本发明公开了一种硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的制备方法，包括：将氢气与氧气按比例混合，通入第一反应釜内的硅酸钠溶液中；将四氯化硅液体除水、精馏、分子筛处理，得到含过氧化物的四氯化硅气体；将得到的气体通入第一反应釜内，升温、加压，反应30分钟；向第一反应釜通入纯净空气进行气体置换；将第一反应釜的产物通入碱洗塔、干燥塔后送至第二反应釜；向第二反应釜加入乙醇，升温至80℃并通入γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷溶液，反应1～1.5小时；将产物进行分离、洗涤和干燥；将得到的固体颗粒溶于水，制得所述防护涂料。该涂料渗透性强、抗冻融、耐酸碱、防护效果好，粘结性和耐久性强且制备、施工简单，成本低。
1.一种硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的制备方法，包括以下步骤：将氢气与氧气按体积比1:1.5混合，通入第一反应釜内的硅酸钠溶液中；
将四氯化硅液体进行除水、精馏、分子筛处理，得到含有少量过氧化物的四氯化硅气体；
将上述含有少量过氧化物的四氯化硅气体通入所述第一反应釜内的硅酸钠溶液中，其中四氯化硅气体、氢气和氧气的摩尔比为(1～1.5):1:1.5，控制四氯化硅气体、氢气和氧气的流量，加热温度控制在1500℃，压力控制在1.8～2.0Mpa，反应时间保持30分钟；
向第一反应釜内通入纯净空气，对反应釜内的气体进行置换并保持反应釜安全压力；
将第一反应釜中的反应产物依次通入碱洗塔、干燥塔后送至第二反应釜，向第二反应釜内加入乙醇，使所述反应产物与乙醇的质量比为1:3，采用超声波使其混合，然后升温至
80℃并缓慢通入γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷溶液，反应1～1.5小时，对晶型进行控制；
将第二反应釜内的产物进行旋风分离、洗涤和干燥，得到固体颗粒；
根据施工要求，将所述固体颗粒溶于适量水中，得到所述无机纳米渗透型防护涂料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述四氯化硅气体中，过氧化物含量≤0.1wt％。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：在对所述四氯化硅液体进行精馏的过程中，对馏出组分进行2～3次再精馏提纯。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述氢气和氧气的混合气体通入第一反应釜吹30分钟后，再将所述含有少量过氧化物的四氯化硅气体通入所述第一反应釜内的硅酸钠溶液中。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将所述氢气和氧气混合前先对它们进行加压、干燥和除杂处理。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷溶液为γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的醇溶液。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述四氯化硅气体、氢气和氧气的摩尔比为1:1:1.5。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将所述固体颗粒溶于适量水中时，控制溶液的pH为8。
9.权利要求1‑8中任一项所述制备方法制备的硅质无机纳米渗透型防护涂料在混凝土结构防护方面的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述防护涂料中溶质的质量分数为20％～25％。
一种硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及防护涂料领域，特别涉及一种硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的制备方法。
背景技术
[0002] 化学侵蚀、冻融破坏和氯盐等环境条件下混凝土结构表面防护是保证混凝土结构耐久性的重要措施，《铁路混凝土结构耐久性修补及防护》规范对此提出了明确要求。
[0003] 在混凝土结构表面涂刷防护材料是目前常用的防护措施，防护材料包括有机和无机两大类。其中，有机类防护材料耐久性较差，且粘结性不强，需定期重复施工，成本较高；
无机类防护材料颗粒较大，对于孔隙较小的混凝土结构渗透性不强，难以形成一定厚度的
防护层，防护效果不佳。
发明内容
[0004] 为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种硅质无机纳米渗透型防护涂料，能够渗透入混凝土等结构内部，具有良好的防护性能。
[0005] 一种硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的制备方法，包括以下步骤：
[0006] 将氢气与氧气按体积比1:1.5混合，通入第一反应釜内的硅酸钠溶液中；
[0007] 将四氯化硅液体进行除水、精馏、分子筛处理，得到含有少量过氧化物的四氯化硅气体。
[0008] 将上述含有少量过氧化物的四氯化硅气体通入所述第一反应釜内的硅酸钠溶液中，其中四氯化硅气体、氢气和氧气的摩尔比为(1～1.5):1:1.5，控制四氯化硅气体、氢气
和氧气的流量，加热温度控制在1500℃，压力控制在1.8～2.0Mpa，反应时间保持30分钟；
[0009] 向第一反应釜内通入纯净空气，对反应釜内的气体进行置换并保持反应釜安全压力；
[0010] 将第一反应釜中的反应产物依次通入碱洗塔、干燥塔后送至第二反应釜，向第二反应釜内加入乙醇，使所述反应产物与乙醇的质量比为1:3，采用超声波使其混合，然后升
温至80℃并缓慢通入γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷溶液，反应1～1.5小时，对晶型进
行控制；
[0011] 将第二反应釜内的产物进行旋风分离、洗涤和干燥，得到固体颗粒；
[0012] 根据施工要求，将所述固体颗粒溶于适量水中，得到所述硅质无机纳米渗透型防护涂料。
[0013] 所述四氯化硅气体中，过氧化物含量≤0.1wt％。
[0014] 优选的是，在对所述四氯化硅液体进行精馏过程中，对馏出组分进行2～3次再精馏提纯；
[0015] 优选的是，所述氢气和氧气的混合气体通入第一反应釜吹30分钟后，再将所述含有少量过氧化物的四氯化硅气体通入所述第一反应釜内的硅酸钠溶液中。
[0016] 优选的是，将所述氢气和氧气混合前先对它们进行加压、干燥和除杂处理。
[0017] 优选的是，所述γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷溶液为γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷的醇溶液。
[0018] 优选的是，所述四氯化硅气体、氢气和氧气的摩尔比为1:1:1.5。
[0019] 优选的是，将所述固体颗粒溶于适量水中时，控制溶液的pH为8。
[0020] 本发明还提供一种上述制备方法制备的硅质无机纳米渗透型防护涂料在混凝土结构防护方面的应用。
[0021] 优选的是，所述防护涂料中溶质的质量分数为20％～25％。
[0022] 本发明具有以下有益效果：
[0023] 1.本发明的硅质无机纳米渗透型防护涂料能与混凝土中的碱性物质反应形成硅晶体，牢牢嵌入混凝土结构的孔隙中，形成不可分割的屏蔽层，增强混凝土表面的密实度，
且硅晶体本身质地坚硬，对混凝土结构起到加强作用。
[0024] 2.该涂料的主体材料为纳米级，尺寸小、渗透性强，能够填充混凝土材料内部的毛细孔，与硅烷等目前常用的防护材料相比，其抗冻融、耐酸碱、氯离子吸收降低率等性能提
升20‑50％，防护效果好；
[0025] 3.该涂料的主体材料比表面积大，能够改善混凝土界面的综合性能、优化界面结构，其与无机和有机类材料均具有较好的粘结性，耐久性强；
[0026] 4.本发明的制备方法和施工工艺简单、成本低，不含重金属，无毒，不可燃，不挥发，对施工环境无害；
[0027] 5.本发明所制备的防护涂料具有用量少、效率高、环保等有点。相较于其他产品本防护涂料对涂层具有更好的保护作用。
具体实施方式
[0028] 以下对本发明的制备方法进行详细说明。
[0029] 本发明的硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的制备方法包括以下步骤：
[0030] 将氢气与氧气按体积比1:1.5混合，经加压、干燥、除杂后通入第一反应釜内的硅酸钠溶液中；
[0031] 将四氯化硅液体经过除水、精馏、分子筛处理后得到含有少量过氧化物的四氯化硅气体(分子筛处理后，温度均维持在四氯化硅沸点以上)。此步骤中，应保证气相色谱四氯
化硅含量不低于99.9wt％，过氧化物含量不大于0.1wt％。所述少量过氧化物通过副反应生
成，由四氯化硅与水、氧反应得到。
[0032] 将上述含有少量过氧化物的四氯化硅气体送至第一反应釜内的硅酸钠溶液中。四氯化硅气体与氢气、氧气的体积比(1～1.5)：1：1.5。此过程中，应控制四氯化硅气体、氢气
和氧气的流量，具体流量由设备、投料量共同决定，保证投料比及设备压力即可，加热温度
控制在1500℃，压力控制在1.8～2.0Mpa，反应时间为30分钟。
[0033] 上述过程中，硅酸钠采用过量用量，建议过量30wt％。在本发明的一个实施例中，所述四氯化硅气体、氢气和氧气的摩尔比为1:1:1.5。
[0034] 在第一反应釜中发生以下反应：
[0035] SiCl4+2H2O＝SiO2+4HCl,
[0036] Na2SiO3+2HCl＝H2SiO3+2NaCl,
[0037] H2SiO3＝SiO2+H2O，
[0038] 得到产物二氧化硅。
[0039] 之后，以纯净空气置换反应釜内的气体(保持反应釜安全压力即可)，将第一反应釜中的产物依次通入碱洗塔、干燥塔，除去产物中的有机物和水，之后送至第二反应釜中。
[0040] 向第二反应釜中加入乙醇。在本发明的一个实施例中，产物：乙醇的质量比＝1：3，并采用超声波混合。使第二反应釜升温至80℃，并缓慢通入γ‑甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基
硅烷(γ‑MAPS)溶液(溶剂采用可互溶的有机溶剂，本发明的实施例中采用醇类)，处理时间
为1～1.5小时，进行晶型控制。
[0041] 然后，将第二反应釜内的产物依次通入旋风分离器、洗涤塔和干燥塔，得到粒径为10～20nm的固体颗粒。
[0042] 根据施工要求，将上述固体颗粒溶于适量水中，得到硅质无机纳米渗透型防护涂料。
[0043] 上述硅质无机纳米渗透型防护涂料可用于混凝土结构的防护处理。优选的是，所述防护涂料中溶质的质量分数为20％～25％。将所述固体颗粒溶于适量水中时，控制溶液
的pH为8。
[0044] 使用该防护涂料时，将该涂料涂覆到需防护的材料表面，晾干即可。
[0045] 根据本发明的一个实施例制得的硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料的性能测试结果见下表：
[0046]
[0047] 由上表的测试数据可知:
[0048] 1、本发明的硅质无机纳米渗透型混凝土结构防护涂料能够牢牢嵌入混凝土结构的孔隙中，形成不可分割的屏蔽层，增强混凝土表面的密实度，对混凝土结构起到加强作
用；
[0049] 2、该涂料的抗冻融、耐酸碱、氯离子吸收降低率等性能较好，因此具有较好的防护效果；
[0050] 3、该涂料耐酸碱性好，长期使用不会发生表面粉化和产生裂纹。
