一种原位反应型混凝土防护剂的制作方法
【专利摘要】一种原位反应型混凝土防护剂，属于建筑材料【技术领域】，特别涉及利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体配制的硬化混凝土表层防护剂。本发明的混凝土防护剂的原料为溶胶态纳米SiO2或其前驱体、钙离子螯合剂、混凝土养护剂和水，各组分的比例为：10～40％：1～5％：1～5％：50～88％。利用防护剂原料的溶胶状的超细颗粒及前驱体溶液易渗入硬化混凝土表层孔隙及微细裂缝的性质，并在混凝土表层孔隙的碱环境条件下发生原位火山灰反应，进而密实混凝土表层结构，达到防护混凝土的目的。本发明防护剂具有原料组分少、施工方便等特点，可广泛应用于不同龄期的硬化混凝土表层的防护。
【专利说明】一种原位反应型混凝土防护剂
【技术领域】
[0001]本发明属于建筑材料【技术领域】，特别涉及利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法。
【背景技术】
[0002]水泥混凝土在服役过程中受力和环境因素作用后性能劣化是降低材料使用寿命、增加材料使用和维护成本最为主要的因素。世界范围内每年因混凝土性能劣化造成的经济损失数以万亿计，而我国正处于大规模经济建设时期，提高混凝土抵抗外界侵蚀作用影响，赋予混凝土更长的使用寿命对节约材料生产和使用成本无疑具有突出作用。由服役环境引起的混凝土劣化是由表及 里的过程，表层混凝土质量的好坏直接影响着整体结构抗劣化能力的大小，通过提高表层混凝土质量来提高整体结构性能是人们长期关注的研究方向，采用外置防护层的方法来提高表层混凝土质量是常用的技术措施。
[0003]一般而言，混凝土防护层主要分为有机防护层和无机防护层。有机防护层主要借助有机成膜剂在混凝土表面形成连续薄膜，阻碍有害介质，主要是水、气介质渗入混凝土内部。而根据表层防护机理，有机防护层分为硅烷类防护剂和成膜乳液防护剂，前者主要通过在表层混凝土孔隙形成薄膜，改变孔隙亲水性，使水分难以渗入孔隙而不影响混凝土内外气体交换，后者则通过在混凝土表层形成连续薄膜，阻断混凝土与环境的所有物质交换。这类防护剂最主要的问题是有机组分的耐候性差；无机防护层主要是用无机材料在混凝土表面形成密封层，如结晶型防护层，其主要功能组分为碱金属硅酸盐，虽然能有效密实混凝土结构，但反应生成的碱金属离子对混凝土碱集料反应、金属盐析晶等问题显然是不利的。
[0004]现有关于混凝土表层防护材料:如申请号为CN200910214021.2的“一种混凝土的复合防护方法与混凝土深层密封剂”专利，公开的该防护材料由纳米TiO2、纳米SiO2、纳米CaCO3、纳米硅、蒸馏水和微量活性催化剂等组成。又如申请号为CN96115370.9的“无机浸透式防水剂”专利，公开的该防护材料水泥75?90%、硅粉或玻璃粉10?25%、表面活性剂2?10%、膨胀剂3?5%和粉煤灰10?20%等组成。又如申请号为CN201010101549.1的“多功能抗渗减缩型混凝土表层强化剂”专利，公开的该防护材料由高分子聚合物:10?20%、成膜辅助化合物:1?7%、表层活性剂化合物:5?10%、渗透辅助化合物:1?4%、活性化合物1.5?4.5%、水:余量等组成。
[0005]上述3件专利共同特点是防护材料组分均很多，分别为6种、5种和6种，显然不利于防护材料的配制，且第1、2件专利中细粉剂组分多，达到各组分间的均匀混合难度较大，进而不利于混凝土防护效果的发挥。
[0006]纳米SiO2 —般是指粒径为几纳米到IOOnm间的无定型纳米颗粒,而其前驱体是制备纳米SiO2的硅源，常见的如正硅酸乙酯或其它硅源，在一定条件下通过水解等化学反应生成纳米颗粒，而水解后产生的有机醇则易于挥发。这类反应的反应机理如式(I)所示:
nSi(OC2H5\ +InH2O——-f?Si02 +AnC2H5OH式(I)
作为一种火山灰反应活性极高的材料，纳米SiO2快速吸收混凝土中水泥水化反应生成的Ca(OH)2,生成水化凝胶是其用于水泥混凝土的重要基础，其反应机理如式(2)所示:
SiO2 + Ca(OH)2 + H2O ——>CaO -Si02- H2O式(2 )
利用纳米SiO2突出的火山灰反应活性，众多研究结果显示其具有显著密实水泥混凝土结构的作用，已经成为水泥基材料改性的重要方法之一，但将其作为生产水泥混凝土的原料组分掺入时，较大掺量时带来的材料成本和分散难度的增加也不利于其规模化应用。
[0007]李福田等2012年9月在《中国建筑防水》杂志报道了纳米硅用于防水剂，由于纳米硅分布于连续成膜的有机防水剂中，其难以有效渗入混凝土基体而发生原位反应，因此在改研究中纳米硅主要发挥增加有机成膜强度的作用；Pigino等2012年在《水泥混凝土复合材料》(Cement and Concrete Composites, 34卷，3I3-32I页)对娃酸乙酯改性表层混凝土的研究设想进行了探讨，但其并未涉及方案的实施。该研究设想仅限于使用硅酸乙酯，若进行实施则可操作性较窄。另外，单纯的硅酸乙酯与混凝土反应程度有限，且具体实施时水分的保障亦对其改性效果产生较大影响，而这些问题在查阅的相关文献中未见考虑，难以保障现实的实施。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是基于提高水泥混凝土表层质量对整体结构的重要作用，利用纳米SiO2及其前驱体处理硬化混凝土表层，利用它们在表层混凝土与水泥水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应生成水化凝胶来密实表层混凝土结构，并有效封堵混凝土微裂缝，从而提升混凝土整体质量。本发明具有防护剂组分少、施工方便、材料使用量少、不同龄期混凝土适应性强等特点。
[0009]实现本发明目的的技术方案是:一种利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法 ，其防护材料组分及其质量百分比为:
溶胶态纳米SiO2或其前驱体:10?40 %
钙离子螯合剂:I?5%
混凝土养护剂:I?5%
水:50?88%
一种利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体作为表层硬化混凝土的防护材料与使用方法:将上述原材料混合均匀后用喷涂的方式对已经进行清洁处理的混凝土表面进行防护施工，喷涂施工重复3次，每次间隔20分钟，每次喷涂时以表层混凝土被充分润湿为宜。
[0010]本发明采用上述技术方案后，主要具备以下特点:
1、防护剂自身溶胶纳米颗粒或溶液特征使其具有较高的渗透性，可有效渗入表层混凝土中，利于防护作用的发挥；
2、防护剂自身突出的火山灰反应活性或纳米SiO2前驱体作用于硬化混凝土表层后生成具有火山灰反应活性材料的特性，使得防护剂在表层混凝土发生原位火山灰反应，生成的火山灰反应产物有效密实表层混凝土结构。另外，防护剂中的钙离子螯合剂促进火山灰反应的进行，而混凝土养护剂则有助于防止水分散失，为火山灰反应提供更多水分；
3、该防护剂组分少，施工方法简单，且防护剂与表层混凝土发生原位火山灰反应生成的产物与水泥水化产物一致，因此表层混凝土中的新老反应产物能充分结合。
[0011]【具体实施方式】
[0012]下面将结合【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0013]实施例1
一种利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法，其防护材料组分及其质量百分比为:
【权利要求】
1.一种利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法，其特征在于其原料的组分及其质量百分数为: 溶胶态纳米SiO2或其前驱体:10?40 % 钙离子螯合剂:I?5% 混凝土养护剂:I?5% 水:50 ?88%。
2.按照权利要求1所述的利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法，其特征在于其原料的组分及其质量百分数为: 溶胶态纳米SiO2:10% 钙离子螯合剂:1% 混凝土养护剂:I %水:88%。
3.按照权利要求1所述的利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法，其特征在于其原料的组分及其质量百分数为: 溶胶态纳米SiO2:40% 钙离子螯合剂:5% 混凝土养护剂:5%水:50%。
4.按照权利要求1所述的利用溶胶态纳米SiO2或其前驱体对表层硬化混凝土进行防护的方法，其特征在于其原料的组分及其质量百分数为: 溶胶态纳米SiO2:30% 钙离子螯合剂:2.5% 混凝土养护剂:2.5%水:65%。
【文档编号】C04B41/50GK103435366SQ201310221449
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年6月6日 优先权日:2013年6月6日
【发明者】侯鹏坤, 程新, 黄世峰, 毕俊峰, 曲仕超, 曹伟, 吕亮亮 申请人:济南大学