本发明涉及建筑材料领域，特别地，涉及一种对混凝土具有自修复作用的防水剂和防水剂制备方法，以及一种防水混凝土。
背景技术：
混凝土是目前人类使用最大宗的人造材料，在混凝土的养护或者服役过程中，由于界面过渡区以及干缩、化学收缩、温度收缩、徐变等现象的存在或者外界载荷的作用，其内部会形成大小不一的毛细孔以及微裂纹。这些毛细孔和微裂纹的存在会直接导致混凝土结构抗渗透性能的降低，造成混凝土防水性能的下降。随着水在混凝土内部的渗透，还会造成混凝土性能加速劣化，混凝土耐久性也大幅下降。因此，要避免混凝土结构渗透对人们生产、生活带来的不便以及降低混凝土建筑的维修成本，对其进行防水处理显得十分地重要。
目前，混凝土建筑结构防水的方法主要有两种，第一种是对混凝土进行表面处理，主要是在其表面涂覆或者铺设一层有机聚合物层以隔绝水对混凝土结构的侵蚀。该方法在短时间内能够起到较为优异的作用，但是，该类材料与混凝土基体的相容性较差，而且易老化，这都导致了其对混凝土的防水作用具有一定的期限。除此之外，该种防水方式只限于混凝土表面的防水，不能起到修复基体内部微裂缝的作用。另一种防水方法是在混凝土中掺入防水剂，目前使用的防水剂种类繁多，其中无机类防水剂主要有氯盐、硫酸盐、水玻璃等；有机类防水剂的主要成分有脂肪酸金属盐、合成树脂以及各种乳液等。以上的防水剂掺入到混凝土中会对混凝土的性能造成很大的影响，如：氯离子会加速混凝土中钢筋的锈蚀，硫酸根会侵蚀混凝土基体。因此，目前使用的防水手段以及防水剂都存在着一定的缺陷，为了适应对建筑行业提出的绿色发展的目标，需要开发一种新型的混凝土防水材料。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的一个或多个问题。例如，本发明的目的之一在于提供一种对混凝土具有自修复作用的防水剂、防水剂的制备方法，以及防水混凝土。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法。所述方法可包括以下步骤：将mg2+浓度为0.5～1.5mol/l的镁盐溶液，与膨润土按照质量比15：1～25：1进行混合，得到膨润土浆体，其中，所述膨润土为钠基膨润土和/或钙基膨润土；将所述膨润土浆体搅拌均匀，然后进行陈化、过滤，得到沉淀；对所述沉淀进行干燥、粉碎，得到所述防水剂。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述镁盐溶液可含有mg(no3)2、mgcl2或mgso4中的一种或多种。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述搅拌的过程中：搅拌温度可为50～80℃，搅拌速率可为800～1200转/分，搅拌时间可为5～8h。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述膨润土可为天然天膨润土。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述陈化的时间可为8～12h。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述干燥的温度可为80～90℃。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述过滤的步骤可包括：用真空泵抽滤所述陈化后的膨润土浆体，并在抽滤过程中用水反复冲洗其中的沉淀，即反复冲洗陈化后膨润土浆体中的沉淀。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述方法还可包括步骤：用100目的筛子过筛所述粉碎步骤后的沉淀，进一步地，可用200目的筛子过筛。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的一个示例性实施例，所述混凝土碱度为10以上、钙离子浓度为0.712～1.068g/l。进一步地，混凝土的碱度可为10～12。
本发明另一方面提供了一种对混凝土具有自修复作用防水剂，所述防水剂可包括采用如上所述的防水剂制备方法制备出的防水剂。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂的一个示例性实施例，所述防水剂可包括按照质量百分比计的如下成分：60～70％sio2、15～18％al2o3、6～8％mgo、4～6％cao、3～4％fe2o3、1～1.5％k2o。
根据本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂的一个示例性实施例，所述防水剂能够过100目筛，进一步地，能够过200目筛。
本发明再一方面提供了一种具有自修复作用的防水混凝土，所述防水混凝土可包括水泥、砂石和如上所述防水剂。其中，所述水泥的质量可占所述混凝土质量的1/8～1/7，所述防水剂与所述水泥的质量配比可为1：10～1：17。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明防水剂的制备方法简便，生产成本低、原料来源广泛；本发明制得的防水剂能够使混凝土具有很强的防水作用；本发明的混凝土具有很好的防水效果且对于自身微裂缝具有很强的自修复作用。
附图说明
通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：
图1示出了本发明一个示例性实施例的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的流程示意图。
具体实施方式
在下文中，将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的对混凝土具有自修复作用防水剂及其制备方法、以及防水混凝土。
由于混凝土具有孔隙多、易开裂的特点，使其在使用过程中容易出现渗漏水的情况，这不仅对人们的生活、生产造成一定的影响，还会加速混凝土结构耐久性能的劣化。混凝土结构传统的防水方式或者防水剂存在着一定的不足，不能够适应绿色混凝土的发展理念。
本发明提供了一种新型的对混凝土具有自修复作用防水剂及其制备方法，以及一种防水混凝土。其中，所述制备方法可以以膨润土为原料，以可溶性镁盐溶液为改性剂，制备出高镁离子含量的镁基膨润土，以此作为混凝土的防水剂。该防水剂对混凝土主要起到以下两个方面的作用：(1)由于膨润土具有遇水膨胀的作用，在混凝土的拌合过程中掺入该防水剂可以增加混凝土的抗渗性和耐久性，当水进入到混凝土内部时，基体内的膨润土颗粒会迅速吸水膨胀堵塞裂缝或者孔隙，阻断水的渗透路径；(2)在混凝土高碱以及高钙离子浓度的条件下，镁基膨润土防水剂中的镁离子被置换出来生成性质稳定的水镁石以及碳酸镁晶体，该产物对混凝土中的微裂缝具有很强的修复作用。因此，该防水剂在提高混凝土抗渗性能的同时，还能对混凝土基体中的微裂缝具有很强的修复作用，即对混凝土起到双重防水的作用。
本发明一方面提供了一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法。
图1示出了本发明一个示例性实施例的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法的流程示意图。
在本发明的一个示例性实施例中，如图1所示，所述制备方法可包括以下步骤：
如图1中的步骤s01，将mg2+浓度为0.5～1.5mol/l的镁盐溶液与膨润土按照质量比15：1～25：1进行混合，得到膨润土浆体。其中，若镁盐溶液中mg2+浓度太低，则改性效果差，当溶液浓度超过1.5mol/l，其改性作用几乎没有再得到提高，因此，从改性效果以及经济角度考虑，可选择溶液中mg2+的浓度范围为0.5～1.5mol/l。膨润土主要矿物成分为蒙脱石，将镁盐溶液与膨润土按照15：1～25：1混合是因为该比例有利于蒙脱石层间阳离子的交换作用，有利于镁离子改性，若比例大于25：1，则溶液使用量较大，成本高，若比例小于15：1，则膨润土中片状蒙脱石矿物剥层不充分，不利于层间阳离子的交换作用，导致改性效果较差。镁盐溶液可为mg(no3)2溶液、mgcl2溶液或mgso4溶液，也可以是以上三种溶液中两种的混合，甚至三种溶液的混合，本发明的镁盐溶液不局限于此，只要是可溶性镁盐溶液都可。膨润土可为天然膨润土，也可为人工制造的膨润土，膨润土可为钠基膨润土和/或钙基膨润土，钠基膨润土以及钙基膨润土时目前最为常见的两种膨润土，选择天然膨润土作为原料可以降低成本，经济性好。
如图1中的步骤s02，将所述膨润土浆体搅拌均匀，然后进行陈化、过滤，得到沉淀。对膨润土浆体进行搅拌，这样可以使所述镁盐溶液和所述膨润土充分混合均匀，也可加速改性过程。其中，搅拌膨润土浆体时，可将膨润土浆体的温度加热至50～80℃，这样可以加速蒙脱石层间阳离子的交换作用，以加速改性过程。搅拌时的速率可控制在800～1200rpm(转/分)，这样也可以加速蒙脱石层间阳离子的交换作用，以加速改性过程；搅拌时间可控制在5～8h，这样可以使膨润土被镁离子充分改性。陈化时间可控制在8～12h，这样可以使膨润土被镁离子充分改性。在过滤过程中，可用真空泵进行抽滤，并在抽滤过程中可用水冲洗沉淀2～3次；使用真空泵抽滤能够加速过滤进程，在抽滤过程中，用水冲洗2～3次能够去除残留在沉淀中的镁离子以及相关的阴离子基团，以避免其对防水剂性能的影响。
如图1中的步骤s03，对所述沉淀(即步骤s02得到的沉淀)进行干燥、粉碎，得到所述防水剂。其中，干燥沉淀的温度可控制在80～90℃，例如可为85℃，干燥时间可控制在10～14h，进一步地，可为12h。若干燥温度过低，干燥时间过短，将不能保证很好地去除沉淀中的水分；若干燥温度过高，干燥时间太长，则会破坏成分、浪费能源。
在本实施例中，所述方法还可包括步骤：用100目的筛子过筛所述粉碎步骤后的沉淀，通过筛子的沉淀即为防水剂。进一步地，可选用200目的筛子。如果防水剂粒径过大，会导致其在混凝土中作用位点变少，防水作用变弱。
在过筛步骤之后，所述方法还可包括密封的步骤，以保证防水剂的干燥状态。
在本实施例中，本发明方法制备出的防水剂所适用的混凝土为高碱度、高钙离子浓度的混凝土，其中，混凝土的碱度可为10以上，例如12，13±0.5等，钙离子浓度可为0.712～1.068g/l，例如0.9±0.5g/l。进一步地，混凝土碱度可为10～12，例如11±0.5。
在本发明的另一个示例性实施例中，所述防水剂的制备方法可包括以下步骤：
可以先配置一定摩尔浓度的可溶性镁盐溶液，当其在搅拌机的作用下充分溶解均匀后，按一定比例加入天然膨润土，在一定的温度以及搅拌速率下将膨润土浆体搅拌5～8h，然后陈化一定时间后，用真空泵对其进行抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将过滤后的改性膨润土在85℃的条件下干燥。然后用粉碎机粉碎，过筛即得到镁基膨润土防水剂。
其中，所述的可溶性镁盐溶液为mg(no3)2、mgcl2、mgso4溶液，溶液浓度在0.5～1.5mol/l之间，可用磁力搅拌机搅拌配置好的配盐溶液，在26～35℃，400～600rpm的条件下使其溶解均匀。当然，本发明也可以直接使用配置好的镁盐溶液，无需现场配置。所使用的原料为天然膨润土，主要包括天然钙基膨润土以及天然钠基膨润土两种；天然膨润土与镁盐溶液的质量比例在1：15～1：25之间；膨润土浆体的搅拌温度为50～80℃，搅拌速率为800～1200rpm；所述的搅拌完成后膨润土浆体陈化时间为8～12h；将过滤膨润土破碎、过200目筛后得到镁基膨润土防水剂。
为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例，下面结合具体示例对其进行进一步说明。
示例1
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置1mol/l的mg(no3)2溶液倒入容器中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按25：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钠基膨润土。升温至80℃，在1000rpm的条件下搅拌8h。将反应完成的膨润土浆液陈化12h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测结果：
将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量6％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为300％，抗压强度比为120％；将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为90％，透水压力恢复率为80％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
示例2
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置1.5mol/l的mg(no3)2溶液倒入2l的烧杯中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按20：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钠基膨润土。升温至70℃，在1200rpm的条件下搅拌6h。将反应完成的膨润土浆液陈化12h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测结果：
将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量6％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为290％，抗压强度比为115％，将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为88％，透水压力恢复率为82％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
示例3
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置1mol/l的mgcl2溶液倒入2l的烧杯中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按20：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钙基膨润土。升温至80℃，在1200rpm的条件下搅拌6h。将反应完成的膨润土浆液陈化12h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测结果：
将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量7.5％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为250％，抗压强度比为150％，将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为85％，透水压力恢复率为83％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
示例4
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置1mol/l的mgso4溶液倒入2l的烧杯中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按25：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钙基膨润土。升温至60℃，在1200rpm的条件下搅拌8h。将反应完成的膨润土浆液陈化10h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测结果：
将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量6％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为240％，抗压强度比为140％，将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为92％，透水压力恢复率为70％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
示例5
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置0.5mol/l的mgso4溶液倒入2l的烧杯中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按15：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钠基膨润土。升温至80℃，在1200rpm的条件下搅拌7h。将反应完成的膨润土浆液陈化12h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测结果：
将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量7％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为230％，抗压强度比为110％，将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为85％，透水压力恢复率为70％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
示例6
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置1mol/l的mg(no3)2溶液倒入2l的烧杯中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按20：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钠基膨润土。升温至60℃，在1000rpm的条件下搅拌6h。将反应完成的膨润土浆液陈化12h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测结果：
将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量6.5％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为240％，抗压强度比为115％，将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为80％，透水压力恢复率为78％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
示例7
一种对混凝土具有自修复作用防水剂的制备方法为：配置1mol/l的mgso4溶液倒入2l的烧杯中然后置于磁力搅拌机上，在30℃、500rpm的条件下使其溶解均匀后，按20：1(即镁盐溶液与膨润土的质量比)的比例加入一定质量的天然钠基膨润土。升温至80℃，在900rpm的条件下搅拌8h。将反应完成的膨润土浆液陈化8h后，对其进行真空抽滤，在抽滤的过程中用水反复洗涤膨润土2～3次。将抽滤后的膨润土在85℃的条件下干燥12h，然后经过粉碎机破碎、过200目筛，密封即得到该防水剂。
性能检测：将按以上方法制备得到的镁基膨润土防水剂按水泥掺量9％掺入到砂浆中，与空白组对照其透水压力比为260％，抗压强度比为118％，将试样继续养护28d后，其抗压强度恢复率为85％，透水压力恢复率为76％，具有极佳的防水抗渗效果以及自修复效果。
经反复测试，本发明示例性实施例的制备出的防水剂具有优良的防水抗渗效果以及自修复效果。例如，与未添加本发明的防水剂的空白组对照，添加有本发明示例性实施例的防水剂的混凝土的透水压力比可以为230％以上，甚至可达300％；抗压强度比可以为110％以上，甚至可达150％；继续养护28d后，其抗压强度恢复率可以为80％以上，甚至可达92％；透水压力恢复率为70％以上，甚至可达83％。
本发明另一方面提供了一种对混凝土具有自修复作用防水剂，所述防水剂可包括采用如上所述的对混凝土具有自修复作用防水剂制备方法制备出的防水剂。
在本发明的再一个示例性实施例中，所述防水剂可包括如表1所示的如下成分。
表1防水剂的主要成分及含量(质量百分比)
例如，按照质量百分比计，防水剂中可含有按质量百分比计的如下成分：63％±1％sio2、17％±0.3％al2o3、7％±0.5％mgo、5％±0.5％cao、3.5％±0.2％fe2o3、1.3％±0.1％k2o。
在本实施例中，所述防水剂能够过100目筛，进一步地，能够过200目筛。
由于防水剂是通过膨润土自身的膨胀以及与混凝土基体之间相互反应生成性质稳定的水镁石晶体和碳酸镁晶体来起到防水以及自修复的作用，所以混凝土不会出现老化或者防水效果减弱的现象，并能够克服传统防水材料的不足，使混凝土达到永久防水的目的。
本发明再一方面提供了一种具有自修复作用的防水混凝土，所述混凝土可包括水泥、砂石和上述的防水剂，并且按质量计，水泥占混凝土的1/8～1/7，且防水剂与水泥的质量配比为1：10～1：17。
综上所述，本发明的防水剂制备方法简便，生产成本低、原料来源广泛，具有十分广阔的市场应用前景。本发明的防水剂为无机材料，与混凝土相容性好，不会出现老化等现象，可以起到永久性防水的目的；本发明的防水混凝土不仅具有优异的防水性能，还对自身微裂缝具有很强的自修复作用。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该清楚，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。