一种碱激发涂层材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种碱激发涂层材料及其制备方法和应用。

背景技术：

水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料，是人类使用量最大的人工材料。然而，水泥本身仍然存在固有的不足，如抗渗透和耐酸性等使用性能较差，对水泥进行表面涂层保护是提高其使用性能的有效措施。传统的有机复合涂层材料在实际应用中耐高温性能较差，使用寿命较短，而且粘合力较差，其实用性越来越受到限制。

碱激发材料是一种具有空间三维网络结构的绿色建筑材料，以矿物掺合料和碱性激发剂为主要成分，具有早期抗压强度高、耐高温和抗渗透性强等优越性能，与水泥之间具有较好的黏合力，能够用作涂层材料对水泥进行表面涂层保护。

但是，将碱激发材料长期暴露在大气或者海水环境中，容易受到环境中水分的侵蚀作用，如离子侵蚀、冻融循环和天气影响。作为水泥保护涂层的碱激发材料受到破坏后，会直接导致水泥的结构劣化，进而影响其使用性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种碱激发涂层材料及其制备方法和应用，将本发明提供的碱激发涂层材料对水泥表面进行涂层保护，能够使水泥具有较好的防水效果，有效解决了由于水分作用造成的各种环境侵蚀而引发的水泥结构劣化问题。

本发明提供了一种碱激发涂层材料，包括分装的碱激发材料和表面活性剂，使用时所述碱激发材料形成碱激发基体，表面活性剂涂覆在所述碱激发基体的单面；所述碱激发基体由包括以下重量份的原料制备得到：

30～80份的矿物掺合料；

20～40份的碱性激发剂。

优选的，所述表面活性剂包括二甲基硅油、有机硅防水剂和氟碳表面活性剂中的一种。

优选的，所述矿物掺合料包括矿粉、偏高岭土、高岭土、粉煤灰、赤泥和硅粉中的一种或几种。

优选的，所述碱性激发剂包括硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种。

本发明提供了上述技术方案所述碱激发涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将矿物掺合料和碱性激发剂混合，得到混合物料；

(2)将所述步骤(1)得到的混合物料依次进行成型和初次养护，得到碱激发基体；

(3)将表面活性剂涂覆在所述步骤(2)得到的碱激发基体单面，进行深度养护，得到碱激发涂层材料。

优选的，所述步骤(3)中涂覆包括刷涂、喷涂或浸渍。

优选的，所述表面活性剂以表面活性剂溶液的形式使用，所述表面活性剂溶液的质量百分含量为8％～12％。

优选的，所述涂覆后形成表面活性剂溶液层的厚度为8～12mm。

本发明提供了上述技术方案所述碱激发涂层材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碱激发涂层材料作为水泥保护膜的应用。

优选的，所述应用具体为：在所述水泥的表面依次涂覆碱激发材料和表面活性剂。

本发明提供了一种碱激发涂层材料，包括分装的碱激发材料和表面活性剂，使用时所述碱激发材料形成碱激发基体，表面活性剂涂覆在所述碱激发基体的单面；所述碱激发基体由包括以下重量份的原料制备得到：30～80份的矿物掺合料；20～40份的碱性激发剂。同时，本发明提供了所述碱激发涂层材料的制备方法。本发明采用表面活性剂对碱激发材料进行改性，得到的碱激发涂层材料具有很好的疏水性能。将本发明提供的碱激发涂层材料对水泥表面进行涂层保护，能够使水泥具有较好的防水效果，接触角均大于90°，可达108.2°；且表面能较小，为22.22～39.16mN/m。有效解决了由于水分作用造成的各种环境侵蚀而引发的水泥结构劣化问题。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的成型水泥的接触角图；

图2为本发明实施例1制备的表面形成碱激发基体层的成型水泥的接触角图；

图3为本发明实施例1制备的表面形成碱激发涂层的成型水泥的接触角图；

图4为本发明实施例2制备的表面形成碱激发涂层的成型水泥的接触角图；

图5为本发明实施例3制备的表面形成碱激发涂层的成型水泥的接触角图；

图6为本发明实施例4制备的表面形成碱激发涂层的成型水泥的接触角图。

具体实施方式

本发明提供了一种碱激发涂层材料，包括分装的碱激发材料和表面活性剂，使用时所述碱激发材料形成碱激发基体，表面活性剂涂覆在所述碱激发基体的单面；所述碱激发基体由包括以下重量份的原料制备得到：

30～80份的矿物掺合料；

20～40份的碱性激发剂。

本发明提供了一种碱激发涂层材料，包括分装的碱激发材料和表面活性剂，使用时所述碱激发材料形成碱激发基体，表面活性剂涂覆在所述碱激发基体的单面。在本发明中，所述表面活性剂优选包括二甲基硅油或有机硅防水剂。在本发明中，所述有机硅防水剂优选为渗透型有机硅防水剂。

在本发明中，按质量份数计，制备所述碱激发基体的原料包括30～80份的矿物掺合料，优选为40～70份，更优选为50～60份。本发明对于所述矿物掺合料的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的矿物掺合料即可。在本发明中，所述矿物掺合料优选包括矿粉、偏高岭土、高岭土、粉煤灰、赤泥和硅粉中的一种或几种；当所述矿物掺合料为两种及以上原料复配时，所述矿物掺合料更优选包括以下复配方案：

矿粉和偏高岭土的质量比为1：(0.5～3)；

矿粉、偏高岭土和高岭土的质量比为1：(0.5～3)：(0.5～3)；

偏高岭土、粉煤灰、赤泥和硅粉的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)；(0.5～2)；

偏高岭土、高岭土、粉煤灰、赤泥和硅粉的质量比为1：(0.5～2)：(0.5～2)；(0.5～2)。

在本发明中，按质量份数计，制备所述碱激发基体的原料包括20～40份的碱性激发剂，优选为25～35份，更优选为28～32份。本发明对于所述碱性激发剂的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的碱性激发剂即可。在本发明中，所述碱性激发剂优选包括硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾中的一种或几种；当所述碱性激发剂为两种及以上原料复配时，所述碱性激发剂更优选包括以下复配方案：

硅酸钠和硅酸钾的质量比为1：(0.1～9)

氢氧化钠和氢氧化钾的质量比为1：(0.1～0.5)

硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠的质量比为1：(0.1～9)：(0.05～0.3)

硅酸钠、硅酸钾、氢氧化钠和氢氧化钾的质量比为1：(0.1～9)：(0.05～0.3)：(0.05～0.3)。

在本发明中，所述碱性激发剂优选以碱性激发剂水溶液的形式使用。在本发明中，具体的，硅酸钠水溶液(钠水玻璃)的模数优选为1.4～2.0，更优选为1.6～1.8；硅酸钾水溶液(钾水玻璃)的模数优选为1.8～2.6，更优选为2.0～2.4；氢氧化钠水溶液的摩尔浓度优选为8～14mol/L，更优选为10～12mol/L；氢氧化钾水溶液的摩尔浓度优选为8～14mol/L，更优选为10～12mol/L。

在本发明中，按质量份数计，制备所述碱激发基体的原料优选包括0.5～20份的水，更优选为5～15份，最优选为8～12份。本发明对于所述水的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水即可。本发明优选采用去离子水。

本发明提供了上述技术方案所述碱激发涂层材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将矿物掺合料和碱性激发剂混合，得到混合物料；

(2)将所述步骤(1)得到的混合物料依次进行成型和初次养护，得到碱激发基体；

(3)将表面活性剂涂覆在所述步骤(2)得到的碱激发基体单面，进行深度养护，得到碱激发涂层材料。

本发明将矿物掺合料和碱性激发剂混合，得到混合物料。本发明对于矿物掺合料和碱性激发剂的混合方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够将物料混合均匀的混合的技术方案即可。

当制备所述碱激发基体的原料包括水时，本发明优选将矿物掺合料、碱性激发剂和水混合，得到混合物料。本发明对于矿物掺合料、碱性激发剂和水的混合方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够将物料混合均匀的混合的技术方案即可。

得到混合物料后，本发明将所述混合物料依次进行成型和初次养护，得到碱激发基体。本发明对于所述成型没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的成型的技术方案即可。本发明优选对所述混合物料进行振捣，得到成型物料。在本发明中，所述振捣的时间优选为1.5～2.5min。本发明对于所述成型物料的形状没有特殊的限定，根据实际需要确定所述成型物料的形状即可。

本发明对于所述初次养护没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的养护的技术方案即可。本发明优选在成型1.5～2.5h后进行初次养护，所述初次养护的时间优选为25～30天。在本发明的实施例中，所述初次养护具体是在标准养护室中进行，养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％。

得到碱激发基体后，本发明将表面活性剂涂覆在所述碱激发基体单面，进行深度养护，得到碱激发涂层材料。本发明对于所述涂覆的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可。在本发明中，所述涂覆优选包括刷涂、喷涂或浸渍。

在本发明中，所述表面活性剂优选以表面活性剂溶液的形式使用，所述表面活性剂溶液的质量百分含量优选为8％～12％，更优选为9％～11％。在本发明中，所述涂覆后形成表面活性剂溶液层的厚度优选为8～12mm，更优选为9～11mm。本发明对于所述表面活性剂溶液的溶剂没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的溶剂即可。在本发明的实施例中，所述二甲基硅油和有机硅防水剂具体采用去离子水作为溶剂。

将表面活性剂涂覆在所述碱激发基体单面后，本发明优选将得到的单面涂覆有表面活性剂的碱激发基体干燥，然后进行深度养护，得到碱激发涂层材料。在本发明中，将所述单面涂覆有表面活性剂的碱激发基体干燥后，涂覆在所述碱激发基体单面的表面活性剂固化，形成表面活性剂固化层，所述表面活性剂固化层的厚度优选为1～1.5mm。本发明对于所述干燥没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。本发明优选采用自然风干。本发明对于所述深度养护没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的养护的技术方案即可。在本发明中，所述深度养护的时间优选为25～30天。在本发明的实施例中，所述深度养护具体是在标准养护室中进行，养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％。

本发明提供了上述技术方案所述碱激发涂层材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的碱激发涂层材料作为水泥保护膜的应用。在本发明中，所述应用优选具体为：在所述水泥的表面依次涂覆碱激发材料和表面活性剂。在本发明中，所述应用的方法优选包括以下步骤：

(a)将水泥和水混合，得到水泥浆；

(b)将所述步骤(a)得到的水泥浆依次进行第一成型和第一养护，得到成型水泥；

(c)将矿物掺合料、碱性激发剂和水混合后得到的混合物料涂覆在所述步骤(b)得到的成型水泥的表面，依次进行第二成型和第二养护，在所述成型水泥表面形成碱激发基体层；

(d)将表面活性剂涂覆在所述步骤(c)得到的碱激发基体层的表面，进行第三养护，在成型水泥表面形成碱激发涂层。

本发明将水泥和水混合，得到水泥浆。本发明对于所述水泥的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水泥即可，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥或复合硅酸盐水泥。在本发明中，所述水泥与水的质量比优选为1：(0.35～0.45)。本发明对于所述水泥和水的混合没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够将物料混合均匀的技术方案即可。在本发明中，所述混合优选在搅拌条件下进行，所述搅拌的速率优选为100～200r/min，更优选为140～160r/min；所述搅拌的时间优选为4～6min。在本发明的实施例中，具体采用搅拌锅进行所述混合。

得到水泥浆后，本发明将所述水泥浆依次进行第一成型、第一养护，得到成型水泥。本发明对于进行所述第一成型和第一养护所采用的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的水泥成型、养护的技术方案即可。本发明优选将所述水泥浆进行振捣1.5～2.5min，成型1.5～2.5h后进行第一养护25～30天。在本发明的实施例中，所述第一养护具体是在标准养护室中进行，养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％。

得到成型水泥后，本发明将矿物掺合料、碱性激发剂和水混合后得到的混合物料涂覆在所述成型水泥的表面，依次进行第二成型、第二养护，在所述成型水泥表面形成碱激发基体层。本发明对于将所述混合物料涂覆在所述成型水泥的表面所采用的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可。在本发明中，涂覆在所述成型水泥表面的混合物料的厚度优选为2.5～3.5cm。本发明对于进行所述第二成型和第二养护所采用的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的成型、养护的技术方案即可。本发明优选将涂覆在所述成型水泥表面的混合物料进行振捣1.5～2.5min，成型1.5～2.5h后进行第二养护25～30天。在本发明的实施例中，所述第二养护具体是在标准养护室中进行，养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％。

在所述成型水泥表面形成碱激发基体层后，本发明将表面活性剂涂覆在所述碱激发基体层的表面，进行第三养护，在成型水泥表面形成碱激发涂层。本发明对于将所述表面活性剂涂覆在所述碱激发基体层的表面所采用的方法没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的涂覆的技术方案即可。

将表面活性剂涂覆在所述碱激发基体层的表面后，本发明优选将涂覆有表面活性剂的碱激发基体层干燥，然后进行第三养护，在成型水泥表面形成碱激发涂层。本发明对于所述干燥没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的干燥的技术方案即可。本发明优选采用自然风干。本发明对于所述第三养护没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的养护的技术方案即可。在本发明中，所述第三养护的时间优选为25～30天。在本发明的实施例中，所述第三养护具体是在标准养护室中进行，养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

(1)按照普通硅酸盐水泥P.O 42.5与水的质量比为1：0.4计，将普通硅酸盐水泥P.O 42.5与水置于搅拌锅中，在搅拌速率为150r/min的条件下搅拌混合5min，得到水泥浆；

(2)将步骤(1)得到的水泥浆置于2cm*2cm*2cm的钢制模具中，放在振荡台上振捣2min，成型2h后拆模，于标准养护室(养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％)中养护28天，得到成型水泥；

(3)用透明胶带包裹步骤(2)得到的成型水泥，并使透明胶带高出所述成型水泥的上表面3cm；将45g矿粉(中国河北省产，强度等级为S95级)与25.19g钠水玻璃(模数为1.4)混合，得到混合物料；将所述混合物料置于透明胶带围成的2cm*2cm*3cm的长方体内，放在振荡台上振捣2min，成型2h后于标准养护室(养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％)中养护28天，在成型水泥表面形成碱激发基体层；

(4)将二甲基硅油与去离子水混合，得到质量百分含量为10％的二甲基硅油溶液；将所述二甲基硅油溶液涂刷在步骤(3)得到的碱激发基体层的表面，使涂刷的二甲基硅油溶液层的厚度为10mm，自然风干后，于标准养护室(养护温度为23±0.5℃，相对湿度为95±5％)中养护28天，在成型水泥表面形成碱激发涂层。

实施例2

按照实施例1的方法在成型水泥表面形成碱激发涂层，其中，表面活性剂采用渗透型有机硅防水剂，具体是将渗透型有机硅防水剂与去离子水混合，得到质量百分含量为10％的渗透型有机硅防水剂溶液。

实施例3

按照实施例1的方法在成型水泥表面形成碱激发涂层，其中，采用浸渍的方式将二甲基硅油溶液涂覆在碱激发基体层的表面，具体是将碱激发基体层浸泡于二甲基硅油溶液中28天后取出，自然风干。

实施例4

按照实施例2的方法在成型水泥表面形成碱激发涂层，其中，采用浸渍的方式将渗透型有机硅防水剂溶液涂覆在碱激发基体层的表面，具体是将碱激发基体层浸泡于渗透型有机硅防水剂溶液中28天后取出，自然风干。

实施例5

将实施例1步骤(2)得到的成型水泥、步骤(3)得到的表面形成碱激发基体层的成型水泥和步骤(4)得到的表面形成碱激发涂层的成型水泥，与实施例2～4得到的表面形成碱激发涂层的成型水泥作为样品，采用授权公告号为CN 103852403 B(发明名称为《一种水泥基材料接触角和表面能的测量方法》)的发明专利提出的气泡法对所述样品待测表面形成的接触角进行测量，并计算表面能，结果见表1；具体方法包括以下步骤：

(1)对样品进行表面处理：将样品的待测表面依次用500目、1000目、2000目的砂纸在预磨机上进行打磨抛光，以减少样品待测表面的粗糙程度，其中，每个样品在每种规格的砂纸上打磨5min，预磨机转速为550r/min；将打磨后的样品用超细纤维无尘布擦拭抛光面，清理待测表面的积灰以及其它杂质；

(2)将步骤(1)经过表面处理的样品的待测表面朝下浸没于去离子水中，用表面张力仪的注射系统释放烷烃(正庚烷或正十六烷)或空气气泡贴服于样品的待测表面，构成固体-水-烷烃或固体-水-空(气)三相体系，通过表面能仪器测量烷烃或空气在样品待测表面形成的接触角，然后通过Thomas Young三相平衡方程推导计算出碱激发材料的表面能；为了保证实验结果的可靠性，每种烷烃和空气气泡在每个样品待测表面不同位置上测量2点取平均接触角数值(左接触角和右接触角的算术平均值)，并且每个样品进行3次平行实验，最后取12个数据的算术平均值作为该样品的接触角数值。

表1样品的接触角和表面能数据

由表1可知，将本发明提供的碱激发涂层材料对水泥表面进行涂层保护，能够使水泥具有较好的防水效果，接触角均大于90°，可达108.2°；且表面能较小，为22.22～39.16mN/m。这能够有效解决由于水分作用造成的各种环境侵蚀而引发的水泥结构劣化问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。