混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法

摘要

本发明提供了一种混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，所得混凝土侵蚀介质抑制材料，具有良好的防水、堵孔的效果。所述制备方法如下：由包括疏水性硬脂酸/硬脂酸盐、可选的有机硅烷A、疏水改性纳米二氧化硅、分散剂、乳化剂、可选的增稠剂、可选的消泡剂和水的组分混合制成乳液，得到混凝土侵蚀介质抑制材料；其中疏水性硬脂酸/硬脂酸盐、有机硅烷A、疏水改性纳米二氧化硅的质量百分含量分别为：硬脂酸/硬脂酸盐10％‑20％、有机硅烷0‑10％、疏水改性纳米二氧化硅20％‑40％，所述疏水改性纳米二氧化硅由纳米二氧化硅与有机硅烷B加热反应后得到，所述有机硅烷B的质量为纳米二氧化硅的5％‑10％。

权利要求

1.一种混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，由包括疏水性硬脂酸/硬脂酸盐、可选的有机硅烷A、疏水改性纳米二氧化硅、分散剂、乳化剂、可选的增稠剂、可选的消泡剂和水的组分混合制成乳液，得到混凝土侵蚀介质抑制材料；其中疏水性硬脂酸/硬脂酸盐、有机硅烷A、疏水改性纳米二氧化硅的质量百分含量分别为：硬脂酸/硬脂酸盐10％-

20％、有机硅烷0-10％、疏水改性纳米二氧化硅20％-40％，所述疏水改性纳米二氧化硅由纳米二氧化硅与有机硅烷B加热反应后得到，所述有机硅烷B的质量为纳米二氧化硅的5％-

10％。

2.如权利要求1所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，将所述组分混合制成乳液的具体方法为：将硬脂酸/硬脂酸盐、可选的有机硅烷A、乳化剂、预乳化用水混合，在硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A完全融化状态下于50℃以上高速剪切乳化，所述预乳化用水的质量为组分中全部用水量的10％-50％；

然后在1min以内快速加入5-30℃剩余的水，高速剪切搅拌至混合均匀；

继续加入分散剂、疏水改性纳米二氧化硅、可选的增稠剂和可选的消泡剂，混合均匀得到乳液，即为所述混凝土侵蚀介质抑制材料。

3.如权利要求2所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，将硬脂酸/硬脂酸盐、有机硅烷加热到65-200℃融化，加入乳化剂、50-100℃的预乳化用水组成的水分散液，在50℃以上高速剪切乳化。

4.如权利要求2所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述高速剪切乳化是在1500-3000r/min转速下高速剪切10-30min，所述高速剪切搅拌是在1500-

3000r/min高速剪切搅拌10-30min。

5.如权利要求1-4中任一项所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述乳化剂包括非离子乳化剂和阴离子乳化剂，其中非离子乳化剂和阴离子乳化剂在混凝土侵蚀介质抑制材料中的质量百分比分别为1.5％～3.5％、0.1％～0.3％。

6.如权利要求5所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述非离子乳化剂为平平加15、平平加20、平平加25、吐温60、吐温80、吐温70、吐温85、蓖麻油聚氧乙烯醚EL-40、蓖麻油聚氧乙烯醚EL-60中的至少一种；

阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠、辛癸醇醚硫酸钠、异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、醇醚磺基琥珀酸单酯二钠盐中的至少一种。

7.如权利要求1-4中任一项所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂或有机硅分散剂，在混凝土侵蚀介质抑制材料组分中的质量百分比为1％-5％；

所述增稠剂为聚乙二醇、聚丙烯酰胺或羟乙基纤维素中的至少一种，在混凝土侵蚀介质抑制材料组分中的质量百分比为0-1％；

所述消泡剂为矿物油消泡剂，在混凝土侵蚀介质抑制材料组分中的质量百分比为0-

0.3％。

8.如权利要求7所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为5000-20000，所述聚丙烯酰胺的分子量不小于300万，所述羟乙基纤维素的粘度为20000-50000mPa·s。

9.如权利要求1-4中任一项所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述硬脂酸/硬脂酸盐为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬酯酸铵中的至少一种。

10.如权利要求1-4中任一项所述的混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，其特征在于，所述的有机硅烷A、有机硅烷B互相独立地为正辛基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷。

说明书

混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及混凝土领域，特别是涉及一种混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法。

背景技术

[0002] 混凝土是当今土木建筑工程当中应用最广的建筑材料，但是当今很多混凝土材料由于各种原因提前失效，有些是由于结构设计不当导致，但大多数是由于结构的耐久性不足、腐蚀而导致的失效。在腐蚀过程中水起着很重要的作用,特别是沿海地区的混凝土材料，由于海洋和空气中潮湿的水分而被侵蚀，再加上海水中富含的氯化物盐类，侵入混凝土结构内部，使其因被腐蚀而导致失效。因此，提高防水抗渗能力对于提高混凝土的耐久性具有重要意义。

[0003] 在混凝土中加入防水剂可以提高其防水抗渗能力。目前的防水剂种类品种繁多，其中无机类防水剂的主要成分有氯盐、氯锂酸盐、硫酸盐、水玻璃、锆化合物、矿物粉末等；有机物类防水剂的主要成分有脂肪酸金属盐和各种乳液，近年来还发展了一种膨胀剂为主剂，复合其它外加剂的膨胀型防水剂，但使用不当会造成混凝土开裂。现有的防水剂防水效果有限，尚不能满足建筑工程的防水抗渗需要。

发明内容

[0004] 发明目的

[0005] 本发明提供一种混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法，所得混凝土侵蚀介质抑制材料，具有良好的防水、堵孔的效果。

[0006] 发明概述

[0007] 本发明所述混凝土侵蚀介质抑制材料的制备方法如下：

[0008] 由包括疏水性硬脂酸/硬脂酸盐、可选的有机硅烷A、疏水改性纳米二氧化硅、分散剂、乳化剂、可选的增稠剂、可选的消泡剂和水的组分混合制成乳液，得到混凝土侵蚀介质抑制材料；其中疏水性硬脂酸/硬脂酸盐、有机硅烷A、疏水改性纳米二氧化硅的质量百分含量分别为：硬脂酸/硬脂酸盐10％-20％、有机硅烷0-10％、疏水改性纳米二氧化硅20％-40％，所述疏水改性纳米二氧化硅由纳米二氧化硅与有机硅烷B加热反应后得到，所述有机硅烷B的质量为纳米二氧化硅5％-10％。

[0009] 亲水性的纳米二氧化硅与硬脂酸/硬脂酸盐/硅烷体系相容性差，混合在一起制成乳液容易分层，采用上述方法进行改性后所得疏水改性纳米二氧化硅，既可以改变其过于亲水的性质，改善与硬脂酸/硬脂酸盐/硅烷体系的相容性，同时疏水性差于普通市售的疏水改性纳米二氧化硅，因为如果疏水性太好，反而需要更多的乳化剂才能有效乳化。乳化剂太多会增加混凝土的引气量，导致混凝土的致密度下降从而影响混凝土的耐久性；同时由于乳化剂基本都是亲水性的物质，量太多会影响起到防水和堵孔作用的混凝土侵蚀介质抑制材料的使用性能。所述疏水改性纳米二氧化硅采用已知方法改性得到，优选由纳米二氧化硅与有机硅烷B加热到90-100℃反应90-120min后得到。

[0010] 优选的，将所述组分混合制成乳液的具体方法为：

[0011] 将硬脂酸/硬脂酸盐、可选的有机硅烷A、乳化剂、预乳化用水混合，在硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A完全融化状态下于50℃以上高速剪切乳化，所述预乳化用水的质量为组分中全部用水量的10％-50％；

[0012] 然后在1min以内快速加入5-30℃剩余的水，高速剪切搅拌至混合均匀；

[0013] 继续加入分散剂、疏水改性纳米二氧化硅、可选的增稠剂和可选的消泡剂，混合均匀得到乳液，即为所述混凝土侵蚀介质抑制材料。

[0014] 所述“将硬脂酸/硬脂酸盐、可选的有机硅烷A、乳化剂、预乳化用水混合，在硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A完全融化状态下于50℃以上高速剪切乳化”，是指高速剪切乳化时，硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A需要一直处于融化状态，为了达到这一目的，可以先将硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A融化，再与乳化剂、预乳化用水组成的热的水分散液混合(乳化剂也可在硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A融化时加入)，然后在50℃以上高速剪切乳化，也可以直接将硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A、乳化剂、预乳化用水混合后加热，使硬脂酸/硬脂酸盐和有机硅烷A完全融化后，在50℃以上高速剪切乳化。优选的是：将硬脂酸/硬脂酸盐、有机硅烷加热到65-200℃融化，加入乳化剂、50-100℃的预乳化用水组成的水分散液，在50℃以上高速剪切乳化。

[0015] 采用上述方法制备混凝土侵蚀介质抑制材料，无需自然冷却过程，操作简单又高效节能；而且在只有少量乳化剂的条件下就可以制备稳定的水分蒸发抑制剂乳液。因此，采用所述方法可制备高固含量的混凝土侵蚀介质抑制材料。

[0016] 高速剪切乳化方法为本领域公知技术，本领域技术人员可经试验确定具体转速和混合时间。优选的，所述高速剪切乳化是在1500-3000r/min转速下高速剪切10-30min，所述高速剪切搅拌是在1500-3000r/min高速剪切搅拌10-30min。

[0017] 优选的，所述硬脂酸/硬脂酸盐为硬脂酸、硬脂酸铝、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬酯酸铵中的至少一种。

[0018] 优选的，所述的有机硅烷A、有机硅烷B互相独立地为正辛基三乙氧基硅烷、丙基三乙氧基硅烷或甲基三乙氧基硅烷。

[0019] 乳化剂、分散剂、增稠剂和消泡剂为本领域常用组分，可经试验确定具体物质。

[0020] 优选的，所述乳化剂包括非离子乳化剂和阴离子乳化剂，其中非离子乳化剂和阴离子乳化剂在混凝土侵蚀介质抑制材料中的质量百分比分别为1.5％～3.5％、0.1％～0.3％。更优选所述非离子乳化剂为平平加15、平平加20、平平加25、吐温60、吐温80、吐温
70、吐温85、蓖麻油聚氧乙烯醚EL-40、蓖麻油聚氧乙烯醚EL-60中的至少一种；

[0021] 阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠、乙氧基化烷基硫酸钠、辛癸醇醚硫酸钠、异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠、月桂醇醚硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、醇醚磺基琥珀酸单酯二钠盐中的至少一种。

[0022] 优选的，

[0023] 所述分散剂为聚丙烯酸钠分散剂或有机硅分散剂，更优选为聚丙烯酸钠分散剂，其在混凝土侵蚀介质抑制材料组分中的质量百分比为1％-5％；

[0024] 所述增稠剂为聚乙二醇、聚丙烯酰胺或羟乙基纤维素中的至少一种，在混凝土侵蚀介质抑制材料组分中的质量百分比为0-1％；其中，所述聚乙二醇的分子量优选为5000-20000，所述聚丙烯酰胺的分子量优选不小于300万，所述羟乙基纤维素的粘度优选为
20000-50000mPa·s；

[0025] 所述消泡剂为矿物油消泡剂，在混凝土侵蚀介质抑制材料组分中的质量百分比为0-0.3％。

[0026] 所述“至少一种”，是指可使用可选物质中一种或两种以上任意比例的混合物。

[0027] 本发明的优点是：

[0028] (1)疏水性硬脂酸/硬脂酸盐具有跟硅烷相当的疏水效果，可与硅烷复合，且价格便宜；

[0029] (2)具有纳米尺寸的疏水改性纳米二氧化硅对混凝土不仅具有优异的堵孔效应，可防止水和氯化物盐类通过毛细孔进入混凝土内部，从而大大提高混凝土的耐久性，同时，疏水改性纳米二氧化硅可大大改善原来亲水的纳米二氧化硅和疏水性强的硅烷、硬脂酸/硬脂酸盐的相容性从而提高混凝土侵蚀介质抑制材料的稳定性；

[0030] (3)采用优选的乳化制备工艺无需自然冷却过程，操作简单又高效节能；而且在只有少量乳化剂的条件下就可以制备相对高固含量稳定的混凝土侵蚀介质抑制材料。

具体实施方式

[0031] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明的内容作进一步的说明，但本发明的内容并不局限于实施例表述的范围。

[0032] 各实施例中，混凝土电通量按照行业标准JTJ 275-2000《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》要求测定。氯离子浓度按照GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》要求测定，混凝土抗压强度按照GB/T107-87《混凝土强度检验评定标准》，混凝土吸水率按照英国标准BS 1881-122-2011《aa》要求测定。

[0033] 稳定性测试方法：3000r/min离心10min，观察有无沉淀、漂浮物等不均匀现象。

[0034] 实施例中所用物质如表1所示。

[0035] 表1

[0036]物质 厂家 纯度 粘度或分子量
硬脂酸/硬脂酸盐 国药集团化学试剂有限公司 ≥99％  
脂肪酸盐 上海凌峰化学试剂有限公司 ≥99％  
有机硅烷 杭州杰西卡化工有限公司 ≥95％  
羟乙基纤维素 常州市凯杰化工有限公司 ≥85％ 粘度50000mPa·s
聚丙烯酰胺 国药集团化学试剂有限公司 ≥85％ 分子量≥300万
聚乙二醇 海安石油化工有限公司 ≥99％ 分子量5000-20000
蓖麻油聚氧乙烯醚类乳化剂 临沂市兰山区绿森化工有限公司 ≥99％  
吐温乳化剂 海安石油化工有限公司 ≥99％  
平平加乳化剂 海安石油化工有限公司 ≥98％  
阴离子乳化剂 临沂市兰山区绿森化工有限公司 ≥99％  

[0037] 实施例1

[0038] 将200g纳米二氧化硅、10g甲基三甲氧基硅烷混合均匀，持续搅拌并加热到100℃反应90min，即得到疏水改性纳米二氧化硅；

[0039] 将50g硬脂酸加热到65℃融化，加入由5g非离子乳化剂平平加20、1g十二烷基硫酸钠SDS、50g 65℃的水组成的水分散液，1500r/min高速剪切10min，然后快速加入284g的25℃水搅拌10min，继续加入5g聚丙烯酸钠分散剂、100g疏水改性过的纳米二氧化硅、5g羟乙基纤维素增稠剂、0.5g矿物油消泡剂，即得到混凝土侵蚀介质抑制材料。测试其固含量为33％。

[0040] 实施例2

[0041] 将200g纳米二氧化硅、10g甲基三乙氧基硅烷混合均匀，持续搅拌并加热到100℃反应90min，即得到疏水改性纳米二氧化硅；

[0042] 将50g硬脂酸加热到75℃融化，加入由5g甲基三乙氧基硅烷、9g非离子乳化剂吐温80、1g乙氧基化烷基硫酸钠、50g 75℃的水组成的水分散液，2000r/min高速剪切20min，然后快速加入223g的25℃水搅拌10min，继续加入10g聚丙烯酸钠分散剂、150g疏水改性过的纳米二氧化硅、2g羟乙基纤维素增稠剂、0.5g矿物油消泡剂，即得到混凝土侵蚀介质抑制材料。测试其固含量为45％。

[0043] 实施例3

[0044] 将200g纳米二氧化硅、10g丙基三乙氧基硅烷混合均匀，持续搅拌并加热到100℃反应90min，即得到疏水改性纳米二氧化硅；

[0045] 将50g硬脂酸加热到85℃融化，加入由10g丙基三乙氧基硅烷、9g非离子乳化剂吐温80、1g异构醇聚氧乙烯醚硫酸钠、50g 85℃的水组成的水分散液，2000r/min高速剪切20min，然后快速加入162g的15℃水搅拌20min，继续加入15g聚丙烯酸钠分散剂、200g疏水改性过的纳米二氧化硅、4g羟乙基纤维素增稠剂，即得到混凝土侵蚀介质抑制材料。测试其固含量为58％。

[0046] 实施例4

[0047] 将200g纳米二氧化硅、10g辛基三乙氧基硅烷混合均匀，持续搅拌并加热到100℃反应90min，即得到疏水改性纳米二氧化硅；

[0048] 将75g硬脂酸加热到85℃融化，加入由12g非离子乳化剂蓖麻油聚氧乙烯醚EL-40、1g月桂醇醚硫酸钠、75g 85℃的水组成的水分散液，2500r/min高速剪切20min，然后快速加入225g的15℃水搅拌20min，继续加入10g聚丙烯酸钠分散剂、100g疏水改性过的纳米二氧化硅、1g聚丙烯酰胺增稠剂、0.5g矿物油消泡剂，即得到混凝土侵蚀介质抑制材料。测试其固含量为40％。

[0049] 实施例5

[0050] 将200g纳米二氧化硅、10g辛基三乙氧基硅烷混合均匀，加热到100℃反应90min，即得到疏水改性纳米二氧化硅；

[0051] 将50g硬脂酸加热到85℃融化，加入由25g辛基三乙氧基硅烷、12g非离子乳化剂吐温60、1g十二烷基苯磺酸钠、75g 85℃的水组成的水分散液，3000r/min高速剪切30min，然后快速加入169g的6℃水搅拌30min，继续加入15g聚丙烯酸钠分散剂、150g疏水改性过的纳米二氧化硅、3g聚丙烯酰胺增稠剂、0.5g矿物油消泡剂，即得到混凝土侵蚀介质抑制材料。测试其固含量为51％。

[0052] 实施例6

[0053] 将200g纳米二氧化硅、10g辛基三乙氧基硅烷混合均匀，持续搅拌并加热到100℃反应90min，即得到疏水改性纳米二氧化硅；

[0054] 将100g硬脂酸铝加热到150℃融化，加入由50g辛基三乙氧基硅烷、17g非离子乳化剂吐温85、1.5g十二烷基磺酸钠、100g 90℃的水组成的水分散液，3000r/min高速剪切30min，然后快速加入105g的6℃水搅拌30min，继续加入25g聚丙烯酸钠分散剂、100g疏水改性过的纳米二氧化硅、1.5g矿物油消泡剂，即得到混凝土侵蚀介质抑制材料。测试其固含量为60％。

[0055] 各实施例所得混凝土水分蒸发抑制剂的配比和稳定性如表2所示。表3为掺混凝土侵蚀介质抑制材料的混凝土性能测试结果。按照相同乳液固含量掺量(乳液的固体重量/混凝土重量＝0.7％)进行混凝土性能测试，并以未掺混凝土侵蚀介质抑制材料的空白混凝土作为对照，混凝土配合比为：水泥3.8Kg，粉煤灰1.66Kg，矿渣2.94Kg，沙子15Kg，大石15.15Kg，小石6.5Kg，水2.94Kg，其中水泥为海螺品牌P.C 42.5R水泥。掺入实施例1-6中的-12
混凝土侵蚀介质抑制材料的混凝土28天电通量≤1000C，28天氯离子浓度≤10×10 mg/cm2·d，含气量≤2％，28天抗压强度≥40MPa,吸水率≤2.0％。

[0056] 表2各实施例组分配比及固含量一览表

[0057]

[0058] 表3掺混凝土侵蚀介质抑制材料混凝土的性能测试结果

[0059]编号 28天龄期吸水率 28天龄期电通量 28天氯离子浓度
空白组 100％ 100％ 100％
实施例1 70％ 71％ 55％
实施例2 64％ 64％ 45％
实施例3 62％ 52％ 57％
实施例4 59％ 68％ 53％
实施例5 53％ 61％ 51％
实施例6 50％ 57％ 41％