混凝土涂层组合物及其制备方法

1.本发明涉及建筑工程技术领域，具体涉及一种混凝土涂层组合物及其制备方法。


背景技术：

2.混凝土因抗压强度高、价格低廉、原料丰富等优点而被广泛应用于民用建筑、道路以及桥梁等工程中，是现代建筑中最主要结构材料。然而目前混凝土的耐久性问题日渐突出，已经成为制约混凝土继续发展的瓶颈问题。由于其多孔的结构特征，混凝土易被氯离子及硫酸盐等介质侵蚀从而诱发结构破坏和承载力降低等问题。工程实例表明因混凝土抗渗透性弱和抗腐蚀性较差而引起的腐蚀破坏不仅会提高修复成本，还有可能危及人民生命财产安全。
3.目前提高混凝土抗渗性和抗腐蚀性的方法主要包括两大类：改善内部结构和施加表面涂层。其中，改善内部结构主要借助掺用引气剂和减水剂等外加剂、调整成分配比等方法以提升其自身的密实性；施加表面涂层则是通过隔绝腐蚀因子与混凝土的直接接触，从而提升混凝土的耐久性。值得注意的是，改善内部结构只适用于在建或未建的工程，面对已经建成的大型水利工程、公路、桥梁和居民楼等的混凝土腐蚀也无能为力。相对而言，混凝土表面涂层具有使用简单、适用范围广泛等优势，是提升混凝土抗渗性和抗腐蚀性的热点手段。
4.混凝土保护涂层起作用的方式主要有两种：物理方式和化学方式。物理方式就是涂层自身形成致密的膜来阻止外部环境与混凝土直接作用或屏蔽腐蚀介质进入混凝土内部。能对物理腐蚀及部分化学腐蚀进行有效的防护。化学方式一种是涂料成分与混凝土水化产物反应，生成的新物质堵塞混凝土孔隙，阻挡外来的侵蚀因子进入混凝土内部，从而减缓硫酸盐腐蚀、氯离子侵蚀等化学腐蚀；另一种是涂料中含有灭菌性能的组分，使涂层具备杀菌性能，如含有季铵基团的涂层等可以通过化学及生物机制杀灭微生物，从而有效应对混凝土的微生物腐蚀。现有的一些混凝土保护层涂层的灭菌性能逐渐减弱，使用寿命较短。


技术实现要素：

5.为克服现有技术所存在的缺陷，现提供一种混凝土涂层组合物及其制备方法，以解决现有的一些混凝土保护层涂层的灭菌性能逐渐减弱，使用寿命较短的问题。
6.为实现上述目的，提供一种混凝土涂层组合物，包括：环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为64～88：1～5：10～30：1，所述环氧树脂季铵盐包括三乙胺盐酸盐和环氧树脂，所述地质聚合物包括偏高岭土和碱性活化剂，所述碱性活化剂包括偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液。
7.进一步的，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
8.进一步的，所述偏硅酸钠溶液和所述氢氧化钠溶液的体积比为5：1。
9.进一步的，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联
剂的质量比为76：3：20：1。
10.进一步的，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为66：3：30：1。
11.进一步的，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为84：5：10：1。
12.本发明提供一种混凝土涂层组合物的制备方法，包括以下步骤：
13.获取三乙胺盐酸盐，将所述三乙胺盐酸盐加入环氧树脂中并在搅拌条件下加热至80
°
直至反应完成，在反应完成后烘干制备环氧树脂季铵盐；
14.将偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合制备碱性活化剂；
15.将偏高岭土加入所述碱性活化剂搅拌制备地质聚合物；
16.以预设的质量比将环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂加入环氧树脂底漆中，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的预设的质量比为64～88：1～5：10～30：1。
17.进一步的，以所述三乙胺盐酸盐的摩尔浓度与所述环氧树脂中环氧值的摩尔数比值为1.05∶1的比例，将所述三乙胺盐酸盐加入环氧树脂中。
18.本发明的有益效果在于，本发明的混凝土涂层组合物以环氧底漆为原料，通过与地质聚合物、环氧树脂季铵盐混合改性，制得具有密实度更高且具有杀菌能力的改性混凝土涂层。将季铵基团和地质聚合物引入环氧底漆中，使底漆具备杀菌能力和更好的自收缩性能，从而达到杀灭污水中细菌减缓微生物腐蚀及截止部分有害离子侵入混凝土减缓化学腐蚀的目的，实现对混凝土的有效防护。本发明的混凝土涂层组合物引入的季铵基团并不是消耗型有机基团，杀灭微生物前后化学性质不发生改变，能够重复利用，能够达到长期有效灭菌的目的。
附图说明
19.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
20.图1为本发明的实施例与对比例中的混凝土涂层的表面变化图。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
23.参照图1所示，本发明提供了一种混凝土涂层组合物，包括：环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂。
24.其中，环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂的质量比为(64～88)：(1～5)：(10～30)：1。
25.环氧树脂季铵盐包括三乙胺盐酸盐和环氧树脂。其中，环氧树脂为e-42环氧树脂。
26.地质聚合物包括偏高岭土和碱性活化剂。碱性活化剂包括偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液。
27.偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液的体积比为5：1。
28.偶联剂为硅烷偶联剂。
29.作为一种较佳的实施方式，环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂的质量比为76：3：20：1。
30.作为一种较佳的实施方式，环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂的质量比为66：3：30：1。
31.作为一种较佳的实施方式，环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂的质量比为84：5：10：1。
32.本发明提供一种混凝土涂层组合物的制备方法，包括以下步骤：
33.s1：获取三乙胺盐酸盐，将三乙胺盐酸盐加入环氧树脂中并在搅拌条件下加热至80
°
直至反应完成，在反应完成后烘干制备环氧树脂季铵盐。
34.具体的，先使用三乙胺与盐酸制备三乙胺盐酸盐溶液，干燥至恒重后即制得三乙胺盐酸盐，再以三乙胺盐酸盐和e-42型环氧树脂为原料，在较高温度的条件下长时间反应制备环氧树脂季铵盐，反应结束后产物干燥至恒重即为所需环氧树脂季铵盐。
35.其中，以所述三乙胺盐酸盐的摩尔浓度与所述环氧树脂中环氧值的摩尔数比值为1.05∶1的比例，将所述三乙胺盐酸盐加入环氧树脂中。
36.三乙胺加入方式为分三次加入，防止反应放热量过大。
37.s2：将偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合制备碱性活化剂。
38.偏硅酸钠溶液与氢氧化钠溶液体积比为5：1。地质聚合物易硬化，不能久置，故在制备混凝土涂层组合物前再制备。
39.s3：将偏高岭土加入碱性活化剂搅拌制备地质聚合物。
40.s4：以预设的质量比将环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂加入环氧树脂底漆中，环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂的预设的质量比为64～88：1～5：10～30：1。
41.为了更为详尽地说明本发明的混凝土涂层组合物及其制备方法，特举以下实施例及对比例进行示例说明。
42.实施例一
43.(1)取浓盐酸加入到一定量去离子水中，搅拌均匀。冷却后倒入250ml三口烧瓶中，冷水浴，搅拌条件下分三次加入定量三乙胺，继续搅拌2h，得到三乙胺盐酸盐水溶液。缓慢加热使其水分蒸干，然后置于105℃的干燥箱中，干燥至恒重，即可得到便于称量的三乙胺盐酸盐晶体。
44.(2)称取一定量的e-42环氧树脂加入三口烧瓶中，然后加入适量的水，加入三乙胺盐酸盐(加入量由选用树脂的环氧值确定，按三乙胺盐酸盐摩尔浓度与环氧树脂中环氧值的摩尔数比值为1.05∶1加入反应底物)，搅拌条件下加热到80℃，反应5h。待大部分水分蒸发除去后，升温至115℃，除去剩余水分，取出样品在设置40℃的真空干燥箱中干燥10min，得到环氧树脂季铵盐。
45.(3)使用偏硅酸钠溶液(na2o/sio2＝2.0，固体含量42％)和50wt％氢氧化钠(naoh)
溶液制备碱性活化剂，二者加入量之比为5：1，通过将碱性活化剂与偏高岭土混合制备偏高岭土基地质聚合物。其中，每份偏高岭土(以100g计)反应所需的偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液体积分别为90ml、18ml。
46.(4)按质量比76：3：20：1称取一定质量的环氧底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物、硅烷偶联剂，并搅拌至均匀混合制得本发明的混凝土涂层组合物。涂前可根据实际情况选择加入适当稀释剂调整其粘稠度(便于施工)。再按环氧底漆所需量按固定比例加入固化剂后即可将涂料涂至混凝土表面。
47.(5)涂料均匀刷至混凝土表面，置于阴凉通风处，自然风干后将混凝土转移到容器内，加入雨污水进行浸泡实验。每3天向容器内补加污水以减少水分蒸发造成的影响。实验过程中，每10天记录混凝土表面变化特征，混凝土表面变化见图1所示。
48.实施例二
49.(1)取浓盐酸加入到一定量去离子水中，搅拌均匀。冷却后倒入250ml三口烧瓶中，冷水浴，搅拌条件下分三次加入定量三乙胺，继续搅拌2h，得到三乙胺盐酸盐水溶液。缓慢加热使其水分蒸干，然后置于105℃的干燥箱中，干燥至恒重，即可得到便于称量的三乙胺盐酸盐晶体。
50.(2)称取一定量的e-42环氧树脂加入三口烧瓶中，然后加入适量的水，加入三乙胺盐酸盐(加入量由选用树脂的环氧值确定，按三乙胺盐酸盐摩尔浓度与环氧树脂中环氧值的摩尔数比值为1.05∶1加入反应底物)，搅拌条件下加热到80℃，反应5h。待大部分水分蒸发除去后，升温至115℃，除去剩余水分，取出样品在设置40℃的真空干燥箱中干燥10min，得到环氧树脂季铵盐。
51.(3)使用偏硅酸钠溶液(na2o/sio2＝2.0，固体含量42％)和50wt％氢氧化钠(naoh)溶液制备碱性活化剂，二者加入量之比为5：1，通过将碱性活化剂与偏高岭土混合制备偏高岭土基地质聚合物。其中，每份偏高岭土(以100g计)反应所需的偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液体积分别为90ml、18ml。
52.(4)按质量比66：3：30：1称取一定质量的环氧底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物、硅烷偶联剂，搅拌至均匀混合制得本发明的混凝土涂层组合物。涂前可根据实际情况选择加入适当稀释剂调整其粘稠度(便于施工)。再按环氧底漆所需量按固定比例加入固化剂后即可将涂料涂至混凝土表面。
53.(5)涂料均匀刷至混凝土表面，置于阴凉通风处，自然风干后将混凝土转移到容器内，加入雨污水进行浸泡实验。每3天向容器内补加污水以减少水分蒸发造成的影响。实验过程中，每10天记录混凝土表面变化特征，混凝土表面变化见图1所示。
54.实施例三
55.(1)取浓盐酸加入到一定量去离子水中，搅拌均匀。冷却后倒入250ml三口烧瓶中，冷水浴，搅拌条件下分三次加入定量三乙胺，继续搅拌2h，得到三乙胺盐酸盐水溶液。缓慢加热使其水分蒸干，然后置于105℃的干燥箱中，干燥至恒重，即可得到便于称量的三乙胺盐酸盐晶体。
56.(2)称取一定量的e-42环氧树脂加入三口烧瓶中，然后加入适量的水，加入三乙胺盐酸盐(加入量由选用树脂的环氧值确定，按三乙胺盐酸盐摩尔浓度与环氧树脂中环氧值的摩尔数比值为1.05∶1加入反应底物)，搅拌条件下加热到80℃，反应5h。待大部分水分蒸
发除去后，升温至115℃，除去剩余水分，取出样品在设置40℃的真空干燥箱中干燥10min，得到环氧树脂季铵盐。
57.(3)使用偏硅酸钠溶液(na2o/sio2＝2.0，固体含量42％)和50wt％氢氧化钠(naoh)溶液制备碱性活化剂，二者加入量之比为5：1，通过将碱性活化剂与偏高岭土混合制备偏高岭土基地质聚合物。其中，每份偏高岭土(以100g计)反应所需的偏硅酸钠溶液、氢氧化钠溶液体积分别为90ml、18ml。
58.(4)按质量比84：5：10：1称取一定质量的环氧底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物、硅烷偶联剂，搅拌至均匀混合制得本发明的混凝土涂层组合物。涂前可根据实际情况选择加入适当稀释剂调整其粘稠度(便于施工)。再按环氧底漆所需量按固定比例加入固化剂后即可将涂料涂至混凝土表面。
59.(5)涂料均匀刷至混凝土表面，置于阴凉通风处，自然风干后将混凝土转移到容器内，加入雨污水进行浸泡实验。每3天向容器内补加污水以减少水分蒸发造成的影响。实验过程中，每10天记录混凝土表面变化特征，混凝土表面变化见图1所示。
60.对比例
61.为不涂覆任何涂料的裸混凝土，转移到容器内，加入雨污水进行浸泡实验。每3天向容器内补加污水以减少水分蒸发造成的影响。实验过程中，每10天记录混凝土表面变化特征，混凝土表面变化见图1所示。
62.在实施例1～3及对比例中，雨污水为具有一定ph值、cod值以及so
42-含量的雨污水。
63.本发明的混凝土涂层组合物以环氧底漆为原料，通过与地质聚合物、环氧树脂季铵盐混合改性，制得具有密实度更高且具有杀菌能力的改性混凝土涂层。将季铵基团和地质聚合物引入环氧底漆中，使底漆具备杀菌能力和更好的自收缩性能，从而达到杀灭污水中细菌减缓微生物腐蚀及截止部分有害离子侵入混凝土减缓化学腐蚀的目的，实现对混凝土的有效防护。
64.具有耐化学性和高收缩性的地质聚合物无机涂料添加到环氧底漆中，提高涂层的自密实性能，减少涂层的孔隙并降低其渗透性，从而阻止腐蚀性物质与混凝土接触。具有耐化学性和高收缩性的地质聚合物的混凝土涂层组合物能使涂层具备自收缩性，进而提高密实程度，减少孔隙，更有效地截止cl-、so
42-等有害离子，达到提高混凝土抗化学腐蚀性能的目的。
65.具有良好杀菌性能的季铵基团引入到环氧底漆中，提高涂层的抗微生物腐蚀性能，进一步加强对混凝土的防护能力。引入了具有杀菌性能的有机基团-季铵基团。在城市雨污水管网系统中，管道内的水流中含有大量微生物，这些微生物在混凝土管网体系中生长繁殖的过程会产生生物硫酸对混凝土造成腐蚀，季铵基团的引入会杀灭附着在混凝土表面的部分微生物，以此减少生物硫酸的产生，达到提高混凝土抗微生物腐蚀性能的目的。
66.本发明的混凝土涂层组合物引入的季铵基团并不是消耗型有机基团，杀灭微生物前后化学性质不发生改变，能够重复利用，能够达到长期有效灭菌的目的。
67.本发明的混凝土涂层组合物通过硅烷偶联剂将地质聚合物、环氧树脂季铵盐与环氧底漆相结合，减少了有效成分在水流冲刷下流失的可能性，使涂层能够对混凝土提供长期、稳定的保护。
68.本发明的混凝土涂层组合物，生产原料来源丰富，价格低廉，制备过程简单，可大量生产。
69.本发明的混凝土涂层组合物，相较于传统的混凝土涂层，将提高涂层密实度与引入杀菌性能相结合，更高效地缓解混凝土腐蚀。
70.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

技术特征：
1.一种混凝土涂层组合物，其特征在于，包括：环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为64～88：1～5：10～30：1，所述环氧树脂季铵盐包括三乙胺盐酸盐和环氧树脂，所述地质聚合物包括偏高岭土和碱性活化剂，所述碱性活化剂包括偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液。2.根据权利要求1所述的混凝土涂层组合物，其特征在于，所述偶联剂为硅烷偶联剂。3.根据权利要求1所述的混凝土涂层组合物，其特征在于，所述偏硅酸钠溶液和所述氢氧化钠溶液的体积比为5：1。4.根据权利要求1所述的混凝土涂层组合物，其特征在于，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为76：3：20：1。5.根据权利要求1所述的混凝土涂层组合物，其特征在于，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为66：3：30：1。6.根据权利要求1所述的混凝土涂层组合物，其特征在于，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为84：5：10：1。7.一种如权利要求1～6中任意一项所述的混凝土涂层组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：获取三乙胺盐酸盐，将所述三乙胺盐酸盐加入环氧树脂中并在搅拌条件下加热至80
°
直至反应完成，在反应完成后烘干制备环氧树脂季铵盐；将偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液混合制备碱性活化剂；将偏高岭土加入所述碱性活化剂搅拌制备地质聚合物；以预设的质量比将环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂加入环氧树脂底漆中，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的预设的质量比为64～88：1～5：10～30：1。8.根据权利要求1所述的制备方，其特征在于，以所述三乙胺盐酸盐的摩尔浓度与所述环氧树脂中环氧值的摩尔数比值为1.05∶1的比例，将所述三乙胺盐酸盐加入环氧树脂中。

技术总结
本发明公开了一种混凝土涂层组合物及其制备方法，包括：环氧树脂底漆、环氧树脂季铵盐、地质聚合物和偶联剂，所述环氧树脂底漆、所述环氧树脂季铵盐、所述地质聚合物和所述偶联剂的质量比为64～88：1～5：10～30：1，所述环氧树脂季铵盐包括三乙胺盐酸盐和环氧树脂，所述地质聚合物包括偏高岭土和碱性活化剂，所述碱性活化剂包括偏硅酸钠溶液和氢氧化钠溶液。本发明解决了现有的一些混凝土保护层涂层的使用寿命较短的问题。用寿命较短的问题。用寿命较短的问题。


技术研发人员：朱海良 宋新山 许中硕 万洋 蒋涛 王卫彪 沈晓琴
受保护的技术使用者：东华大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/8/5