热搅拌15min，制得复合乳化剂；
[0053]
(2)称取60g的正辛基三乙氧基硅烷，在蠕动泵的作用下，50min内滴加到步骤(1)中的乳化剂中，在60℃加热条件下搅拌30min，再加入2g的碳酸氢钠，充分搅拌后制得防水乳液；
[0054]
(3)将150g的纳米氮化硼粉末加入到300ml的蒸馏水中搅拌均匀，取80g溶液加入到步骤(2)的防水乳液中，制得防水剂。
[0055]
对比例2
[0056]
该对比例制备方法与实施例4基本相同，不同之处在于加入本发明改性方法对纳米氮化硼进行改性时不加入醋酸。
[0057]
取1.5g的硅烷偶联剂溶于300ml的95％的乙醇溶液中，再加入150g的纳米氮化硼粉末，在80℃水浴下搅拌反应完成后，经冷却制得改性纳米氮化硼溶液。
[0058]
按照实施例4的步骤进行试验。
[0059]
性能检测
[0060]
1、储存稳定性测试方法：
[0061]
本发明实施例1所制备的处理剂如下图1所示，通过该图可知，其为乳液状。同时，将实施例1-4及对比例1-2制得的处理剂密封于150ml样品瓶中，在室温下通过静置的方法，肉眼目测防水剂的分层状态，定时观察并记录出现分层状态的初始时间，获得的结果如下图2至图7所示所示。通过该图2至图7所示，本发明实施例1-4所制备的处理剂静置四个月后仍不分层，而对比例1所制备的处理剂2天即分层，对比例2制备的处理剂1个月后即分层。
[0062]
2、渗透深度的测定
[0063]
按国家现行标准制作试验所需强度等级c30的混凝土试件，规格为100mm
×
100mm
×
100mm，在标准条件(养护温度20
±
3℃，空气相对湿度不小于90％)养护28天，用水冲洗干净，晾干后得到试件。将防水透气型混凝土界面处理剂采用连续涂刷方式涂覆在混凝土试件表面上，保证试件表面饱和溢流，试件水平面放置时，表面呈现湿润状，得到待测试试件。
[0064]
将待测试试件置于温度为20
±
3℃和空气相对湿度60
±
5％的条件下干燥养护14
天，然后放入温度为50℃的烘箱烘干24h，再在温度为20
±
3℃和空气相对湿度60
±
5％的条件下冷却和养护1天，得到待检测试件，将待检测试件劈开，在劈开表面上喷涂水，测量不吸收水的区域的深度为渗透深度精确到0.1mm。
[0065]
3、吸水率的测定
[0066]
分别取基准混凝土和受检混凝土试块各3个放置于(50
±
2)℃的干燥箱中静置3d，然后分别称取受检混凝土试块和基准混凝土试块的质量，再将试块浸入水中，并保持试样顶部在水面以下至少2cm，试块浸泡(24.0
±
0.1)h后取出，用湿润的抹布擦干表面，并再次分别称取质量，通过公式计算得到吸水率。
[0067]
表5防水透气型混凝土界面处理剂性能结果测试
[0068]
实施案例储存稳定性渗透深度/mm吸水率比/％实施例1四个月不分层4.14.5实施例2四个月不分层4.54.5实施例3四个月不分层5.94.1实施例4四个月不分层4.64.2对比例1两天分层1.550.6对比例2一个月分层2.630.3
[0069]
结合表5的实施例1-4和对比例1-2可知，本发明制备出的防水透气型混凝土界面处理剂具有较好的稳定性，并且在涂抹于混凝土表面后的具有高渗透深度和低吸水率比，从而提高混凝士的耐腐蚀性和耐久性。
[0070]
实施例5
[0071]
该实施例5所采用的改性氮化硼由如下步骤制得：
[0072]
取1.2g的硅烷偶联剂溶于300ml、95％的乙醇溶液中，加入0.3g的醋酸搅拌水解30min后，加入100g的纳米氮化硼粉末，在60℃水浴下搅拌反应完成后，经冷却制得改性纳米氮化硼溶液。
[0073]
该实施例的处理剂所采用的原料如下表6所示。
[0074]
表6实施例5的处理剂所采用的原料组分
[0075][0076]
该实施例5的处理剂的制备方法包括如下步骤：
[0077]
(1)首先称取2.5g的聚氧四亚甲基二醇、2gtmn-3、5g的硬质酸钠和80g的去离子水于500ml烧杯中，在80℃下加热搅拌20min，制得复合乳化剂；
[0078]
(2)称取50g的十二烷基三甲氧基硅烷，在蠕动泵的作用下，50min内滴加到步骤
(1)中的乳化剂中，在80℃加热条件下搅拌40min，再加入1g的氢氧化钠，充分搅拌后制得防水乳液；
[0079]
(3)将步骤(2)制得的防水乳液降温至20℃，加入55g改性的纳米氮化硼溶液，充分搅拌后，制得防水透气型混凝土界面处理剂。
[0080]
实施例6
[0081]
该实施例6所采用的改性氮化硼由如下步骤制得：
[0082]
取1.8g的硅烷偶联剂溶于300ml、95％的乙醇溶液中，加入0.5g的醋酸搅拌水解30min后，加入120g的纳米氮化硼粉末，在70℃水浴下搅拌反应完成后，经冷却制得改性纳米氮化硼溶液。
[0083]
该实施例的处理剂所采用的原料如下表7所示。
[0084]
表7实施例6的处理剂所采用的原料组分
[0085][0086]
该实施例6的处理剂的制备方法包括如下步骤：
[0087]
(1)首先称取2g的四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇、1gtmn-3、6g的硬质酸钠和85g的去离子水于500ml烧杯中，在70℃下加热搅拌20min，制得复合乳化剂；
[0088]
(2)称取55g的十二烷基三乙氧基硅烷，在蠕动泵的作用下，50min内滴加到步骤(1)中的乳化剂中，在70℃加热条件下搅拌30min，再加入1.5g的氢氧化钾，充分搅拌后制得防水乳液；
[0089]
(3)将步骤(2)制得的防水乳液降温至30℃，加入65g改性的纳米氮化硼溶液，充分搅拌后，制得防水透气型混凝土界面处理剂。
[0090]
将该实施例5和6制备的处理剂进行性能检测，所获得的结果如下表8所示。
[0091]
表8防水透气型混凝土界面处理剂性能结果测试
[0092]
实施案例储存稳定性渗透深度/mm吸水率比/％实施例5四个月不分层5.24.4实施例6四个月不分层5.04.3
[0093]
结合表8的实施例5和实施例6可知，本发明制备出的防水透气型混凝土界面处理剂具有较好的稳定性，并且在涂抹于混凝土表面后的具有高渗透深度和低吸水率比，从而提高混凝士的耐腐蚀性和耐久性。
[0094]
除上述实施例外，本发明的处理剂所采用的硅烷单体还可以为异辛基三甲氧基硅烷。

技术特征：
1.一种防水透气型混凝土界面处理剂，其特征在于按重量份数计包括如下原料：复合乳化剂7-12份、硅烷单体40-60份、碱性催化剂1-2份及改性纳米氮化硼溶液50-80份；其中，所述改性纳米氮化硼由如下步骤制得：将1.2-1.8份的硅烷偶联剂溶于乙醇溶液中，加入0.3-0.5份的醋酸搅拌水解后，加入100-150份的纳米氮化硼粉末，在60-80℃水浴下搅拌反应完成后，经冷却制得改性纳米氮化硼溶液。2.根据权利要求1所述的防水透气型混凝土界面处理剂，其特征在于：所述复合乳化剂为重量份数比为(2-3)：(1-3)：(4-6)的聚醚多元醇、tmn-3和硬脂酸钠的复配物。3.根据权利要求2所述的防水透气型混凝土界面处理剂，其特征在于：所述聚醚多元醇包括聚氧化丙烯二醇、聚氧四亚甲基二醇或四氢呋喃-氧化丙烯共聚二醇。4.根据权利要求1所述的防水透气型混凝土界面处理剂，其特征在于：所述硅烷单体包括十二烷基三甲氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷、异辛基三甲氧基硅烷或正辛基三乙氧基硅烷。5.根据权利要求1所述的防水透气型混凝土界面处理剂，其特征在于：所述碱性催化剂为氢氧化钠、碳酸氢钠或氢氧化钾。6.一种制备权利要求1所述防水透气型混凝土界面处理剂的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将复合乳化剂和去离子混合，配制成乳化剂的水溶液；(2)向乳化剂的水溶液中加入硅烷单体，于60-80℃密闭条件下加热搅拌30-40min，再加入碱性催化剂，搅拌制得防水乳液；(3)将步骤(2)制备的防水乳液降温至20-40℃，加入改性纳米氮化硼，搅拌制得该防水透气型混凝土界面处理剂。7.根据权利要求6所述制备处理剂的方法，其特征在于：步骤(1)中，所述将复合乳化剂和去离子混合是将复合乳化剂和60-90份的去离子水混合，并在50-80℃下加热搅拌15-20min。

技术总结
本发明公开了一种防水透气型混凝土界面处理剂及其制备方法，包括复合乳化剂、硅烷单体、碱性催化剂及改性纳米氮化硼溶液；制备时先将复合乳化剂和去离子水混合配制成乳化剂的水溶液，随后加入硅烷单体，加热搅拌再加入碱性催化剂制得防水乳液，待防水乳液降温后加入改性纳米氮化硼即可。该处理剂以硅烷和改性纳米氮化硼为主体制备而成，能够通过混凝土的毛细孔隙，进入混凝土结构成分，与混凝土中的活性成分反应形成一层交联网状结构的保护膜，且纳米氮化硼能够分散填充于该保护膜的空隙内，提高防水性。提高防水性。提高防水性。


技术研发人员：郑小敏 陆超 吴中良 余丹 臧林 倪荣凤
受保护的技术使用者：奥立国测（盐城）检验检测有限公司
技术研发日：2023.06.16
技术公布日：2023/10/15