高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體及其制備方法，其由如下幾種成分按質(zhì)量百分比構(gòu)成：烷氧基硅烷：35.0%～65.0%；石油醚：10.0%～20.0%；滲透增強劑：1.0%～3.0%；表面活性劑：2.0%～5.0%；穩(wěn)定劑：2.0%～4.0%；氣相二氧化硅：2.0%～5.0%；水：10.0%～30.0%。本發(fā)明公開的水性有機硅膏體對混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的滲透深度，高效降低混凝土的吸水量、耐堿性及耐紫外線性能優(yōu)良，本發(fā)明制備方便、貯存穩(wěn)定；并且使用方便，適合強度等級大于C45的高性能混凝土結(jié)構(gòu)的防護。
【專利說明】高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體及其制備方法，屬于建筑材料【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]混凝土結(jié)構(gòu)越來越多被應用到建筑結(jié)構(gòu)中。基于結(jié)構(gòu)構(gòu)件在設(shè)計使用年限內(nèi)保持其適用性和安全性能力的耐久性是混凝土結(jié)構(gòu)的重要性能。因混凝土碳化、氯離子腐蝕、凍融破壞等原因?qū)е碌幕炷两Y(jié)構(gòu)中鋼筋銹蝕、混凝土開裂和剝落等破壞，已成為影響混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的主要問題。在大多數(shù)情況下，潮濕是造成混凝土劣化、鋼筋銹蝕和凍融破壞的必要條件，因此有效防水就成了提高混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的有效方法之一。
[0003]有機硅化合物有著獨特的憎水性和對水蒸汽透過性無明顯損害特點；混凝土表面硅烷浸潰方法具有技術(shù)先進、經(jīng)濟合理、安全耐久、質(zhì)量可靠和施工方便，防水透氣而不改變混凝土結(jié)構(gòu)外觀的優(yōu)勢；得到了研究人員的關(guān)注?；跈C硅化合物的表面憎水處理的混凝土結(jié)構(gòu)防護措施于19世紀中葉出現(xiàn)，到20世紀中期，歐美國家已將硅烷浸潰技術(shù)成功應用于道橋、碼頭、機場等混凝土結(jié)構(gòu)的表面防護工程中。我國于2000年將硅烷浸潰處理技術(shù)納入《海港工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》行業(yè)標準，隨后的《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計與施工指南》、《公路工程混凝土結(jié)構(gòu)防腐蝕技術(shù)規(guī)范》、《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計規(guī)范》以及《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性修補及防護》等規(guī)范也將硅烷浸潰處理作為混凝土結(jié)構(gòu)的防腐蝕強化措施。
[0004]中國專利CN101746988B公開了一種混凝土專用硅烷膏體防護劑及其制備方法，具體以碳鏈長度在4~16之間的長鏈烷基硅烷偶聯(lián)劑、粘度在10~2000mm2/S之間的硅氧烷低聚物、有機溶劑、乳化劑和去離子水為原料制備得到，其可以提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性；中國專利CN101367670B公開了一種高固含量硅烷膏狀物及其制備方法，其組分及質(zhì)量配比為:硅氧烷單體:乳化劑:去離·子水=70%~85%: 5%~10%: 10%~25%，用于混凝土表面的養(yǎng)護。
[0005]現(xiàn)有的有機硅類產(chǎn)品可以應用到混凝土結(jié)構(gòu)的防護工程中，但是其應用的混凝土等級一般在C40以下，且滲透深度在5mm以下，有些處理劑滲透深度甚至僅為I~2mm，不能形成整體防水層，只限用于普通混凝土結(jié)構(gòu)；目前未見能夠滲入C45以上高性能混凝土深度6~IOmm的有機硅膏體防護劑的報道。
[0006]另一方面，高性能混凝土結(jié)構(gòu)在近年來國家和地方加快發(fā)展的高速鐵路、高速公路、城市地鐵、城市高架等交通運輸設(shè)施中廣泛應用。此類項目國家和地方的投資很大，設(shè)計使用年限超過100年；如果由于混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性能達不到標準，使用年限縮短，將會影響到國家和地方交通運輸設(shè)施等投資項目的發(fā)展。此外，此類高性能混凝土結(jié)構(gòu)一般建在農(nóng)田、湖波、山脈中，同時還要受到冬夏溫度、城市酸雨的影響，自然環(huán)境惡劣。所以研發(fā)新的有機硅防護劑以提高高性能混凝土的耐久性很有必要。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體及其制備方法，該有機硅膏體可用于等級在C45以上的高性能混凝土結(jié)構(gòu)的防護，其性能指標滿足JG/T337-2011《混凝土結(jié)構(gòu)防護用滲透型涂料》標準要求，可在立面、頂層施工，提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。 [0008]本發(fā)明的總體思路為:以烷氧基硅烷為主要滲透性成分，石油醚為輔助防水成分，通過表面活性劑作用制備高有效成分含量的水性膏體；然后加入醇類穩(wěn)定劑及氣相二氧化硅抗沉降劑，在水作用下及高速分散作用情況下最終形成性能穩(wěn)定的水性有機硅膏體。
[0009]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一種高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，按質(zhì)量百分比，所述水性有機硅膏體由如下組分構(gòu)成:
烷氧基硅烷35.0%~65.0%
石油醚10.0%~20.0%
滲透增強劑1.0%~3.0%
表面活性劑2.0%~5.0%
穩(wěn)定劑2.0%~4.0%
氣相二氧化娃2.0%~5.0%
水10.0% ~30.0%
所述烷氧基硅烷的結(jié)構(gòu)式為:;其中n:3~18，m:1~2 ;
所述石油醚為碳鏈長度在10~50之間的烷烴、烯烴中的一種或者一種以上混合物； 所述的滲透增強劑分子式為CaFnHn+1-SHOCMH2m+1)3 ;其中n:3~18，m:1~2 ; 所述表面活性劑的親水親油平衡值加權(quán)平均數(shù)為10.0~13.0 ;
所述穩(wěn)定劑為聚乙烯醇。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述的烷氧基硅烷優(yōu)選為丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅燒、十二烷基二乙氧基硅烷中的一種或一種以上混合物。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述石油醚為碳鏈長度在10~50之間的溶劑油、改性溶劑油、精煉白油、液體石蠟中的一種或者一種以上混合物；優(yōu)選為液體石蠟、200號溶劑油或者兩者的混合物。
[0012]上述技術(shù)方案中，所述的滲透增強劑優(yōu)選為全氟丙基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷或者兩者的混合物。
[0013]上述技術(shù)方案中，表面活性劑的親水親油平衡值(HLB)加權(quán)平均數(shù)可通過表面活性劑的HLB采用質(zhì)量分數(shù)計算方法計算得到。例如表面活性劑由A、B、C三種表面活性劑組成，那么表面活性劑的HLB加權(quán)平均數(shù)(HLBira)為:
HLB平均=HLBAXmA+HLBBXmB+HLBcXmc，其中mA、mB、mc分別為A、B、C三種表面活性劑的質(zhì)量分數(shù)，HLBa, HLBb, HLBc分別為A、B、C三種表面活性劑的親水親油平衡值。
[0014]本發(fā)明選用的表面活性劑的HLB—為10.0~13.0，由此得到的有機硅膏體可穩(wěn)定穩(wěn)定儲存、不析油、不分層。本發(fā)明優(yōu)選烷基醇聚氧乙烯醚平平加0系列、烷基酚聚氧乙烯醚OP系列、失水山梨糖醇脂肪酸酯SP系列、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或者一種以上混合物作為表面活性劑；進一步優(yōu)選烷基醇聚氧乙烯醚平平加0-25、烷基酚聚氧乙烯醚0P-10、失水山梨糖醇脂肪酸酯SP-80中的一種或者一種以上混合物作為表面活性劑。
[0015]上述技術(shù)方案中，所述氣相二氧化硅的比表面積為150~300m2/g。
[0016]上述技術(shù)方案中，所述聚乙烯醇優(yōu)選聚合度為1650~1750，醇解度為88%的聚乙烯醇。
[0017]本發(fā)明還公開了上述水性有機硅膏體的制備方法，具體如下:
按上述比例；
(1)將穩(wěn)定劑、氣相二氧化硅加入到水中，混合均勻得到A溶液；
(2)將表面活性劑、烷氧基硅烷、滲透增強劑加入到石油醚中，混合均勻得到B溶液；
(3)在高速分散條件下，將A溶液滴加入B溶液中；滴加完畢后，保持高速分散直至液體形成膏狀，即為所述的水性有機硅膏體。
[0018]上述技術(shù)方案中，步驟(3)中高速分散時A溶液的分散粒徑線速度達到的8m/s，A溶液的滴加速度為10~20g/min ? kg,即制備Ikg高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機娃膏體，溶液A的滴加速度為10~20g/min ;比如制備IOOkg高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，那么溶液A的滴加速度為1000~2000g/min。
[0019]硅烷是一種性能優(yōu)異的滲透型浸潰劑，具有小分子結(jié)構(gòu)，能夠深層滲透混凝土毛細孔壁與水化的水泥發(fā)生反應形成聚硅氧烷互穿網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，通過牢固的化學鍵合反應，賦予混凝土表面的微觀結(jié)構(gòu)長 期的憎水性，并保持呼吸透氣功能，大大降低了水和有害氯離子等的侵入，確保了混凝土結(jié)構(gòu)免受腐蝕。
[0020]本發(fā)明以滲透增強劑作為輔助成分，滲透增強劑為氟硅類偶聯(lián)劑，具有理想的滲透性能，可以快速在混凝土表面滲入到內(nèi)部IOmm以上深度，是混凝土防護的理想材料；此外，氟硅類偶聯(lián)劑具有低表面張力特征，可以有效保持混凝土基層超疏水狀態(tài)，避免因水分及其他成分對混凝土的腐蝕。
[0021]本發(fā)明選用石油醚作為乳化輔助成分，主要是因為石油醚的分子式結(jié)構(gòu)更接近于表面活性劑，石油醚結(jié)構(gòu)在表面活性劑分散形成膠束過程中有利于穩(wěn)定膠束粒子不破乳、不析油。
[0022]此外，本發(fā)明選用聚乙烯醇和氣相二氧化硅作為抗沉降劑，其中聚乙烯醇分子在分散過程中大量羥基包裹著膠束粒子，防止膠束相互結(jié)合破乳；而氣相二氧化硅在分散過程中可有效吸附水分子，增強分子間作用力，達到穩(wěn)定膏體的目的。
[0023]本發(fā)明的防護劑是以烷氧基硅烷為主要成分，添加石油醚、滲透增強劑為輔助原料，在表面活性劑及穩(wěn)定劑作用下，在氣相二氧化硅作為抗沉降劑作用下，通過機械分散作用制備得到的均勻穩(wěn)定白色細膩膏狀體，本發(fā)明的防護劑產(chǎn)品在環(huán)境保護、施工便捷方式、滲透深度及運勢方面具有明顯的優(yōu)勢。
[0024]由于上述技術(shù)方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點:
1.實驗證明，本發(fā)明的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用有機硅膏體中的烷氧基硅烷對強度等級大于C45的高性能混凝土結(jié)構(gòu)滲透力強，有效滲透深度達6.5~10mm，遠高于現(xiàn)有技術(shù)的
0.5~5mm ;取得了意想不到的技術(shù)效果；
2.本發(fā)明首次在有機硅混凝土結(jié)構(gòu)防護劑中添加滲透增強劑氟硅氧烷，其中氟硅氧烷可有效增強烷氧基硅烷在混凝土表面額滲透深度及降低其吸水量，有利于延長混凝土的使用期限；
3.本發(fā)明公開的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用有機硅膏體原料組成合理、制備方便、貯存穩(wěn)定，吸水量比小、耐紫外線以及耐堿性能優(yōu)異；并且使用方便，適合工業(yè)化應用。
【具體實施方式】
[0025]下面通過實施例對本發(fā)明作進一步描述:
表1實施例中有機硅膏體的原料組成質(zhì)量百分比
【權(quán)利要求】
1.一種高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于，按質(zhì)量百分比，所述水性有機硅膏體由如下組分構(gòu)成: 烷氧基硅烷35.0%~65.0% 石油醚10.0%~20.0% 滲透增強劑1.0%~3.0% 表面活性劑2.0%~5.0% 穩(wěn)定劑2.0%~4.0% 氣相二氧化娃2.0%~5.0% 水10.0% ~30.0% 所述烷氧基硅烷的結(jié)構(gòu)式為:Cn-Sif OCmH2m+i)3 ;其中n:3~18, m:1~2 ; 所述石油醚為碳鏈長度在10~50之間的烷烴、烯烴中的一種或者一種以上混合物； 所述的滲透增強劑分子式為CttFnHn+1-Si~f OCmH2m+i)3 ;其中n:3~18, m:1~2 ; 所述表面活性劑的親水親油平衡值加權(quán)`平均數(shù)為10.0~13.0 ; 所述穩(wěn)定劑為聚乙烯醇。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述烷氧基硅烷為丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷、十二烷基三乙氧基硅烷中的一種或一種以上混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述石油醚為碳鏈長度在10~50之間的溶劑油、改性溶劑油、精煉白油、液體石蠟中的一種或者一種以上混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述石油醚為液體石蠟、200號溶劑油或者兩者的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述滲透增強劑為全氟丙基三乙氧基硅烷、全氟辛基三乙氧基硅烷或者兩者的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述表面活性劑為烷基醇聚氧乙烯醚平平加O系列、烷基酚聚氧乙烯醚OP系列、失水山梨糖醇脂肪酸酯SP系列、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉中的一種或者一種以上混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述氣相二氧化娃的比表面積為150~300m2/g。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體，其特征在于:所述聚乙烯醇的聚合度為1650~1750，醇解度為88%。
9.一種高性能混凝土結(jié)構(gòu)防護用水性有機硅膏體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將權(quán)利要求1所述的穩(wěn)定劑、氣相二氧化硅加入到水中，混合均勻得到A溶液； (2)將權(quán)利要求1所述的表面活性劑、烷氧基硅烷、滲透增強劑加入到石油醚中，混合均勻得到B溶液； (3)在高速分散條件下，將A溶液滴加入B溶液中；滴加完畢后，保持高速分散直至液體形成膏狀，即為所述的水性有機硅膏體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于:步驟(3)高速分散時A溶液的分散粒徑線速度為8m/s， A溶液的滴加速度為10~20g/min ? kg。
【文檔編號】C04B41/50GK103626518SQ201310632586
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月2日
【發(fā)明者】陳曉龍, 施恩斌 申請人:蘇州市建筑科學研究院有限公司