专利名称：整体防水混凝土的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种通过将包含有机硅化合物的水乳胶结合进未固化的混凝土混合物的方法来制备至少大体上均匀防水的混凝土(整体防水混凝土)的方法。
已知在现有技术中，将这样的乳胶刷在混凝土组分上，使其表面防水(EP-B-0538555,EP-B-0340816,EP-A-0234024)。尽管在考虑例如湿气渗透深度时，这种方式可以得到好的结果，但该方法也有问题。一个问题是使用者必须仔细涂刷该乳胶以在混凝土表面形成一个连续层。然而，在混凝土中的缺陷是无法从外部察觉的。而它们会构成破坏性液体的可能进入点，这样，就不能保证表面的防护。
另外，由于暴露于化学品、热和机械应力而引起的混凝土表面的老化也削弱疏水保护层。
这意味着该保护层必须定期更新。然而，这种更新的前提条件是被处理的表面首先必须进行费用昴贵的清洗，例如使用高压水枪清洗。
本发明的目的是提供一种方法，利用该方法可有效保护混凝土组分或混凝土结构不受侵蚀，而不需要昂贵的、重复的措施来实现这种保护。
还必须注意到，引入这些保护性化学物质不会降低混凝土混合物的施工性能，例如，对于粘度和那些例如孔隙度等影响强度的性能，这些参数不受损害。
本发明提供一种制备整体防水混凝土的方法，其特征在于，在制备由本质上已知的无机物和选择性的少量有机组分制成的含水混合物过程中或可选择地在制备后，加入包含可水解的有机硅化合物的水乳胶，然后，使该混合物固化形成混凝土。
这种类型的乳胶本身是已知的，但是在现有技术中仅用于防水表面。
在例如EP-A-0234024,EP-B-0340816或EP-A 0616989中可发现适用于本发明的水乳胶。公开于这些专利申请中的水乳胶也构成本发明的一部分。这些乳胶中优选含有相当于乳胶总量的1～70％(重量)的通式(Ⅰ)的可水解烷基烷氧基硅烷。另外的组分是通常已知的非离子型或离子型乳化剂，例如HLB值为1.5～20的乳化剂，特别是硬脂酸盐、油酸盐和作为选择性组分的缓冲物质。当使用这些乳胶时应注意，优选使有机硅化合物在水中的液滴大小确保为直径0.5～10μm。在一个特别合适的实例中，平均粒子大小为0.30～1.1μm。
在一个优选的实施方案中，乳胶含有1～80％(重量)，优选1～60％(重量)的至少一种下面通式的烷基烷氧基硅烷
其中R,R1为C1-C3的烷基，可以是支化的烷基，R3为C1-C20的直链或支化烷基，优选C1-C10的烷基，苯基，a为0或1,b为1或2,c为1～18,如果b=1,X为H,Cl,Br,I,NH2,SCN,CN,N3,NHR,N(R)2,N(R)3，芳基，优选H,Cl,NH2,SCN,NHR,N(R)2,N(R)3,R意义如上，苯基，如果b=2,X为亚烷基(alkenyl)，优选亚甲基，1,2-亚乙基，1,3-亚丙基，或1,4-亚丁基，
如果b=2并且c=1～6,X为Sx，其中x=1～6，如果b=2并且c=1～12，特别是1～6时，X没有意义，对已知的表面活性剂，可代之以或加之以一种如下通式的有机硅化合物表面活性剂，其用量优选1～20％(重量)，更优选1～5％(重量)，
其中，R2,R3为相同或不相同的C1～C20的直链或支化烷基，特别是C1-C10的烷基，苯基，R4为C1-C3的烷氧基，[OCH2-CH2]rORs,
其中s=3-50,t=3-25,R5为H,C1-C20的烷基，C2-C36的链烯基(alkenyl),C5-C8的环烷基，C7-C36的芳烷基，如果p=0并r=0，相应的OR5为
m为0,1,2,n为0,1,2，并且如果p=0,(m+n)=1或2，如果p≠0,(m+n)=0,1，或2均可，p为0,1,2,3,r为0～50的整数，以及水，其用量为1～95％(重量)，优选为1～75％(重量)，使总重量达到100％，加入上述乳胶后使混合物固化形成混凝土。
化合物(Ⅰ)优选使用正辛基三乙氧基硅烷和十六烷基三乙氧基硅烷。
正如本领域技术人员通常所知的那样，除分子式(Ⅰ)的化合物外，乳胶中还可以包含其部分缩合的产物，例如其二聚体，三聚体或其它寡聚体。
乳胶的pH值优选调节至约7.5。
在一个优选的实施方案中，向乳胶中加入相当于乳胶总量的0.1～5％(重量)的缓冲物质。缓冲物质可以是，例如碳酸氢钠，碳酸钠或磷酸三钠。
在一个优选的实施方案中，向乳胶中加入相当于乳胶总量的0.2～8％(重量)的一种或多种已知的阴离子表面活性剂。
分散相的平均粒子或液滴直径优选为0.3～1.1μm。
本发明的乳胶还选择性地可包含相当于乳胶总量的0.1～1.0％(重量)的一种已知增稠剂，例如纤维素或淀粉衍生物类。
在本发明的一个特别的实施方案中，使用如下通式的硅烷官能化表面活性剂
或
其中，R2,R3和p意义如前，而Ts为(CH2CH2O)n-Rsn=3-15,
n=3-15,
在一个优选的实施方案中，特别是在乳胶中含有带有如C3和C4亚烷基的短链硅烷时，在即将使用乳胶前加入一种酸性催化剂，它能够切断烷氧基硅烷中的Si-O键，但不会切断Si-C键，这样可以提高硅烷在中性、弱酸性或碱性，尤其是有问题的表面上的效力。
用于本发明的乳胶在混凝土混合物中的均匀分布已被证明是最成功的。然而，在建筑现场的真实使用条件下，并不能认为总会达到理想状况。
尽管如此，即使在含有本发明的有机硅化合物的混凝土组分仅大体均匀混合的情况下，按本发明制备的防水混凝土的优点仍然得以实现。
本发明的乳胶优选与制备混凝土混合物所必需的水一起加入到混凝土混合物的精细分散的无机组分和选择性的有机组分中。
相对于混凝土混合物中水泥的量，乳胶的用量为0.1～10％，优选为0.5～7％(重量)。
还发现，使用本发明的含有机硅化合物的乳胶不仅使混凝土整体防水，而且使混凝土非常理想地均匀。即使在新鲜混凝土混合物的施工过程中，与不含有机硅化合物的标准混凝土混合物相比，本发明混凝土混合物在流动性方面也有优势。
在某些情况下，利用乳胶的液化作用来减少制备的混凝土混合物中的水含量，这样可以在强度和密度方面有另外的有益效果。
在一个重要应用中，按本发明制备的混凝土混合物用于在特别是由混凝土制成的承重组件上制成喷注混凝土层。
破坏性的盐类不会渗透过这个保护层而进入结构混凝土中。
结构混凝土可最令人满意地按其支撑功能来设计，因为保护功能可认为由表层来实现。
如果，例如由于使用中的变化而使结构无法预见地暴露于破坏性物质，那么，这种表面层的随后应用也是重要的。
在要求混凝土组分整体防水的情况下也有重要应用。这些应用包括例如桥面，隧道入口和出口，或污水管。
固化后，按照本发明制备的混凝土混合物比未处理的混凝土显示明显低的吸水系数和相当大的耐氯化物渗透性。
与通过外部处理所实现的提高不同，这些性能是持久的，因为它们不会被表面磨损现象所破坏。
迄今为止本领域的技术人员还没有考虑到本文件描述的整体防水处理方法，因为按照现有技术，可以预见由于混凝土混合物中的强碱性环境，会使所用的有机硅化合物水解或缩合，从而极大地损害防水化合物的效果。
可以相信，采用现有技术(DE-PS 2751714,US-PS 4,661,551)用有机硅化合物或所述的乳胶进行外部处理以增强按照本发明制备的混凝土的疏水性能也是可以的。引用的专利申请是本申请公开内容的一部分。
实施例1、使用的化合物A型硅烷辛基三乙氧基硅烷〔乳胶的50％(重量)〕分子式(Ⅱ)(EP-B-0538555)的硅烷表面活性剂〔乳胶的1％(重量)〕B型硅烷十六烷基三乙氧基硅烷〔乳胶的50％(重量)〕分子式(Ⅱ)(EP-B-0538555)的硅烷表面活性剂〔乳胶的1％(重量)〕2、混凝土制品的测试是按照瑞士工程师和建筑师协会指定的方法进行的，即SIA 162(1993),SIA 162/1(1989，混凝土结构材料测试)。
3、混凝土混合物的组成表1
4、新鲜混凝土的性质表2
标志流动性的重陷(slump)试验显示，按照本发明制备的混凝土混合物1和2比没有硅烷乳胶的标准混合物流动性更好，并因此更易施工。按照本发明的混合物还表现出低的空气含量，使由其制成的混凝土孔隙更少。
5、耐氯化物渗透性用3％NaCl溶液测试耐氯化物渗透性，为达到此目的，用环氧树脂覆盖一个混凝土立方体的四个侧面。
然后将所述立方体的一个未覆盖面浸入盐溶液中24小时，测量毛细液体吸收。
然后将试验立方体在50℃干燥24小时。
重复上述程序直到达到一个实质上恒定的值。15天后，未处理的混凝土制品的吸收大约为9Kg/m3，而用本发明乳胶浸渍过的混凝土的吸收仅为约1Kg/m3。
6、混凝土的吸水系数表3
按照本发明制备的混凝土制品的吸水系数明显低于标准混合物的吸水系数。
权利要求
1.整体防水混凝土的制备方法，其特征在于，在一种含水的由本质上已知的无机组分和选择性的少量有机组分制成的混合物的制备过程中，或可选择地在制备完成后，加入一种含有如下通式的含水有机硅化合物和选择性地该化合物的部分缩合产物的乳胶
其中，R,R1为C1-C3的烷基，可以是支化的烷基，R3为C1-C20的直链或支化烷基，优选C1-C10的烷基，苯基，a为0或1,b为1或2,c为1～18,如果b=1,X为H,Cl,Br,I,NH2,SCN,CN,N3,NHR,N(R)2,N(R)3，芳基，芳基中优选苯基，如果b=2,X为亚烷基，特别是具有1～6个碳原子的亚烷基如果b=2并且c=1～6,X为Sx，其中x=1～6，如果b=2并且c=1～12，特别是1～6时，X没有意义，然后使混合物固化形成混凝土。
2.如权利要求1的方法，其特征在于，乳胶中含有可水解的有机硅化合物和离子型或非离子型表面活性剂。
3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，使用的乳胶中分散相的平均粒子大小为0.3～1.1μm，并且粒子大小的分布宽度≤1.3。
4.如权利要求1～3的方法，其特征在于，使用的乳胶中含有1～80％(重量)，优选1～60％(重量)的至少一种如下通式的烷氧基硅烷
和选择性的其部分缩合产物，并且对已知的表面活性剂，可代之以或加之以一种如下通式的有机硅化合物表面活性剂，其用量为1～20％(重量)，优选1～5％(重量)，
其中，R2,R3为相同或不相同的C1～C20的直链或支化烷基，特别是C1-C10的烷基，苯基，R4为C1-C3的烷氧基，[OCH2-CH2]rORs,
其中s=3-50,t=3-25,R5为H,C1-C20的烷基，C2-C36的链烯基，C5-C8的环烷基，C7-C36的芳烷基，如果p=0并且r=0，相应的OR5为
m为0,1,2,n为0,1,2，并且如果p=0,(m+n)=1或2，如果p≠0,(m+n)=0,1，或2均可，p为0,1,2,3,r为0～50的整数，和水，用量为1～95％(重量)，优选为1～75％(重量)，使总重量达到100％。
5.如权利要求4的方法，其特征在于，使用的乳胶中含有如下通式的硅烷官能化的表面活性剂；
或
其中，R2,R3和P意义如前，而Ts为(CH2CH2O)n-Rsn=3-15,
n=3-15,
m=3-50n=3-25
6.如权利要求1～5的方法，其特征在于，使用的乳胶中含有相当于乳胶总重量的0.2～8.0％(重量)的一种或多种已知的阴离子表面活性剂。
7.如权利要求4～6的方法，其特征在于，在使用前向乳胶中加入一种酸性催化剂。
8.如前述权利要求中一项或多项的方法，其特征在于，加到混凝土混合物中的乳胶的量为相对于水泥用量的0.1～10％(重量)，优选0.5～7％(重量)。
9.如前述权利要求中一项或多项的方法，其特征在于，乳胶是与水一起加到混凝土混合物中的。
10.如权利要求1的方法，其特征在于，制备一种包含有含有机硅化合物的水乳胶的混凝土混合物，将该混合物施工，使其固化，然后其表面用现有技术进行防水处理。
11.混凝土混合物，其中含有本质上已知的无机组分和选择性的有机组分及根据权利要求1的水乳胶。
12.如权利要求11的混凝土混合物作为喷注混凝土在制造表面层中的应用。
13.如权利要求11的混凝土混合物在制造结构件中的应用。
全文摘要
本发明涉及一种制备均匀防水混凝土(整体防水混凝土)的方法,其中将一种含有有机硅化合物的可水解的水乳胶加入到由水、无机组分和选择性的有机组分制成的固化前的新鲜混凝土混合物中,所述的乳胶含有至少一种烷氧基硅烷和选择性的用作表面活性剂的一种有机硅化合物。
文档编号C04B24/42GK1218015SQ9812442
公开日1999年6月2日 申请日期1998年10月30日 优先权日1997年10月30日
发明者托马斯·格贝尔, 沃尔夫冈·洛茨, 赖纳·斯特尔格, 福尔克·维特曼, 安德烈亚斯·格德斯 申请人:德古萨股份公司