本发明涉及一种防水剂及其制备方法和使用方法。
背景技术：
混凝土材料内部存在大量毛细孔和亲水性的羟基，在潮湿环境下容易吸附水分，引起霜冻破坏；同时氯离子等有害物质也会随水分进入材料内部，加速加筋混凝土中的钢筋腐蚀，另外混凝土中的可溶性盐易发生水溶性迁移，在建筑物表面形成盐霜，影响建筑物的美观。因此对混凝土进行防水处理，对增强、改善混凝土机构性能，延长使用寿命有着积极作用。
目前常用的防水材料主要分为两种，刚性防水和柔性防水。其中普遍采用的刚性防水是在建筑物基面涂刷防水材料。这种防水层只是在混凝土表面薄薄的一层，很容易老化导致防水层开裂而失去防水防腐的效果。同样目前普遍采用的柔性防水是在建筑物基面粘帖一层防水材料，形成防护层。这种防护层不但容易老化、分层、脱落，也容易在外力的作用下被破坏，从而失去防水防腐性能。因此无论的刚性防水还是柔性防水都不能与建筑物基面结合为统一的整体。无法对建筑物真正起到防水防腐的性能，从而降低了建筑物的使用寿命。
技术实现要素：
本发明是要解决高分子聚合物防水材料在混凝土、砂浆强碱条件下不稳定，掺入普通混凝土、砂浆(pH值大于12)高分子聚合物凝聚失效的问题，提供了一种高分子聚合物防水剂及其制备方法。
本发明高分子聚合物防水剂按重量份数包括5～10份甲酯类单体、35～45份丁酯类单体、3～6份丙烯酸单体、40～50份苯乙烯、1.5～4.5份丙烯酰胺、30～60份助剂、3～15份偶联剂、1～3份引发剂、5～15份乳化剂、5～20份保护剂、1～3份缓冲剂、5～15份木质素磺酸钙、5～10份三乙醇胺、3～15份丙烯睛和200～300份去离子水。其中所述甲酯类单体为甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸甲酯，丁酯类单体为甲基丙烯酸丁酯或丙烯酸丁酯，所述丙烯酸单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，所述助剂是质量浓度为10％-30％的甲基硅醇钠水溶液。
进一步的，所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
进一步的，所述乳化剂为OP-10、OS、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯硫酸钠中的一种或任意两种的组合。
进一步的，所述保护剂为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸钠。
进一步的，所述缓冲剂为碳酸氢钠或磷酸氢二钠。
上述高分子聚合物防水剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、按重量份数称取5～10份甲酯类单体、35～45份丁酯类单体、3～6份丙烯酸单体、40～50份苯乙烯、1.5～4.5份丙烯酰胺、30～60份助剂、3～15份偶联剂、1～3份引发剂、5～15份乳化剂、5～20份保护剂、1～3份缓冲剂、5～15份木质素磺酸钙、5～10份三乙醇胺、3～15份丙烯睛和200～300份去离子水；将引发剂溶于水中，得到质量浓度为8％～10％的引发剂溶液，并将引发剂溶液平均分为两部分；
其中所述甲酯类单体为甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸甲酯，丁酯类单体为甲基丙烯酸丁酯或丙烯酸丁酯，所述丙烯酸单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，所述助剂是质量浓度为10％-30％的甲基硅醇钠水溶液；
二、将乳化剂、保护剂、缓冲剂和去离子水加入反应器中，搅拌，升温至70～75℃，加热0.25-0.5h；
三、将甲酯类单体、丙烯酸单体、丁酯类单体、苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯睛混合组成混合单体，将混合单体分为两部分，混合单体A和混合单体B，其中混合单体A为混合单体总质量的10％，混合单体B为混合单体总质量的90％；
向反应器中加入一部分引发剂溶液，升温至75～85℃，然后加入混合单体A，在80℃保温0.5h；
四、然后继续保持温度在75～85℃，控制搅拌速度为200～250转/分钟，以连续滴加的方式加入混合单体B，并在2～2.5h内滴完，且在滴完混合单体B前0.5h滴加偶联剂；
五、随后加入助剂、木质素磺酸钙和三乙醇胺，同时滴加另一部分引发剂溶液，在88℃恒温1小时，
六、降温至40℃，出料即得高分子聚合物防水剂。
进一步的，所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
进一步的，所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。
进一步的，所述乳化剂为OP-10、OS、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯硫酸钠中的一种或任意两种的组合。
进一步的，所述保护剂为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸钠。
进一步的，所述缓冲剂为碳酸氢钠或磷酸氢二钠。
上述高分子聚合物防水剂的使用方法为使用时加入混凝土或砂浆中，掺入比例为水泥质量的0.2％～1.0％。
本发明的有益效果：
本发明的高分子聚合物防水剂为刚性外加剂防水，使用时加入混凝土或砂浆中，掺入比例为占水泥质量的0.2％～1.0％，与混凝土、砂浆同步硬化，不影响水泥凝结，参与水泥水化反应，在凝结后的水泥孔隙内、水泥外表面形成网状交联结构，形成整个体系的防水交联结构，增强了水泥石的防水能力，达到结构自防水的目的。而且只要建筑物结构不被破坏，防水能力就存在，并与建筑物同寿命，一次使用终生受益。
普通混凝土、砂浆有很强的碱性，一般pH值大于12。高分子聚合物作为防水剂掺入混凝土、砂浆后，在强碱的作用下，高分子聚合物会出现凝聚，不能形成防水膜，失去防水作用。本发明有效地解决了这个问题，通过引入多个功能单体，使高分子聚合物在强碱环境下能够在混凝土、砂浆内、外表面稳定成膜，形成网状胶联结构，达到较理想的防水效果。
另外，本发明加入了甲基硅醇钠，通过加成反应使其连接到高分子主链中，增强了高分子聚合物的防水性能。
甲基硅醇钠是一种建筑用防水材料，其具有较好的防水效果，但是由于甲基硅醇钠具有强碱性，因此只能在强碱下存在。丙烯酸酯高分子聚合物也具有优异的防水效果，但丙烯酸酯聚合物遇到强碱环境会分解，导致防水效果降低，而本发明有效的解决了这个问题，将甲基硅醇钠与高分子聚合物有机的结合，高分子聚合物不会被强碱性的甲基硅醇钠破坏，两者的防水性能兼具，相得益彰，显著增大了防水剂的防水效果。
本发明通过加入丙烯睛、木质素磺酸钙和三乙醇胺，能够防止高分子聚合物分解。试验结果表明，丙烯睛、木质素磺酸钙和三乙醇胺三者组合效果极其显著，均显著优于丙烯睛、木质素磺酸钙、三乙醇任意单一物质，说明丙烯睛、木质素磺酸钙和三乙醇胺三者相互影响，协同发挥作用，显著提高丙烯酸酯成膜的稳定性。
本发明的防水剂还可以提高混凝土的密实度，减弱了氯离子在混凝土中的穿透和扩散能力，起到抗氯离子侵蚀的作用。掺入了本发明防水剂的混凝土抗氯离子侵蚀扩散系数与普通混凝土相比，抗侵蚀能力最高提高72％。
本发明的高分子聚合物防水剂对混凝土的孔隙具有填充与阻塞作用，使得进入孔隙而结冰膨胀的水分减少，因而提高了混凝土的冰冻稳定性；再有聚合物防水剂形成了一层薄膜，可阻碍水分的进入，使得在冻融循环过程中浸入混凝土内部的水分明显减少，因而混凝土的抗冻性得到了提高，可提高30％以上。
随着水泥水化的进行和高分子聚合物在水泥砂浆孔隙集聚，高分子聚合物中的水分被水泥水化吸收，高分子聚合物颗粒相互靠近聚合成一个整体，在混凝土空间内形成连续网状结构的聚合物，与水泥水化产物网络相互交织缠绕在一起，形成一种网状胶联结构，并把混凝土骨料包裹其中，在一定程度上堵塞水泥石孔隙，提高了混凝土抗裂性和韧性；高分子聚合物还可以在水泥水化产生的钙离子作用下发生皂化反应，生成不溶于水的钙盐，能堵塞混凝土内毛细孔，增加混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗能力。
本发明的高分子聚合物防水剂还能够起到一定的阻隔热量的做用，高分子聚合物防水剂提高了混凝土的密实度，降低了混凝土的孔隙率及混凝土的含水量，减小了混凝土的导热系数，提高了混凝土的保温性能。
普通混凝土既不属于绝缘体，也不属于导体，而是介于绝缘体和良导体之间。混凝土完全干燥后，具有极高的电阻率，因此往往将混凝土归结为绝缘材料。然而在湿状态下，混凝土中的水泥水化产物可溶出导电化合物，可以通过混凝土中的水分进行运动，一旦混凝土中水分较多时，就使混凝土具有一定的导电性。导电性会引起钢筋的严重锈蚀，对结构的破坏作用非常严重。本发明高分子聚合物防水剂的掺入提高了混凝土的抗掺能力，减少了混凝土中水的运动。另外，甲基硅醇钠对钢筋有钝化作用。两种作用叠加，减轻了对钢筋混凝土的破坏作用。
本发明的防水剂为液体防水剂，混合更为均匀，使用更方便。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式高分子聚合物防水剂按重量份数包括5～10份甲酯类单体、35～45份丁酯类单体、3～6份丙烯酸单体、40～50份苯乙烯、1.5～4.5份丙烯酰胺、30～60份助剂、3～15份偶联剂、1～3份引发剂、5～15份乳化剂、5～20份保护剂、1～3份缓冲剂、5～15份木质素磺酸钙、5～10份三乙醇胺、3～15份丙烯睛和200～300份去离子水。其中所述甲酯类单体为甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸甲酯，丁酯类单体为甲基丙烯酸丁酯或丙烯酸丁酯，所述丙烯酸单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，所述助剂是质量浓度为10％-30％的甲基硅醇钠水溶液。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述乳化剂为OP-10、OS、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯硫酸钠中的一种或任意两种的组合。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述保护剂为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸钠。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述缓冲剂为碳酸氢钠或磷酸氢二钠。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式高分子聚合物防水剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、按重量份数称取5～10份甲酯类单体、35～45份丁酯类单体、3～6份丙烯酸单体、40～50份苯乙烯、1.5～4.5份丙烯酰胺、30～60份助剂、3～15份偶联剂、1～3份引发剂、5～15份乳化剂、5～20份保护剂、1～3份缓冲剂、5～15份木质素磺酸钙、5～10份三乙醇胺、3～15份丙烯睛和200～300份去离子水；将引发剂溶于水中，得到质量浓度为8％～10％的引发剂溶液，并将引发剂溶液平均分为两部分；
其中所述甲酯类单体为甲基丙烯酸甲酯或丙烯酸甲酯，丁酯类单体为甲基丙烯酸丁酯或丙烯酸丁酯，所述丙烯酸单体为丙烯酸或甲基丙烯酸，所述助剂是质量浓度为10％-30％的甲基硅醇钠水溶液；
二、将乳化剂、保护剂、缓冲剂和去离子水加入反应器中，搅拌，升温至70～75℃，加热0.25-0.5h；
三、将甲酯类单体、丙烯酸单体、丁酯类单体、苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯睛混合组成混合单体，将混合单体分为两部分，混合单体A和混合单体B，其中混合单体A为混合单体总质量的10％，混合单体B为混合单体总质量的90％；
向反应器中加入一部分引发剂溶液，升温至75～85℃，然后加入混合单体A，在80℃保温0.5h；
四、然后继续保持温度在75～85℃，控制搅拌速度为200～250转/分钟，以连续滴加的方式加入混合单体B，并在2～2.5h内滴完，且在滴完混合单体B前0.5h滴加偶联剂；
五、随后加入助剂、木质素磺酸钙和三乙醇胺，同时滴加另一部分引发剂溶液，在88℃恒温1小时，
六、降温至35～40℃，出料即得高分子聚合物防水剂。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是：步骤一所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七或八不同的是：步骤一所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾。其它与具体实施方式七或八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式七至九之一不同的是：步骤一所述乳化剂为OP-10、OS、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基苯硫酸钠中的一种或任意两种的组合。其它与具体实施方式七至九之一相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式七至十之一不同的是：步骤一所述保护剂为聚乙烯醇或聚甲基丙烯酸钠。其它与具体实施方式七至十之一相同。
具体实施方式十二：本实施方式与具体实施方式七至十一之一不同的是：步骤一所述缓冲剂为碳酸氢钠或磷酸氢二钠。其它与具体实施方式七至十一之一相同。
具体实施方式十三：本实施方式与具体实施方式七至十二之一不同的是：步骤二中升温至72～73℃，加热0.3-0.4h。其它与具体实施方式七至十二之一相同。
具体实施方式十四：本实施方式与具体实施方式七至十三之一不同的是：步骤三中升温至80℃。其它与具体实施方式七至十三之一相同。
具体实施方式十五：本实施方式与具体实施方式七至十四之一不同的是：步骤四中在2.2～2.3h内滴完。其它与具体实施方式七至十四之一相同。
具体实施方式十六：本实施方式高分子聚合物防水剂的使用方法为使用时加入混凝土或砂浆中，掺入比例为水泥质量的0.2％～1.0％。
具体实施方式十七：本实施方式与具体实施方式十六不同的是：掺入比例为水泥质量的0.5％～0.8％。其它与具体实施方式十六相同。
具体实施方式十八：本实施方式与具体实施方式十六不同的是：掺入比例为水泥质量的0.6％～0.7％。其它与具体实施方式十六相同。
下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
本实施例高分子聚合物防水剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、按重量份数称取10份甲基丙烯酸甲酯、40份丙烯酸丁酯、5份丙烯酸、40份苯乙烯、2份丙烯酰胺、50份质量浓度为30％的甲基硅醇钠水溶液、5份偶联剂、1份引发剂、10份乳化剂、5份保护剂、3份缓冲剂、5份木质素磺酸钙、5份三乙醇胺、10份丙烯睛和300份去离子水；将引发剂溶于水中，得到质量浓度为10％的引发剂溶液，并将引发剂溶液平均分为两部分；
二、将乳化剂、保护剂、缓冲剂和去离子水加入反应器中，搅拌，升温至75℃，加热0.3h；
三、将甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯睛混合组成混合单体，将混合单体分为两部分，混合单体A和混合单体B，其中混合单体A为混合单体总质量的10％，混合单体B为混合单体总质量的90％；
向反应器中加入一部分引发剂溶液，升温至80℃，然后加入混合单体A，在80℃保温0.5h；
四、然后继续保持温度在80℃，控制搅拌速度为200转/分钟，以连续滴加的方式加入混合单体B，并在2h内滴完，且在滴完混合单体B前0.5h滴加偶联剂；
五、随后加入助剂、木质素磺酸钙和三乙醇胺，同时滴加另一部分引发剂溶液，在88℃恒温1小时，
六、降温至40℃，出料即得高分子聚合物防水剂。
其中所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷，所述引发剂为过硫酸铵，所述乳化剂为十二烷基苯磺酸钠，所述保护剂为聚乙烯醇，所述缓冲剂为碳酸氢钠。
将本实施例制备的高分子聚合物防水剂按0.5％(w/w)的比例掺入混凝土中。
实施例2：
本实施例高分子聚合物防水剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、按重量份数称取8份丙烯酸甲酯、45份丙烯酸丁酯、3份甲基丙烯酸、40份苯乙烯、4份丙烯酰胺、30份质量浓度为30％的甲基硅醇钠水溶液、5份偶联剂、2份引发剂、10份乳化剂、15份保护剂、3份缓冲剂、15份木质素磺酸钙、5份三乙醇胺、3份丙烯睛和250份去离子水；将引发剂溶于水中，得到质量浓度为10％的引发剂溶液，并将引发剂溶液平均分为两部分；
二、将乳化剂、保护剂、缓冲剂和去离子水加入反应器中，搅拌，升温至75℃，加热0.3h；
三、将丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯睛混合组成混合单体，将混合单体分为两部分，混合单体A和混合单体B，其中混合单体A为混合单体总质量的10％，混合单体B为混合单体总质量的90％；
向反应器中加入一部分引发剂溶液，升温至80℃，然后加入混合单体A，在80℃保温0.5h；
四、然后继续保持温度在80℃，控制搅拌速度为200转/分钟，以连续滴加的方式加入混合单体B，并在2h内滴完，且在滴完混合单体B前0.5h滴加偶联剂；
五、随后加入助剂、木质素磺酸钙和三乙醇胺，同时滴加另一部分引发剂溶液，在88℃恒温1小时，
六、降温至40℃，出料即得高分子聚合物防水剂。
其中所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷，所述引发剂为过硫酸钾，所述乳化剂为OP-10，所述保护剂为聚乙烯醇，所述缓冲剂为磷酸氢二钠。
将本实施例制备的高分子聚合物防水剂按0.2％(w/w)的比例掺入混凝土中。
实施例3：
本实施例高分子聚合物防水剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、按重量份数称取10份丙烯酸甲酯、40份甲基丙烯酸丁酯、6份丙烯酸、50份苯乙烯、1.5份丙烯酰胺、40份质量浓度为30％的甲基硅醇钠水溶液、10份偶联剂、2份引发剂、15份乳化剂、5份保护剂、3份缓冲剂、5份木质素磺酸钙、10份三乙醇胺、3份丙烯睛和200份去离子水；将引发剂溶于水中，得到质量浓度为10％的引发剂溶液，并将引发剂溶液平均分为两部分；
二、将乳化剂、保护剂、缓冲剂和去离子水加入反应器中，搅拌，升温至75℃，加热0.3h；
三、将丙烯酸甲酯、丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯睛混合组成混合单体，将混合单体分为两部分，混合单体A和混合单体B，其中混合单体A为混合单体总质量的10％，混合单体B为混合单体总质量的90％；
向反应器中加入一部分引发剂溶液，升温至80℃，然后加入混合单体A，在80℃保温0.5h；
四、然后继续保持温度在80℃，控制搅拌速度为200转/分钟，以连续滴加的方式加入混合单体B，并在2h内滴完，且在滴完混合单体B前0.5h滴加偶联剂；
五、随后加入助剂、木质素磺酸钙和三乙醇胺，同时滴加另一部分引发剂溶液，在88℃恒温1小时，
六、降温至40℃，出料即得高分子聚合物防水剂。
其中所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷，所述引发剂为过硫酸钾，所述乳化剂为OP-10，所述保护剂为聚甲基丙烯酸钠，所述缓冲剂为磷酸氢二钠。
将本实施例制备的高分子聚合物防水剂按0.8％(w/w)的比例掺入砂浆中。
实施例4：
本实施例高分子聚合物防水剂的制备方法，按以下步骤进行：
一、按重量份数称取10份丙烯酸甲酯、40份丙烯酸丁酯、6份丙烯酸、50份苯乙烯、1.5份丙烯酰胺、40份质量浓度为30％的甲基硅醇钠水溶液、10份偶联剂、2份引发剂、15份乳化剂、5份保护剂、3份缓冲剂、5份木质素磺酸钙、10份三乙醇胺、3份丙烯睛和200份去离子水；将引发剂溶于水中，得到质量浓度为10％的引发剂溶液，并将引发剂溶液平均分为两部分；
二、将乳化剂、保护剂、缓冲剂和去离子水加入反应器中，搅拌，升温至75℃，加热0.3h；
三、将丙烯酸甲酯、丙烯酸、丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酰胺和丙烯睛混合组成混合单体，将混合单体分为两部分，混合单体A和混合单体B，其中混合单体A为混合单体总质量的10％，混合单体B为混合单体总质量的90％；
向反应器中加入一部分引发剂溶液，升温至80℃，然后加入混合单体A，在80℃保温0.5h；
四、然后继续保持温度在80℃，控制搅拌速度为200转/分钟，以连续滴加的方式加入混合单体B，并在2h内滴完，且在滴完混合单体B前0.5h滴加偶联剂；
五、随后加入助剂、木质素磺酸钙和三乙醇胺，同时滴加另一部分引发剂溶液，在88℃恒温1小时，
六、降温至40℃，出料即得高分子聚合物防水剂。
其中所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷，所述引发剂为过硫酸钾，所述乳化剂为OP-10，所述保护剂为聚甲基丙烯酸钠，所述缓冲剂为碳酸氢钠。
将本实施例制备的高分子聚合物防水剂按1.0％(w/w)的比例掺入砂浆中。
对实施例1和实施例2的掺入混凝土的防水剂进行检测，结果如表1所示。
表1
对实施例3和实施例4的掺入混凝土的防水剂进行检测，结果如表2所示。
表2