CN102557727B - 建筑用水泥基渗透硬化材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水泥基渗透硬化材料及其制备方法。所述水泥基渗透硬化材料包括硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物、水性硅烷/硅氧烷、十二水硫酸铝钾和水。本发明还提供了使用所述水泥基渗透硬化材料提高水泥强度和/或耐磨性的方法及用途。
Description
技术领域
本发明为一种建筑用水泥基渗透硬化材料及其制备方法，具体涉及一种建筑工程中渗透至水泥砂浆、混凝土基层的硬化材料。
背景技术
普通水泥砂浆、混凝土由于空隙大而且非常多，容易发生碱-集料反应(Alkali Aggregation Reaction，AAR)，从而导致在其缝隙中发生泛碱。随着时间的推移，泛碱逐渐老化，从而导致工程中往往不可避免产生的开裂。这种开裂导致混凝土结构的强度降低，从而影响其表面的承重能力，当其表面承重过大时，进而导致开裂严重，从而使表层容易起灰、起砂，缩短了混凝土结构的使用寿命，严重时甚至无法正常使用。而且由于使用寿命的缩短将增加建筑成本，这是建筑界普遍存在的问题。比如，普通耐磨地面，除耐磨层本身强度较高外，本质上原水泥砂浆、混凝土层即水泥基层本身的物理、化学特性并无明显改变，一旦耐磨层磨损、剥落，直接面对基层水泥砂浆或混凝土，老化、起灰、起砂将明显加剧。中国专利公布CN1472258A提供了一种水泥基渗透结晶型防水材料及其制备方法，该防水材料由硅酸盐水泥、甲基萘磺酸钠缩合物、水性硅烷(或硅氧烷)乳液、十二水硫酸铝钾、氢氧化镁、硅酸钠、氢氧化钙、膨润土、石英砂组成，其通过渗透结晶过程对混凝土能够进行有效地防水，但未能彻底改善混凝土结构的强度问题，而且由于其组成成分较多，使得其制备过程较为复杂，同时，由于CN1472258A中提供的防水材料中存在一定量的碱，因此在水泥混凝土材料本身泛碱严重时不但造成材料的浪费，而且使得该组合物的效果严重下降。
综上所述，有必要寻找一种新型、环保、制备工艺简单而且效果好的建筑用水泥基渗透硬化材料。
发明内容
为了解决以上问题，本发明通过深入的研究，发现了一种建筑用水泥基渗透硬化材料，所述硬化材料的组成简单且绿色环保，充分利用缝隙及表面的泛碱，从根本上加强混凝土结构的强度，从而显著延长了其使用寿命。
在本发明的第一方面，提供了一种水泥基渗透硬化材料，包括硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物、水性硅烷/硅氧烷、十二水硫酸铝钾和水，其中各组分的重量比为：
在本发明的一个优选实施方案中，所述水泥基渗透硬化材料包括如下重量比的各组分：
在本发明的一个优选实施方案中，所述硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物选自硅酸锂、氟硅酸锌、氟硅酸镁或其混合物。
在本发明的另一方面，提供了一种提高已固化的水泥材料的强度的方法，包括下述步骤：将本发明的水泥基渗透硬化材料直接涂覆在所述已固化的水泥材料的表面。
根据本发明的一个优选实施方案，本发明的水泥基渗透硬化材料在涂覆水泥混凝土表面时的用量范围为30-100g/m2，优选为50-70g/m2。
在本发明的一个优选实施方案中，上述提高水泥材料强度的方法还包括下述步骤：在将本发明的水泥基渗透硬化材料涂覆在已固化的混凝土结构表面之前，先在所述混凝土结构表面涂覆一层碱混合物。
在本发明的另一个优选实施方案中，所述碱混合物包括无机碱和水。
在本发明的另一个优选实施方案中，所述碱混合物包括如下重量比的各组分：
水 100
氢氧化钙 0.1-0.2
氢氧化镁 0-0.01。
因此，在本发明的另一方面，还提供了本发明的水泥基渗透硬化材料用于提高已固化的水泥材料强度和/或耐磨性的用途。
本发明的优点在于：
(1)本发明组分少，制备过程简单。
(2)本发明生成的独特的针状晶体能填充封堵水泥砂浆、混凝土孔隙和毛细孔；
(3)本发明可以根据实际情况涂覆一层或两层，从而可以节约成本。
(4)渗透深度是超强的，渗透深度随着时间逐渐增长；
(5)加密强化作用是持久的；
(6)无毒、无污染，可安全地用于接触饮用水的水泥砂浆、混凝土结构等工程。
(7)本发明施工操作简单，对水泥砂浆、复杂混凝土基层的适应性好，可采用涂刷或喷涂等工艺操作，施工方法简单。
具体实施方式
在本发明的第一方面，提供了一种水泥基渗透硬化材料包括硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物、水性硅烷/硅氧烷乳液和十二水硫酸铝钾，其中各组分的重量比为：
在本发明的组合物材料中水性硅烷/硅氧烷是以乳液形式加入，“水性硅烷/硅氧烷”的重量比是指其中折算的固体含量的重量比。
“水性硅烷/硅氧烷”指的是水性硅烷或水性硅氧烷，或者这两者以任意比例混合的混合物。由于水性硅烷和/或水性硅氧烷在本发明中起水泥改性剂和交联剂的作用，并且在这方面水性硅烷和水性硅氧烷的性质极其近似，因此它们两者在本发明的材料中的具体比例并不重要。只要它们的总量在上述范围内即可。
在本发明的一个优选实施方案中，所述水泥基渗透硬化材料包括如下重量比的各组分：
在本发明的一个优选实施方案中，所述硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物选自硅酸锂、氟硅酸锌、氟硅酸镁或其混合物。
本发明的水泥基渗透硬化材料可以通过常规方法制备，即按前述各组分重量比例称量各组分，混合均匀，加水搅拌成溶液即可。由于各组分相互反应的反应活性很弱，因此本发明的水泥基渗透硬化材料的制备和储存方法不需要特殊的工艺或设备，方法简单，成本低廉。
本发明的水泥基渗透硬化材料是有机化学物质与无机化学物质的混合粉末，随着时间的推移，其成分通过渗透结晶过程填充普通的混凝土所产生的孔隙，从而能够增强结构的刚性，提高结构的承重能力以及延长使用寿命。
当本发明的材料涂覆在水泥砂浆、混凝土基面上时，由于基层表面附近的离子浓度较高，从而与水泥砂浆、混凝土内部有一定的浓度梯度，形成的浓度梯度为渗透创造了条件，其离子总体上从高浓度处向低浓度处迁移。随着离子的迁移，化学物质以及本发明中的胶凝成分也迁移到水泥基表层的孔隙中。当有机化学物质与本发明中的凝胶成分迁移至混凝土空隙中后，它们便开始进行类似普通水泥颗粒的水化反应。其活性化学物质与混凝土中未水化的水泥颗粒发生水化反应形成水泥硅化晶体，生成的大量晶体填充封堵混凝土的孔隙和毛细管，使渗透层加密强化。
本发明因其高的离子浓度，需要较普通水泥更长的时间来形成晶体。这种时间上的延迟是有利的，因为这使得水泥颗粒已经形成相互连接的孔隙和毛细孔。二次反应时，本发明开始形成晶体并填充孔隙使孔隙率降至更低。同时也因为本发明的凝结时间长，其晶体往往较水泥水化产物更小更致密。晶体这种尺寸上的减小和密度上的增大有助于重新增强填充普通水泥水化孔隙。由于本发明的渗透作用，其渗入混凝土的深度可达2厘米以上。本发明晶体能够很好地渗入到混凝土结构中，填充孔隙。
因此，在本发明的另一方面，提供了一种提高已固化的水泥材料的强度的方法，包括下述步骤：将本发明的水泥基渗透硬化材料涂覆在已固化的水泥混凝土的表面。
通过渗透硬化过程对水泥砂浆、混凝土进行有效地加密强化处理，从而可以增强混凝土结构的强度。
根据本发明的一个优选实施方案，本发明的水泥基渗透硬化材料在涂覆水泥混凝土表面时的用量范围为30-100g/m2，优选为50-70g/m2。
在水泥混凝土材料泛碱现象不是特别严重时，为了在水泥混凝土材料中形成如本发明所述的晶体，可以先在所述水泥混凝土材料上涂覆一层碱混合物，然后再涂覆本发明的水泥基渗透硬化材料。这样使得本发明的水泥基渗透硬化材料可以与所述碱混合物发生反应而生成晶体，从而更好地实现增强结构的刚性，提高结构的承重能力以及延长使用寿命的技术效果。
因此，在本发明的一个优选实施方案中，本发明的提高已固化的水泥材料的强度的方法还包括下述步骤：在将本发明的水泥基渗透硬化材料涂覆在已固化的混凝土结构表面之前，先在所述已固化的混凝土结构表面涂覆一层碱混合物。
在本发明的另一个优选实施方案中，所述碱混合物包括无机碱和水。
在本发明的另一个优选实施方案中，所述碱混合物包括如下重量比的各组分：
水 100
氢氧化钙 0.1-0.2
氢氧化镁 0-0.01。
通过将上述各组分混合，加水搅拌成溶液后，先将其涂覆在已固化的混凝土结构的表面，然后再将包括硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物、水性硅烷/硅氧烷、十二水硫酸铝钾和水的溶液涂覆在其表面。通过补充充足的碱，使得涂覆的两层成分渗透，从而填充混凝土结构中的孔隙，这就很好的实现了混凝土结构的渗透硬化，从而提高了水泥砂浆、混凝土的密度和强度。
因此，在本发明的另一方面，还提供了本发明的水泥基渗透硬化材料用于提高已固化的水泥材料强度和/或耐磨性的用途。
实施例
通过下述各实施例对本发明进行进一步的解释和说明，应当理解的是，下述各实施例的目的在于使本领域技术人员更好地理解和实施本发明，并不是为了限制本发明的范围。在下述各实施例中，除非特别说明，所使用的温度为室温，所使用的压力为常压。
下述各实施例中测试所用的水泥样品为C25水泥混凝土。测定方法如GB/T 12988所述，通过磨坑长度来表示水泥样品的强度和耐磨0性指标。
实施例1-5
在实施例1-5中，按照表1所示的组分重量比分别制备了五种本发明的水泥基渗透硬化材料，并分别测定其对C25水泥混凝土的耐磨性的改善情况，
表1几种不同配比的水泥基硬化材料配方
将根据上述配方制成的水泥基渗透硬化材料涂刷在C25水泥混凝土表面，待干燥一周后，按照GB/T 12988所述方法打磨，通过测量磨坑长度来评估水泥混凝土材料的耐磨性。以未经本发明的水泥基渗透硬化材料处理的标准C25水泥混凝土作为对照，经各实施例的水泥基渗透硬化材料处理过的水泥混凝土的磨坑长度如表2所示：
表2经实施例1-5的水泥基渗透硬化材料处理过的水泥混凝土的磨坑长度
| 未处理 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
| 磨坑长度(mm) | 35.0 | 24.1 | 22.3 | 18.5 | 20.6 | 23.1 |
由JC/T446-2000标准可知，按照GB/T 12988所述方法进行测量，若32.0＜磨坑长度≤35.0(mm)时，即为合格品；若28.0＜磨坑长度≤32.0时，即为一等品；若磨坑长度≤28.0(mm)，则为优等品。由表2的数据可以看出，经本发明的水泥基渗透硬化材料处理过的水泥混凝土材料的磨坑长度都小于28.0mm，也就是说，未经处理的“合格品”在经过处理后变为“优等品”，说明本发明的水泥基渗透硬化材料能够显著改善水泥的耐磨性。
通过比较发现，实施例3的配方处理过的混凝土材料磨坑长度最小，即该水泥基渗透硬化材料性能最好。因此，采用实施例3中的各组分的比例进行后续实验。
实施例6-11
在实施例6-11中，按照表3所示的组分重量比分别制备了六种碱混合物。
表3几种不同配比的碱混合物配方
| 组成 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 | 实施例11 |
| 水 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 氢氧化钙 | 0.10 | 0.12 | 0.14 | 0.16 | 0.18 | 0.20 |
| 氢氧化镁 | 0.009 | 0.007 | 0.005 | 0.003 | 0.002 | 0 |
将上述所得的碱混合物分别涂刷在C25水泥混凝土表面上，待干燥后再将按照实施例3配方制备的本发明的水泥基渗透硬化材料涂刷于该混凝土表面，待干燥一周后，按照GB/T 12988所述方法打磨，通过测量磨坑长度来评估水泥混凝土材料的耐磨性。分别以未经本发明的水泥基渗透硬化材料处理的标准C25水泥混凝土和仅经过实施例3的水泥基渗透硬化材料处理的C25水泥混凝土作为对照，经实施例6-11的碱混合物进行预处理后再经实施例3所述水泥基渗透硬化材料处理的水泥混凝土的磨坑长度，如表4所示。
表4
由表4可以看出，经过实施例6-11的碱混合物预处理再经实施例3的水泥基渗透硬化材料处理的水泥混凝土的磨坑长度均小于仅经实施例3的水泥基渗透硬化材料处理的水泥混凝土的磨坑长度。由此可见，先使用本发明所述的碱混合物进行预处理，能够进一步增强水泥混凝土的耐磨度。因此我们可以根据实际需要，对水泥基选择性的涂覆一层或者两层水泥基材料，从而最优化地增强其强度。
Claims (4)
1.一种提高已固化的水泥材料的强度的方法，包括下述步骤：将水泥基渗透硬化材料直接涂覆在所述已固化的水泥材料的表面，所述水泥基渗透硬化材料，包括硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物、水性硅烷/硅氧烷、十二水硫酸铝钾和水，其中各组分的重量比为：
在将水泥基渗透硬化材料直接涂覆在所述已固化的水泥材料的表面之前，先在所述水泥材料的表面涂覆一层碱混合物，所述碱混合物包括无机碱和水，其中所述碱混合物包括如下重量比的各组分：
水 100
氢氧化钙 0.1-0.2
氢氧化镁 0-0.01。
2.根据权利要求1的方法，其中所述水泥基渗透硬化材料中各组分的重量比为：
3.根据权利要求1的方法，其中所述硅酸盐或氟硅酸盐或其混合物选自硅酸锂、氟硅酸锌、氟硅酸镁或其混合物。
4.根据权利要求1的方法，其中所述水泥基渗透硬化材料在涂覆水泥混凝土表面时的用量范围为30-100g/m2。
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