本发明属于建筑用修补材料，具体涉及一种可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂及其制备方法和应用。
背景技术：
混凝土属于刚性建筑材料，所以在硬化过程中会产生各种裂缝，有干缩裂缝、温度裂缝、结构受力裂缝等等，混凝土一旦出现裂缝，水、二氧化碳、有害离子等就会从裂缝处侵入，导致钢筋锈蚀，钢筋一旦锈蚀，混凝土结构就会进一步劣化，所以必须对混凝土裂缝进行修复。通常的裂缝修复技术有填充法(针对裂缝宽度1.0mm以上)、灌注法(针对裂缝宽度0.2-1.0mm)和表面封闭法(针对裂缝宽度0.2mm以下)，常用的修复材料分为有机类和无机类两大类，有机类的材料有环氧树脂、聚氨酯等，缺点是跟无机的硅酸盐水泥本体不相容，不耐紫外线，耐久性差，容易剥落，无机类的材料有水泥基类修补材料，如堵漏王等，缺点是水泥基材料对湿润养护要求较高，硬化后易收缩，与原有老混凝土粘结力较差。再者，现有的修补材料不管是有机类的还是无机类的，浆液硬化体的颜色与周围混凝土的颜色都有明显的区别，不能消除裂缝的痕迹，恢复美观。
因此，如果能开发一种可调颜色的无机类修复材料，不需要湿润养护，不收缩且粘结力强，则将会大大提高工程领域修复混凝土裂缝的水平。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂，本发明的修补剂是一种可调颜色的无机类修复材料，不需要湿润养护，不收缩且粘结力强，可以大大提高工程领域修复混凝土裂缝的水平，此外可以消除裂缝的痕迹，恢复美观。
本发明还提供了所述一种可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂的制备方法和应用及使用方法。
技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂，其特征在于，包括渗透剂和填充剂，所述渗透剂主要由以下重量份的原料制成：硅酸钠10～15份，硅酸钾10～15份，硅酸锂5～8份，表面活性剂0.05～0.15份，抗冻结剂0.06～0.1份，表面强化剂0.4～0.8份，防锈剂0.2～0.4份，水53～69份；所述填充剂主要由以下重量份的原料制成：硅酸锂溶液8～12份，聚合物丙乳3～5份，无机渗透憎水剂7～10份，重钙粉23～28份，石英砂12～16份，轻钙粉15～18份，防沉剂0.3～0.5份，丙烯酸胶粉3～5份，羟乙基甲基纤维素0.5～1份，消泡剂0.25～0.5份，分散剂0.5～0.75份，水28～32份，颜料0～0.8份。
其中，渗透剂中，所述硅酸钾溶液为质量分数30-40％的硅酸钾水溶液，硅酸锂溶液为质量分数20-30％的硅酸锂水溶液，硅酸钠溶液为质量分数30-40％的硅酸钠水溶液；填充剂中，所述硅酸锂溶液为质量分数20-30％的硅酸锂水溶液。
作为优选，渗透剂中，所述硅酸钾溶液为质量分数30％的硅酸钾水溶液、硅酸锂溶液为质量分数20％的硅酸锂水溶液，硅酸钠溶液为质量分数40％的硅酸钠水溶液；填充剂中，所述硅酸锂溶液为质量分数20％的硅酸锂水溶液。
所述硅酸钾溶液、硅酸锂溶液、硅酸钠溶液为主成分参与反应形成结晶物，其作用是能够与混凝土内部孔溶液中的钙离子发生化学反应，生成casio3晶体，填充裂纹和孔隙，达到增加密实性和防水效果。此外，还可以与混凝土中水化产物ca(oh)2作用，生成c-s-h(xcao·sio2·yh2o)凝胶防水层，提高混凝土防水功能。所述渗透剂中硅酸锂溶液不仅能参与上述反应，且硅酸锂区别于硅酸钠和硅酸钾，硅酸锂具有自干成膜的特性，且成膜具有水不可逆性，能够封闭混凝土表面裂缝；所述填充剂中硅酸锂在上述作用的同时，还具有粘结填料的作用。
其中，所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。其主要作用是降低界面的表面张力，促进材料的渗透。另外，表面活性剂还能起到分散的作用，阻碍硅酸钠胶体粒子的团聚，使得硅酸钠保持以纳米级的尺寸，有利于沿着毛细管渗透。
其中，所述抗冻结剂为碳酸钾。其能显著降低冰点，不仅能保证材料在-10℃温度下不发生冻结，还能使混凝土液相不冻结或部分冻结，保证混凝土不遭受冻害。
作为优选，所述表面强化剂为六氟硅酸镁，能固定混凝土表面的氢氧化钙等产物，防止表面风化，提高表面的强度、硬度和耐磨性。
所述防锈剂为氢氧化二氨合银，能防止混凝土中的钢筋锈蚀。
进一步地，所述水为去离子水，电阻率大于等于10兆欧·厘米。
其中，所述分散剂为硬脂酰胺，它的主要作用是使融合后的粉料分散均匀，有利于提高材料硬化后的强度。
所述消泡剂为二甲基硅油，它的主要作用是消除材料泡沫，减少硬化后的空隙。
进一步地，所述轻钙粉为1250目轻质碳酸钙粉，所述重钙粉为600目重质碳酸钙粉，石英砂为325目石英砂。它们均作为本材料的填料，提高材料的密实性、强度硬度和防水性能。
其中，所述聚合物丙乳是一种高分子聚合物的水分散体，作用是提高材料的耐候性、耐久性、抗渗性、密实性，具有极高的粘接力和防水防腐效果，且能够抑制填充剂硬化后的表面起粉。
所述无机渗透憎水是一种以无机硅、无机铝盐为主要成分的液体憎水剂，具有防渗防潮、防霉耐碱的功能，且耐磨损、寿命长。
所述防沉剂为一种流变控制剂，有增稠作用，提高材料黏度，使材料具有触变性，对材料的贮存时间和涂膜性能有积极影响。
所述羟乙基甲基纤维素是一种增稠剂、胶凝剂、保水剂，起增稠保水的作用，与甲基纤维素的性质类似。
所述丙烯酸胶粉，流动性好，通用性强，显着提高基地的粘接强度，改善耐磨损性，降低干燥收缩性，抑制龟裂的发生。
所述颜料为水性碳黑色浆。本发明中通过水性碳黑色浆不同份数调配出三种不同颜色的填充剂，白色为0份、银白色为0.3份、深灰色为0.8份。
本发明所述的可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂，包括如下步骤：
(1)渗透剂按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入水，再依次将表面活性剂、抗冻结剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中制得混合溶液，最后加入硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂溶液，在反应釜中常温常压下将混合溶液充分搅拌均匀，经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得渗透剂；
(2)填充剂按配方比例称量各组分，依次加入水、硅酸锂溶液、消泡剂、分散剂、颜料、聚合物丙乳、无机渗透憎水剂、重钙粉、石英砂、轻钙粉、丙烯酸胶粉、羟乙基甲基纤维素、防沉剂，然后使用分散机将混合溶液充分高速均匀分散，即制得本发明的填充剂。
本发明所述的可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂在刚性建筑材料混凝土裂缝修补中的应用。
所述应用的具体使用方法包括如下步骤：
首先对应用的混凝土基面进行预处理：先除去混凝土基面裂缝处表面的油污或其他杂物，然后使用渗透剂涂刷或喷涂裂缝处，待表面无明水后，使用与混凝土颜色相近的填充剂或将不同颜色的填充剂混合调制成与混凝土颜色相近再进行使用，填充剂嵌入裂缝中并在裂缝边缘处平滑涂抹，待填充剂基本硬化后用砂纸打磨平整，最后再使用渗透剂进行少量喷涂即可。
在使用过程中，渗透剂使用量没有具体要求，施工面被均匀涂刷覆盖即可，待基本干燥后进行下一步；填充剂使用量也没有要求，但应尽量填充实裂缝处并抹平。通过调配不同份数的颜料，可制得三种不同颜色(白色、银白色、深灰色)的填充剂，如果与混凝土颜色相近可以直接使用，但实际混凝土颜色并不会与所制得的填充剂颜色完全接近，这时可以通过深色和浅色的填充剂互相调配，尽量地接近所要修补混凝土面的颜色。
本发明中渗透剂中硅酸盐成分可以渗入混凝土内部，与混凝土中游离的钙离子反应生成结晶物堵塞混凝土内部裂缝和孔隙，同时利用填充剂中硅酸锂的粘结作用、表面处理作用(表面成膜且具有水不可逆性)提高本发明材料的强度及耐久性。本发明的渗透剂中包括三种硅酸盐：硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂是因为纳米级的硅酸钠、硅酸钾可以渗入混凝土内部，反应生成结晶物堵塞混凝土内部裂缝和孔隙，而硅酸锂不仅能够渗入内部，还能在表面形成不会重复溶于水的干膜，这样在使用渗透剂后，可以闭塞混凝土的裂缝，方便下一步施工；而填充剂中的硅酸锂，利用硅酸锂区别于另外两种硅酸盐的自干并能够成膜的特性，提高本发明材料的强度以及耐久性；本发明中渗透剂与填充剂中均有硅酸盐，三酸盐都有渗入混凝土内部反应的作用，并且硅酸锂相比于其他两种，有着更高的反应活性，并有自干性，溶液水分蒸发后，能生成一种不溶于水的干膜，具有水不可逆性。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明的可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂能够与无机的硅酸盐水泥本体相容，本发明中的硅酸盐组分能渗透进入混凝土内部，与水泥本体中的留存的钙离子反应，生成与混凝土结构同寿命的水化硅酸钙结晶物，能达到良好解决裂缝渗漏水的问题。
2、本发明中的憎水剂，材料硬化后能形成与混凝土同寿命的纳米级结晶物，表面形成疏水层，克服了寿命短的问题，有防渗防潮、防霉耐碱、防污自洁的功能。
3、本发明中的聚合物丙乳，能够有效改善原基面和硬化后材料产生的起砂、起粉、硬度不够的问题。
4、本发明中的填充剂是干燥硬化型材料，主要是依靠填充剂中硅酸锂的自干的特性，对养护要求不高且工序简单，硬化后不收缩，不起粉，且强度高，与原混凝土本体的粘接力较强，不易剥落，提高耐久性。
5、本发明为无机质材料，抗紫外线能力好，且不含有机溶剂等有害物质，更环保安全；使其耐久性好，不容易剥落。
6、本发明这种可调颜色的无机类修复材料的硬化体的颜色与周围混凝土的颜色无明显的差别，可以通过调整三种不同颜色的修补剂的比例调出与周围混凝土颜色相近的颜色，能消除裂缝痕迹，使混凝土恢复美观。
综上，本发明的可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂包括渗透剂和填充剂，其中均含有大量硅酸盐成分，能够深入渗透到混凝土内部，与水泥本体中的留存的钙离子反应，生成与混凝土结构同寿命的水化硅酸钙结晶物，能达到良好解决裂缝渗漏水的问题。填充剂的基料使用硅酸锂，区别于其他硅酸盐(硅酸钠和硅酸锂，其中硅酸钠干燥后遇水会再次溶解)硅酸锂具有自干特性，溶液水分蒸发后，能生成一种不溶于水的干膜，具有水不可逆性，同时具有粘结填料的作用；本发明渗透剂使用了三种硅酸盐，硅酸钠、硅酸钾对于渗透进入混凝土内部堵塞裂缝有着较好的作用，再加入硅酸锂，区别于前两种具有自干成膜的特性，这三种硅酸盐材料共同使用，同时可以改善硅酸锂的成膜反应，解决了单用硅酸锂成膜可能会出现成膜不连续不牢固等缺点。此外，材料为无机质，环保安全，且无机材料相较于有机材料有着较好的耐久性。
具体实施方式
以下结合实施例作进一步说明。
本发明所有原材料均为市售建筑材料或工业助剂。
实施例中所用原料来源如下：
硅酸锂为质量分数20％的硅酸锂水溶液：浙江桐乡恒立化工有限公司-20％硅酸锂溶液；
硅酸钠为质量分数40％的硅酸钠水溶液：上海裕纳化工有限公司40％硅酸钠溶液；
硅酸钾为质量分数30％的硅酸钾水溶液：上海裕纳化工有限公司-30％硅酸钾溶液；
表面活性剂十二烷基磺酸钠：郑州嘉航化工产品有限公司-十二烷基磺酸钠；
表面强化剂为六氟硅酸镁：济南金华峰辉生物科技有限公司-六氟硅酸镁；
防锈剂为氢氧化二氨合银：温州奥洋科技有限公司-氢氧化二氨合银除锈剂；
分散剂为硬脂酰胺：郑州汇东化工产品有限公司-硬脂酰胺；
消泡剂为二甲基硅油：广州穗欣化工有限公司-二甲基硅油；
轻钙粉为轻质碳酸钙：郑州信九达化工产品有限公司-1250目轻质碳酸钙粉；
重钙粉为重质碳酸钙:河北辉浩环保科技有限公司-600目重质碳酸钙粉；
石英砂为长兴青盛钙业有限公司-325目石英砂；
聚合物丙乳：南京永丰化工有限责任公司-纯丙乳液，重均分子量10000-20000；
无机渗透憎水剂：苏州佳固士新材料科技有限公司-cs-ii无机渗透憎水剂；
防沉剂：广州胜欣化工科技有限公司-硅酸锂镁防沉剂；
羟乙基甲基纤维素：山东优索化工科技有限公司-羟乙基甲基纤维素；
丙烯酸胶粉：北京东方澳汉科贸有限责任公司-丙烯酸可再分散乳胶粉；
颜料为水性碳黑色浆：山东优索化工科技有限公司-ma100碳黑颜料。
实施例1
可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂
渗透剂(重量份)：硅酸钠水溶液(质量分数40％)12份，硅酸钾水溶液(质量分数30％)12份，硅酸锂水溶液(质量分数20％)6份，表面活性剂十二烷基磺酸钠0.12份，抗冻结剂碳酸钾0.08份，表面强化剂六氟硅酸镁0.5份，防锈剂氢氧化二氨合银0.4份，去离子水65份。
填充剂(重量份)：硅酸锂水溶液(质量分数20％)12份，聚合物丙乳4份，无机渗透憎水剂8份，重钙粉25份，石英砂15份，轻钙粉16份，防沉剂硅酸锂镁0.5份，丙烯酸胶粉5份，羟乙基甲基纤维素0.75份，消泡剂二甲基硅油0.3份，分散剂硬脂酰胺0.6份，去离子水30份，颜料0.3份(银白色)。
实施例2
可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂
渗透剂(重量份)：硅酸钠水溶液(质量分数40％)10份，硅酸钾水溶液(质量分数30％)10份，硅酸锂水溶液(质量分数20％)5份，表面活性剂十二烷基磺酸钠0.05份，抗冻结剂碳酸钾0.06份，表面强化剂六氟硅酸镁0.4份，防锈剂氢氧化二氨合银0.2份，去离子水53份。
填充剂(重量份)：硅酸锂水溶液(质量分数20％)8份，聚合物丙乳3份，无机渗透憎水剂7份，重钙粉23份，石英砂12份，轻钙粉15份，防沉剂硅酸锂镁0.3份，丙烯酸胶粉3份，羟乙基甲基纤维素0.5份，消泡剂二甲基硅油0.25份，分散剂硬脂酰胺0.5份，去离子水28份，颜料0.3份(银白色)。
实施例3
可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂
渗透剂(重量份)：硅酸钠水溶液(质量分数40％)15份，硅酸钾溶液(质量分数30％)15份，硅酸锂溶液(质量分数20％)8份，表面活性剂十二烷基磺酸钠0.15份，抗冻结剂碳酸钾0.1份，表面强化剂六氟硅酸镁0.8份，防锈剂氢氧化二氨合银0.4份，去离子水69份。
填充剂(重量份)：硅酸锂溶液(质量分数20％)12份，聚合物丙乳5份，无机渗透憎水剂10，重钙粉28份，石英砂16份，轻钙粉18份，防沉剂硅酸锂镁0.5份，丙烯酸胶粉5份，羟乙基甲基纤维素1份，消泡剂二甲基硅油0.5份，分散剂硬脂酰胺0.75份，去离子水32份，颜料0.3份(银白色)。
实施例4
可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂
渗透剂(重量份)：硅酸钠溶液水溶液(质量分数40％)15份，硅酸钾水溶液(质量分数30％)10份，硅酸锂水溶液(质量分数20％)5份，表面活性剂十二烷基苯磺酸钠0.15份，抗冻结剂碳酸钾0.06份，表面强化剂六氟硅酸镁0.8份，防锈剂氢氧化二氨合银0.2份，去离子水69份。
填充剂(重量份)：硅酸锂水溶液(质量分数20％)10份，聚合物丙乳3份，无机渗透憎水剂10份，重钙粉28份，石英砂12份，轻钙粉18份，防沉剂硅酸锂镁0.5份，丙烯酸胶粉3份，羟乙基甲基纤维素0.5份，消泡剂二甲基硅油0.5份，分散剂硬脂酰胺0.5份，去离子水30份，颜料0.3份(银白色)。
实施例5
可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂
渗透剂(重量份)：硅酸钠水溶液(质量分数40％)12份，硅酸钾水溶液(质量分数30％)12份，硅酸锂水溶液(质量分数20％)6份，表面活性剂十二烷基磺酸钠0.12份，抗冻结剂碳酸钾0.08份，表面强化剂六氟硅酸镁0.5份，防锈剂氢氧化二氨合银0.4份，去离子水65份。
填充剂(重量份)：硅酸锂水溶液(质量分数20％)12份，聚合物丙乳4份，无机渗透憎水剂8份，重钙粉25份，石英砂15份，轻钙粉16份，防沉剂硅酸锂镁0.5份，丙烯酸胶粉5份，羟乙基甲基纤维素0.75份，消泡剂二甲基硅油0.3份，分散剂硬脂酰胺0.6份，去离子水30份，颜料0份(白色)。
实施例6
可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂
渗透剂(重量份)：硅酸钠水溶液(质量分数40％)12份，硅酸钾水溶液(质量分数30％)12份，硅酸锂水溶液(质量分数20％)6份，表面活性剂十二烷基磺酸钠0.12份，抗冻结剂碳酸钾0.08份，表面强化剂六氟硅酸镁0.5份，防锈剂氢氧化二氨合银0.4份，去离子水65份。
填充剂(重量份)：硅酸锂水溶液(质量分数20％)12份，聚合物丙乳4份，无机渗透憎水剂8份，重钙粉25份，石英砂15份，轻钙粉16份，防沉剂硅酸锂镁0.5份，丙烯酸胶粉5份，羟乙基甲基纤维素0.75份，消泡剂二甲基硅油0.3份，分散剂硬脂酰胺0.6份，去离子水30份，颜料0.8份(深灰色)。
上述实施例也可以使用硅酸钠水溶液(质量分数30％)，硅酸钾水溶液(质量分数40％)，硅酸锂水溶液(质量分数30％)。
实施例7
按实施例1-6中任意一种配方比例称量各组分
(1)渗透剂按配方比例称量各组分，然后在反应釜中先加入水，再依次将表面活性剂、抗冻结剂、表面强化剂、防锈剂先后加入水中制得混合溶液，最后加入硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂溶液，在反应釜中常温常压下将混合溶液充分搅拌均匀，经过滤处理去除溶液中的杂质，过滤处理后的清液即制得渗透剂；
(2)填充剂按配方比例称量各组分，依次加入水、硅酸锂溶液、消泡剂、分散剂、颜料、聚合物丙乳、无机渗透憎水剂、重钙粉、石英砂、轻钙粉、丙烯酸胶粉、羟乙基甲基纤维素、防沉剂，然后使用分散机将混合溶液充分高速均匀分散，即制得本发明的填充剂。
实施例8
本发明可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补剂使用过程：
首先对应用的混凝土基面进行预处理：先除去混凝土基面裂缝处表面的油污或其他杂物，然后使用渗透剂涂刷或喷涂裂缝处，待表面无明水后，使用与混凝土颜色相近的填充剂或将不同颜色的填充剂混合调制成与混凝土颜色相近再进行使用，填充剂嵌入裂缝中并在裂缝边缘处平滑涂抹，待填充剂基本硬化后用砂纸打磨平整，最后再使用渗透剂进行少量喷涂即可。
试验例1
采用本发明实施例1的可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补进行测试，主要包括使用的硅酸盐溶液不同，以填充剂硬化后是否有细小裂纹、是否拒水以及是否遇水软化作为评价标准，其检测结果由表1所示。
其中对比例1为采用实施例1的配方和制备方法不同之处在于，填充剂中使用的是硅酸钠。
其中对比例2为采用实施例1的配方和制备方法不同之处在于，填充剂中使用的是硅酸钾。
表1
由上表1和制备过程可以看出:对比例1虽然搅拌过程中流动性好且硬化后表面拒水，但填充剂会发生溶解；对比例2硬化后虽然硬化后遇水不软化，但硬化后有细小裂纹。本发明中填充剂中使用硅酸锂一是因为在本发明中硅酸锂可以用作为粘接剂，强度高、粘接性好，且具有水不可逆性，遇水不会再次溶解；二是可以作为表面处理剂，干燥后形成薄膜，可防水、隔湿、阻气。填充剂中硅酸锂的主要作用为粘结填料和表面干燥硬化成膜的作用，而渗透剂中硅酸锂除了硅酸锂参与跟混凝土的反应作用外，也是利用了硅酸锂成膜的作用。
试验例2
采用本发明实施例1的可调颜色的无收缩气硬性裂缝修补进行测试，主要包括以填充剂硬化后的表面硬度和表面是否起粉作为评价标准，检测结果由表2所示。
其中对比例3为采用实施例1的配方和制备方法不同之处在于，填充剂中不加聚合物丙乳。
表2
由上表可以看出:实施例1相较于对比例3多加入了聚合物丙乳组分，既可以抑制填充剂硬化后表面的起粉现象，又有提高填充剂硬化后表面的硬度的作用。
此外，本发明使用的是非水泥基材料，而现在大部分的裂缝修补材料大部分是水泥基材料，所以本发明的材料不需要养护；硬化后不易收缩可由试验例1中硬化后不产生开裂实现；因本发明不含水泥，故不存在新老混凝土之间界面粘接不牢靠的问题。