專利名稱：一種多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑及其制備和應(yīng)用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混凝土防護劑，尤其是可以提高鋼筋混凝土耐久性能的防護劑及其制備和應(yīng)用方法。
背景技術(shù)：
混凝土因可滿足工程需求且性價比較高而成為當(dāng)今最常用的大宗建筑材料?；炷潦且环N多孔性材料，外界的水、空氣和腐蝕性物質(zhì)(如氯離子、硫酸鹽和二氧化碳等)等可以通過孔進入混凝土內(nèi)部。簡言之，孔隙是外界環(huán)境與混凝土內(nèi)部的物質(zhì)和能量交換的通道。在外界環(huán)境的溫度、濕度、氣流、水流和光照等物理和化學(xué)因素的交互作用下，混凝土極易發(fā)生侵蝕性破壞。大量研究和工程實踐表明混凝土的耐久性問題已成為制約其應(yīng)用的重要因素之一，如何提高混凝土的耐久性能是當(dāng)今混凝土領(lǐng)域研究的熱點和難點。目前，國內(nèi)外對已有混凝土結(jié)構(gòu)工程多采用表面防護措施來降低環(huán)境對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性影響?；炷帘韺臃雷o可有效減少外界水、二氧化碳和氯離子等介質(zhì)的入侵，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)， 從而降低各種侵蝕效應(yīng)對混凝土的侵蝕破壞。使用表層防護劑來提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是最常用且效果較佳的表層防護措施之一。目前，提高已有混凝土耐久性的表層防護劑多由無機和有機類材料組成。無機類材料具有抗老化、穩(wěn)定和環(huán)保等優(yōu)點，但常面臨功能單一和粘結(jié)力差等問題；有機類材料具有功能多和高效等優(yōu)點，但易老化且環(huán)境負(fù)效應(yīng)較大。這兩類材料自身的不足，使其制備的混凝土防護劑在工程使用中難以充分發(fā)揮其優(yōu)點，較難滿足工程所需。近年來開發(fā)的一些新型混凝土防護劑開始嘗試兩類材料之間優(yōu)勢互補，但針對防護劑多功能性的改進則鮮有涉及，如一種名為“一種滲透型混凝土防護劑”(專利號ZL 02136959. 3)的發(fā)明專利，其特征是以無機材料為主體，通過引入少量的多種有機成分而制取。盡管其實現(xiàn)了兩種材料的優(yōu)勢互補，但因其配制過程采取簡單的物理共混法，故多存在穩(wěn)定性問題和功能性單一等不足。因此，研制一種混凝土多功能性防護劑十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
為了彌補有/無機類材料自身的不足以及克服兩者復(fù)合后產(chǎn)物穩(wěn)定性差和功能單一等缺點，本發(fā)明提供了一種具有滲透、阻銹、增密、疏水、自潔和環(huán)境友好等性能的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑及其制備和應(yīng)用方法。本發(fā)明主要是通過下述技術(shù)方案得以實現(xiàn)的—種多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，包括按重量份計的如下組分制備而成固含量15-25%的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液 50-95 ；苯并三氮唑0. 1-0. 5 ；硅酸鋰0.5-2;硅酸鈉0.2-1;鉬酸鈉0. 1-1 ；
四硼酸鈉0.01-0.05;硫酸鈉0.5-1.5;納米二氧化鈦0.01-0.05無水乙醇0.5-4;蒸溜水0-45。優(yōu)選按重量份計的配比范圍為固含量15-25%的有/無機復(fù)合氟娃丙聚合物乳液65-85 ；苯并三氮唑 0. 2-0. 5 ；娃酸鋰0. 5-1. 5 ；娃酸鈉0.3-8;銷酸鈉0.5-1;硫酸鈉0.5-L2;四硼酸鈉0. 01-0. 03;納米二氧化鈦 0. 02-0. 05;無水乙醇1-3;蒸溜水10-30。最佳按重量份計的配比為固含量18%的有/無機復(fù)合氟娃丙聚合物乳液75 ；苯并三氮唑 0.3;娃酸鋰1.2;娃酸鈉0.3;銷酸鈉0.6;硫酸鈉0.6;四硼酸鈉0.02;納米二氧化鈦0.03;無水乙醇1;蒸溜水20。所述納米ニ氧化鈦為銳鈦礦或以銳鈦礦為主的納米二氧化鈦混晶。所述有/無機復(fù)合氟娃丙聚合物乳液采用半連續(xù)乳液聚合法制成；所用原料包括 按重量份計的如下組分氟化物単體20-40 ；娃氧燒單體2-8 ；質(zhì)量含量15-30%的表面改性的無機納米材料的水溶膠10-30;甲基丙烯酸甲酯 18-24;丙烯酸丁酯18-24 ；甲基丙烯酸2-7 ；甲基丙烯酸輕乙酯2-8 ；乳化劑2.5-8;引發(fā)劑0.6-L6;蒸溜水330-350 ；所述的有/無機復(fù)合氟娃丙聚合物乳液具有最佳性能吋，所用原料包括按重量份 計的如下組分氟化物単體30 ；娃氧燒單體6質(zhì)量含量20%表面改性的無機納米材料水溶膠 25;乳化劑3. 5 ；甲基丙烯酸甲酯 20;丙烯酸丁酯20;甲基丙烯酸5;甲基丙烯酸輕乙酯5;
引發(fā)劑1;蒸餾水340。所述的表面改性的無機納米材料水溶膠中的無機納米材料包含Si02、Al203和TiO2 三種納米氧化物中的一種或幾種混合物。所述氟化物單體包括甲基丙烯酸六氟丁酯；丙烯酸十二氟庚酯；丙烯酸十三氟辛酯中的一種或幾種的混合物；所述硅氧烷單體包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和環(huán)氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物。所述引發(fā)劑為過硫酸鉀和過硫酸氨中的一種或者兩者混合物；所述乳化劑為辛基酚聚氧乙烷(10)醚和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨中的一種或者兩者混合物。所述的表面改性的無機納米材料的水溶膠采用溶膠凝膠法，由有機醇鹽、無水乙醇、蒸餾水和氨水按摩爾比為1 (15-50) (1-3) (0.06-0. 15)反應(yīng)，得到無機納米材料的醇溶膠，再經(jīng)硅氧烷單體表面改性，并以水替換醇溶劑得到的。所述有機醇鹽包括硅酸四乙酯、鈦酸丁酯和異丙醇鋁中的一種或幾種的混合物。所述硅氧烷單體也包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和環(huán)氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物；其用量為無機納米材料的醇溶液中納米氧化物總重量的10-40%。所述的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液的有效成分是具有由表面改性的無機納米材料構(gòu)成核和有機聚合物構(gòu)成殼的乳膠顆粒。所述的構(gòu)成核的表面改性的無機納米材料包括Si02、Al2O3和TiO2三種納米氧化物中的一種或幾種的混合物，以及附于其表面上用于改性的硅氧烷單體。所述的構(gòu)成外殼的有機聚合物包括氟化物單體、硅氧烷單體、甲基丙烯酸甲酯、 丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸羥乙酯。所述的表面改性的無機納米材料的水溶膠是將上述采用溶膠_凝膠法制得的含表面改性的無機納米材料的醇溶膠采用真空濃縮，為便后續(xù)聚合反應(yīng)而用少量蒸餾水替代無水乙醇而獲取的；其質(zhì)量含量15-30%也是指表面改性的無機納米材料在水溶膠中所占的質(zhì)量百分比。所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑的制備方法，包括以下步驟1)有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液制備利用甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、氟化物單體、硅氧烷單體、乳化劑、引發(fā)劑、表面改性的無機納米材料的水溶膠，采用半連續(xù)乳液聚合法合成；2)將苯并三氮唑溶于無水乙醇中，配成醇溶液；3)將步驟1)和2)得到的各溶液、硅酸鈉、硅酸鋰、納米二氧化鈦、鉬酸鈉、四硼酸鈉和硫酸鈉加水?dāng)嚢杌靹颍吹枚喙δ芑炷两Y(jié)構(gòu)耐久性防護劑。所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑采用機械噴涂或人工涂覆方式應(yīng)用于混凝土表面。上述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑制備方法具體步驟如下第一步有機醇鹽水解法制備無機納米材料水溶膠制備方法如下A、將有機醇鹽溶于一定量的無水乙醇中，混勻后待用；B、將無水乙醇、蒸餾水和氨水按一定比加入到裝有回流冷凝裝置和電動攪拌器的四口燒瓶中，以100-300轉(zhuǎn)/分的速度攪拌1-2小時，混合均勻后緩慢升溫；
C、當(dāng)溫度升至35_70°C時，將有機醇鹽和無水乙醇的混合物滴加入四口燒瓶中，以 100-300轉(zhuǎn)/分的速度快速攪拌，反應(yīng)1-6小時；D、室溫下攪拌陳化24-36小時，得到所需的無機納米材料的醇溶膠；E、低速攪拌條件下，將一定量的硅氧烷單體滴加入無機納米材料的醇溶膠中，室溫下反應(yīng)18-36小時后，升溫到40-60°C并恒溫反應(yīng)1_6小時，即得表面改性的無機納米材料的醇溶膠；F、采用真空干燥方式濃縮表面改性的無機納米材料的醇溶膠，并以水替換，得表面改性的無機納米材料的水溶膠。第二步采用半連續(xù)乳液聚合法合成有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液A、用占單體質(zhì)量1-4%的乳化劑和與單體等質(zhì)量的水，制備穩(wěn)定的單體預(yù)乳化液； 各單體包括甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、氟化物單體、硅氧烷單體。B、在裝有攪拌、回流冷凝管、溫度計的四口瓶中加入表面改性的無機納米材料的水溶膠，并加入部分乳化劑、蒸餾水和碳酸氫鈉，以200-300轉(zhuǎn)/分的速度快速攪拌，混合均勻并升溫；C、當(dāng)溫度升至70_85°C時，將部分甲基丙烯酸甲酯的預(yù)乳化液滴入四口瓶，并同步滴加一部分引發(fā)劑溶液，反應(yīng)0. 5-1. 5小時；升溫至75-90°C，滴加甲基丙烯酸羥基乙酯、甲基丙烯酸、部分丙烯酸丁酯和剩余的甲基丙烯酸甲酯四種單體混合物的預(yù)乳化液，并同步滴加部分引發(fā)劑溶液，恒溫反應(yīng)0. 5小時；連續(xù)滴加氟化物單體、硅氧烷單體和剩余的丙烯酸丁酯三種單體混合物的預(yù)乳化液，并同步滴加剩余引發(fā)劑溶液，恒溫反應(yīng)4-10小時，降溫至40°C以下，調(diào)節(jié)pH值至7. 0，得到有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液；取5g左右乳液放入重量為Hi0的培養(yǎng)皿中，稱重為Hi1 ；將其在105士5°C烘箱中烘干至恒重，取出后放入干燥器中冷卻至室溫稱重為m2 ；所合成聚合物乳液的固含量W按照下式計算W
In1-In0第三步將苯并三氮唑溶于無水乙醇中，配成醇溶液；第四步將第二步、第三步得到的各溶液、硅酸鈉、硅酸鋰、納米二氧化鈦、鉬酸鈉、 四硼酸鈉和硫酸鈉按比例添加到含有一定量的蒸餾水的反應(yīng)器中，在室溫下以100-150轉(zhuǎn) /分的速度混合均勻，即得到多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑。本發(fā)明中，有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物可在混凝土表面固化成膜，減少水、氯離子和二氧化碳等對混凝土的侵蝕。其所含低表面能的氟硅烷組分可賦予膜層疏水性能，無機納米材料不但可改善有機聚合物性能和提高成膜的粗糙度，而且其光催化組分可賦予膜層抗紫外線老化和自潔凈等性能。此外，所含硅氧烷基團水解生成羥基可與混凝土表面羥基發(fā)生縮合反應(yīng)生成化學(xué)鍵，提高膜層與混凝土之間的粘附力，改善界面結(jié)合。無機納米材料不但可改善有機聚合物膜層的耐磨性、熱穩(wěn)定性和硬度等，還可賦予其抗老化和自潔凈等性能；此外，還可通過調(diào)節(jié)不同種類納米材料之間的比例，來制備不同特性的聚合物膜層； 如氧化硅可改善膜層的耐磨性和穩(wěn)定性，氧化鋁可提高膜層熱穩(wěn)定性且可有效吸收紅外線，氧化鈦兼有改性和吸收紫外線功能。硫酸鈉可與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成石膏，起填充孔隙和裂縫作用；同時，生成石膏的反應(yīng)過程中伴隨著體積膨脹，巨大的結(jié)晶壓力可使混凝土中的開口孔隙閉合，可切斷部分連通孔，并填充混凝土內(nèi)部的孔隙和空洞，從而提高混凝土的致密度。硅酸鋰和硅酸鈉可與混凝土中的氫氧化鈣反應(yīng)生成硅酸鈣，起到填充孔隙，降低混凝土孔隙率作用；生成的強堿性離子可提高表層混凝土的堿度，降低碳化作用對混凝土的侵蝕。此外，部分鋰離子滲入混凝土內(nèi)部并被吸附于鋼筋表面，起到鈍化鋼筋和保護鋼筋作用。此外，硅酸鋰和硅酸鈉混合使用具有良好的協(xié)同效應(yīng)。苯并三氮唑具有良好的紫外光吸收性和阻銹功能。分散于聚合物中的部分苯并三氮唑可提高聚合物的抗老化能力，而溶于水中的部分苯并三氮唑可隨水滲入混凝土內(nèi)部， 并被吸附于鋼筋表面起到阻銹和緩蝕作用。四硼酸鈉具有一定緩蝕功能，可與鉬酸鹽和硅酸鹽等協(xié)調(diào)使用，降低其他阻銹成分的用量。納米二氧化鈦具有良好的光催化功能，可在日光照射下殺菌、除霉和降解油污等， 從而賦予膜層自潔凈性能。水和無水乙醇作為溶劑起到均勻分散作用。無水乙醇可溶解苯并三氮唑，增大其在水溶液中溶解度和穩(wěn)定性；水可有效分散體系組分、減小粘度，有利于施工且無環(huán)境負(fù)效應(yīng)。本發(fā)明多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑為液體，使用時可加水調(diào)至所需濃度，涂覆于混凝土表面即可。本發(fā)明的有益效果是1、采用半連續(xù)乳液聚合法的方式合成聚合物，使加入的多種無機納米材料微粒， 被反應(yīng)生成的有機聚合物包覆，有/無機材料之間以化學(xué)鍵的方式結(jié)合，可對有機材料進行改性，這就克服了因材質(zhì)相異而造成的不穩(wěn)和分相，提高了乳液穩(wěn)定性，實現(xiàn)了不同材質(zhì)間的優(yōu)勢互補。2、含有的硅氧烷基團水解生成羥基可與混凝土表面的羥基發(fā)生縮合反應(yīng)生成化學(xué)鍵，提高防護劑與基體之間的粘附力，改善界面結(jié)合。3、所含低表面能的氟硅烷組分和納米材料賦予其疏水性能；納米組分賦予其抗紫外線老化、改性聚合物和自潔等性能；復(fù)合型增密成分可在混凝土孔隙和裂縫中生成膨脹性物質(zhì)，提高體系密實度；阻銹成分可滲入混凝土并吸附于鋼筋表面，起到鈍化護筋作用。4、合成所用溶劑主要是水和乙醇，且反應(yīng)副產(chǎn)物主要是小分子醇類，環(huán)境負(fù)效應(yīng)小。5、使用過程中依靠防護劑各組分自身特性賦予其多功能性，無毒害副產(chǎn)品生成， 具有環(huán)境友好性。


圖1為實施例1、2和3合成的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液微球TEM圖。圖2為實施例1、2和3合成的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液成膜的SEM圖。圖3涂覆混凝土多功能防護劑的混凝土效果圖。
具體實施方式
下面實施例是對本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容的進一步說明，但并非對本發(fā)明實質(zhì)內(nèi)容的限制。實施例1 將異丙醇鋁0. 1千克、鈦酸丁酯0. 3千克、硅酸四乙酯1. 7千克和無水乙醇6千克， 混合均勻后裝入分液漏斗中待用；將無水乙醇10千克、蒸餾水0.4千克和氨水0. 1千克(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% )加入到裝有回流冷凝裝置和電動攪拌器的反應(yīng)器中，以150轉(zhuǎn)/分的速度攪拌1-2小時，混合均勻并升溫；當(dāng)溫度升至45-60°C時，將有機醇鹽和乙醇混合物滴加入反應(yīng)器中，以200轉(zhuǎn)/分的速度快速攪拌，反應(yīng)2-4小時；室溫下緩慢攪拌陳化24小時，得到無機納米材料的醇溶膠。低速攪拌條件下，將甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0. 18千克滴加入無機納米材料的醇溶膠中，室溫下反應(yīng)22小時，升溫到50°C并恒溫反應(yīng)2小時，即得表面改性的無機納米材料的醇溶膠；采用抽真空干燥方式濃縮，并加入2千克水代替乙醇，得到表面改性的無機納米材料的水溶膠。在裝有攪拌、回流冷凝管和溫度計的反應(yīng)器中加入表面改性的無機納米材料的水溶膠(質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為20% )2. 5千克，并加入辛基酚聚氧乙烷(10)醚0.025千克、烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 025千克、蒸餾水23. 5千克和pH值調(diào)節(jié)緩沖劑碳酸氫鈉0. 01千克，通入氮氣1小時以排除空氣；然后，以200轉(zhuǎn)/分的速度攪拌均勻并升溫；當(dāng)溫度升至 75°C時，將甲基丙烯酸甲酯0. 5千克、水0. 5千克、辛基酚聚氧乙烷(10)醚0. 01千克和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 01千克制成預(yù)乳化液加入反應(yīng)器中，并同步加入過硫酸鉀溶液0. 15千克(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% )，反應(yīng)0. 5小時；升溫至80°C，將丙烯酸丁酯1. 5千克、 甲基丙烯酸羥基乙酯0. 5千克、甲基丙烯酸0. 5千克、甲基丙烯酸甲酯1. 5千克、水4千克、 辛基酚聚氧乙烷(10)醚0. 07千克和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 07千克制成預(yù)乳化液加入反應(yīng)器中，并同步滴加過硫酸鉀溶液1千克(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% )，恒溫反應(yīng)0. 5小時； 將丙烯酸丁酯0. 5千克、甲基丙烯酸六氟丁酯1. 5千克、丙烯酸十二氟庚酯1. 5千克、甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.6千克、水4. 1千克、辛基酚聚氧乙烷(10)醚0. 07千克和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨0. 07千克制成預(yù)乳化液加入反應(yīng)器中，并同步滴加過硫酸鉀溶液0. 85千克(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5% )，恒溫反應(yīng)5小時，降溫至40°C以下，用氨水(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25% )調(diào)節(jié)pH值至7. 0，得到有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液(固含量約為18% )。將硅酸鈉0. 3千克、硅酸鋰0. 5千克、鉬酸鈉0. 5千克、硫酸鈉0. 7千克、納米二氧化鈦0. 01千克、四硼酸鈉0. 01千克、有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液50千克和蒸餾水45 千克加入到帶有攪拌器的混合器中。然后，將0. 3千克苯并三氮唑和0. 7千克無水乙醇的混合液加入到混合器中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分速度混合均勻，即得多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑。實施例2:有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液合成制備與實施例1相同。將硅酸鈉0. 3千克、硅酸鋰1. 2千克、鉬酸鈉0. 6千克、硫酸鈉0. 6千克、納米二氧化鈦0. 03千克、四硼酸鈉0. 02千克、有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液(固含量約為 18%)75千克和蒸餾水20千克加入到帶有攪拌器的混合器中。然后，將0. 3千克苯并三氮唑和1千克無水乙醇的混合液加入到混合器中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分速度混合均勻，即得多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑。
實施例3:有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液合成制備與實施例1相同。將硅酸鈉1千克、硅酸鋰0. 9千克、鉬酸鈉0. 5千克、硫酸鈉1千克、納米二氧化鈦 0. 02千克、四硼酸鈉0. 03千克、有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液(固含量約為18% ) 70千克和蒸餾水25千克加入到帶有攪拌器的混合器中。然后，將溶有苯并三氮唑0. 2千克的無水乙醇1. 5千克混合液加入到混合器中，室溫下以100轉(zhuǎn)/分速度混合均勻，即得多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑。實施例4:多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑合成制備與實施例2相同，但合成固含量約為 16%有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液所用原料及重量份如下氟化物單體22;硅氧烷單體3;表面改性的無機納米材料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% )20 ；乳化劑3 ；甲基丙烯酸甲酯 18;丙烯酸丁酯18;甲基丙烯酸2.5;甲基丙烯酸羥乙酯2.5;引發(fā)劑1;蒸餾水340。實施例5:多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑合成制備與實施例2相同，但合成固含量約為 22%有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液所用原料及重量份如下氟化物單體35;硅氧烷單體8;表面改性的無機納米材料(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20% )30 ；乳化劑5 ；甲基丙烯酸甲酯 23;丙烯酸丁酯23;甲基丙烯酸6;甲基丙烯酸羥乙酯6;引發(fā)劑1.3;蒸餾水330。上述的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液微球的TEM圖，如圖1所示。從圖1中可以看出，合成的微球顆粒具有明顯的核殼結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可賦予有機聚合物粒子更佳的抗老化和耐久性能。上述的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液微球的SEM圖，如圖2所示。從圖2中可以看出，乳液成膜性良好且無孔隙、裂縫。上述的混凝土防護劑對混凝土的保護作用如圖3所示。從圖3中可以看出，水在涂覆有防護劑的混凝土表面以水珠形式存在，而未涂覆部分(左下)水會在混凝土表面鋪展，并浸入混凝土內(nèi)部。這表明防護劑具有良好的隔絕外界水等浸入混凝土的效果。所制備的混凝土多功能防護劑性能測試如下表所示
權(quán)利要求
成
1 -種多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是包括按重量份計的如下組分制備而固含量15-25%的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液 50-95苯并三氮唑硅酸鋰 硅酸鈉鉬酸鈉四硼酸鈉硫酸鈉納米二氧化鈦無水乙醇蒸餾水0. 1-0. 5 ； 0. 5-2 0. 2-1 0. 1-1 0. 01-0. 05 0. 5-1. 5 ； 0. 01-0. 05 0. 5-4 ； 0-45。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是所述的有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液采用半連續(xù)乳液聚合法制成；所用原料包括按重量份計的如下組分氟化物單體20-40 ；硅氧烷單體2-8 ；質(zhì)量含量15-30%的表面改性的無機納米材料的水溶膠10-30 ；甲基丙烯酸甲酯丙烯酸丁酯甲基丙烯酸甲基丙烯酸羥乙酯乳化劑引發(fā)劑蒸餾水18-24 ； 18-24 ； 2-7 ； 2-8 ； 2. 5-8 ； 0. 6-1. 6 ； 330-350 ；所述的表面改性的無機納米材料中包含Si02、Al2O3和TiO2三種氧化物中的一種或幾中禾
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是所述氟化物單體包括甲基丙烯酸六氟丁酯；丙烯酸十二氟庚酯；丙烯酸十三氟辛酯中的一種或幾種的混合物；所述硅氧烷單體包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和環(huán)氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是所述引發(fā)劑為過硫酸鉀和過硫酸氨中的一種或者兩者混合物；所述乳化劑為辛基酚聚氧乙烷(10)醚和烯丙基壬基酚聚氧乙烯磺酸氨中的一種或者兩者的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是所述的表面改性的無機納米材料的水溶膠是采用溶膠凝膠法，由有機醇鹽、無水乙醇、蒸餾水和氨水按摩爾比為1(15-50) (1-3) (0.06-0. 15)反應(yīng)，得到無機納米材料的醇溶膠，再經(jīng)硅氧烷單體表面改性，并以水替換醇溶劑得到的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是所述有機醇鹽包括硅酸四乙酯、鈦酸丁酯和異丙醇鋁中的一種或幾種的混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑，其特征是所述硅氧烷單體包括甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三乙氧基硅烷和環(huán)氧丙氧基甲基三甲氧基硅烷中的一種或幾種的混合物，其用量為無機納米材料的醇溶液中氧化物總重量的 10-40% ο
8.權(quán)利要求1-7任意一項所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑的制備方法，其特征是，包括以下步驟1)有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物乳液制備利用甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羥基乙酯、甲基丙烯酸甲酯、氟化物單體、硅氧烷單體、乳化劑、引發(fā)劑、表面改性的無機納米材料的水溶膠，采用半連續(xù)乳液聚合法合成；2)將苯并三氮唑溶于無水乙醇中，配成醇溶液；3)將步驟1)和2)得到的各溶液、硅酸鈉、硅酸鋰、納米二氧化鈦、鉬酸鈉、四硼酸鈉和硫酸鈉加水?dāng)嚢杌靹颍吹猛扛残投喙δ芑炷两Y(jié)構(gòu)耐久性防護劑。
9.一種權(quán)利要求1-7任意一項所述的多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑采用機械噴涂或人工涂覆方式應(yīng)用于混凝土表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能混凝土結(jié)構(gòu)耐久性防護劑及其制備和應(yīng)用方法，其組分為有/無機復(fù)合氟硅丙聚合物、硅酸鋰、硅酸鈉、鉬酸鋰、四硼酸鈉、硫酸鈉、苯丙三氮唑、納米二氧化鈦、無水乙醇和水。該防護劑可滲透至混凝土內(nèi)部，其增密組分可減少內(nèi)部孔隙和裂縫起提高混凝土致密性作用，阻銹組分可滲入混凝土并被吸附于鋼筋表面起鈍化護筋作用；所含低表面能的氟硅烷組分可在混凝土表面固化成膜而賦予疏水性能，納米組分可賦予固化膜層抗紫外線老化、改善有機聚合物性能和自潔等性能。此外，所含硅氧烷基團水解生成羥基可與混凝土表面羥基發(fā)生縮合反應(yīng)生成化學(xué)鍵，提高膜層與混凝土之間粘附力，改善界面結(jié)合。本發(fā)明可廣泛用于各種混凝土結(jié)構(gòu)工程的防護中，提高混凝土的使用壽命。
文檔編號C04B41/50GK102219555SQ20111008315
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月2日
發(fā)明者何章興, 余志武, 劉鵬, 宋力, 黃可龍 申請人:中南大學(xué), 高速鐵路建造技術(shù)國家工程實驗室