一种利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法

本发明涉及混凝土材料表面处理，尤其涉及一种利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法。

背景技术：

1、硅酸盐水泥自发现至今，经过一百多年的发展，成为建筑领域使用量最大的材料，也是人类赖以生存与发展的基础材料。由于水泥基材料具有优良的性能与简单的生产操作，因此被广泛应用于桥梁大坝等建筑。但是，在水泥水化过程中产生水化收缩以及水分蒸发等现象，导致硬化后的硅酸盐水泥表面存在孔隙与裂缝，cl-、so42-与co2等有害性物质渗透进入水泥基材料内部，而引起水泥基材料劣化，影响其整体的耐久性。其中，影响水泥基材料耐久性的最主要问题是氯离子侵蚀，氯离子向水泥基材料内部钢筋层迁移，造成钢筋腐蚀，水泥基材料开裂。

2、国内外研究者针对水泥基材料氯离子侵蚀问题进行了深入研究，并提出了一系列方法用于解决此问题，主要包括表面涂层、疏水浸渍等。但通过这些方法形成的保护层与水泥基材料之间存在弱相界面，因此保护层易脱落，防治效果较差且实际应用成本较高。公开号cn113636861a中国专利公开了一种基于碱激发矿渣和硅酸盐水泥的功能梯度混凝土，包括在硅酸盐水泥混凝土的表面覆盖有一层碱激发矿渣砂浆层或碱激发矿渣混凝土层，以提高硅酸盐水泥混凝土的抗氯离子渗透性能，但是碱激发矿渣砂浆层或碱激发矿渣混凝土层容易收缩开裂，目前碱激发矿渣收缩是水泥混凝土的3-6倍，表面碱激发矿渣层收缩开裂后其抗氯离子渗透性能也会降低，很难大规模推广。为更好地解决水泥基材料氯离子侵蚀问题，本发明了利用碱激发矿渣悬浊液与mg(hco3)2溶液双组份表面改性剂对水泥混凝土进行表面处理的方法，通过在表面形成一层caco3与硅凝胶复合保护层，以此来降低水泥基材料氯离子扩散系数，延缓其侵蚀速率。

技术实现思路

1、针对水泥基材料易受氯离子侵蚀且现有表面处理方法防治效果不明显、成本较高、实际可应用性低等问题，本发明提供一种利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，利用碱激发矿渣作为外部ca2+添加剂，与mg(hco3)2溶液进行脱钙碳酸化反应，在钢筋水泥混凝土表面形成一层碳酸钙与硅胶保护层，降低氯离子在钢筋水泥混凝土的渗透性，提高钢筋混凝土的抗氯离子腐蚀的能力，具体技术方案如下：

2、一种利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，所述双组份表面改性剂由碱激发矿渣悬浊液和mg(hco3)2溶液组成，所述表面处理的方法包括：依次采用碱激发矿渣悬浊液、mg(hco3)2溶液对水泥基材料进行表面喷涂处理，在水泥基材料表面形成一层由碳酸钙与硅胶组成的的保护层。

3、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述碱激发矿渣悬浊液的制备方法包括以下步骤：

4、①将矿渣磨细，过400目筛网，得到细化的矿渣；

5、②将细化的矿渣与粉体水玻璃按照碱度(na2o占矿渣的质量百分比)4～6wt％混合，然后按照水灰比为1.0，此处水灰比中的灰是指细化的矿渣与粉体水玻璃总质量，水是指加水的质量，加水进行搅拌混合，得到碱激发矿渣悬浊液；或者将细化的矿渣与液体水玻璃按照碱度4～6wt％混合，按照水灰比1.0加水混合，此处水灰比中水包括液体水玻璃中的水与外加水质量，灰包括水玻璃中的固含量与矿渣质量，得到碱激发矿渣悬浊液；所述粉体水玻璃、液体水玻璃的模数为2.0。

6、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述矿渣为水淬高炉粒化矿渣。

7、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述碱激发矿渣悬浊液现配现用，使用前进行充分搅拌或震动再喷涂。碱激发矿渣悬浊液不是直接作为碱激发矿渣涂层，而是作为表面碳酸钙保护层的钙源和硅源，必须现配现用，在用之前必须充分震动再喷涂。

8、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述粉体水玻璃目数为200-250目；所述液体水玻璃为改性工业钠水玻璃，改性工业钠水玻璃为：将工业钠水玻璃与分析纯的氢氧化钠制备成模数为2.0m液体。工业钠水玻璃一般模数大于3.0，需要采用氢氧化钠进行改性，使其模数为2.0m。

9、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述mg(hco3)2溶液为采用分析纯mg(hco3)2和水混合配制得到，浓度为0.5～3.0wt％。

10、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述水泥基材料为预制混凝土或现浇筑混凝土桩基。

11、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，包括以下步骤：

12、(1)将所述碱激发矿渣悬浊液充分搅拌，然后在水泥基材料表面喷涂2～3遍，晾置5～10min，涂层表干，涂层厚度为10～20μm；

13、(2)采用所述mg(hco3)2溶液表面喷涂2～3遍，在环境温度(20-40℃)下养护2-4h，形成由碳酸钙与硅胶形成的保护层。

14、优选的，上述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法中，所述喷涂为采用工业外墙水性涂料喷涂机进行喷涂。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1.本发明的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，碱激发矿渣悬浊液中的水化产物硅铝酸钙(c-a-s-h)凝胶提供钙源和硅源，硅铝酸钙凝胶与mg(hco3)2溶液反应形成由片状碳酸钙晶体(主要为方解石)与硅胶组成的表面保护层；方解石晶体均匀排布，硅胶填充晶体间孔隙，形成致密(砖+胶)结构保护层，适用于预制混凝土和现浇筑混凝土桩基，该保护层阻止环境中氯离子向混凝土内部钢筋层迁移，能够避免混凝土开裂和钢筋腐蚀，从而提高钢筋混凝土桩基的耐久性。

17、2.本发明的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，保护层与水泥混凝土通过化学键(si-o-si)键接形成一个整体，不存在弱相界面，结合好，具有更好的耐久性。

18、3.本发明的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，该方法工艺简单、绿色环保、成本低廉，实用性好，对我国沿海桥梁桩基耐久性提升具有重要意义。

技术特征：

1.一种利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述双组份表面改性剂由碱激发矿渣悬浊液和mg(hco3)2溶液组成，所述表面处理的方法包括：依次采用碱激发矿渣悬浊液、mg(hco3)2溶液对水泥基材料进行表面喷涂处理，在水泥基材料表面形成一层由碳酸钙与硅胶组成的的保护层。

2.根据权利要求1所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述碱激发矿渣悬浊液的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述矿渣为水淬高炉粒化矿渣。

4.根据权利要求2所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述碱激发矿渣悬浊液现配现用，使用前充分搅拌或震动再喷涂。

5. 根据权利要求2所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述粉体水玻璃目数为200-250目；所述液体水玻璃为改性工业钠水玻璃，改性工业钠水玻璃为：将工业钠水玻璃与分析纯的氢氧化钠制备成模数为2.0 m液体。

6.根据权利要求2所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述碱度为4wt%。

7. 根据权利要求1所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述mg(hco3)2溶液为采用分析纯mg(hco3)2和水混合配制得到，其质量百分比浓度为0.5~3.0 %。

8.根据权利要求1所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述水泥基材料为预制混凝土或现浇筑混凝土桩基。

9.根据权利要求1~8任一项所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，其特征在于，所述喷涂为采用工业外墙水性涂料喷涂机进行喷涂。

技术总结
本发明涉及混凝土材料表面处理技术领域，具体公开了一种利用双组份表面改性剂对水泥基材料进行表面处理的方法，所述双组份表面改性剂由碱激发矿渣悬浊液和Mg(HCO3)2溶液组成，所述表面处理的方法包括：依次采用碱激发矿渣悬浊液、Mg(HCO3)2溶液对水泥基材料进行表面喷涂处理，在水泥基材料表面形成一层由碳酸钙与硅胶组成的的保护层。本发明方法中，碱激发矿渣悬浊液中的水化产物硅铝酸钙（C‑A‑S‑H）凝胶提供钙源和硅源，硅铝酸钙凝胶与Mg(HCO3)2溶液反应形成由片状碳酸钙晶体与硅胶组成的表面保护层适用于预制混凝土和现浇筑混凝土桩基，该保护层阻止环境中氯离子向混凝土内部钢筋层迁移，能够避免混凝土开裂和钢筋腐蚀，从而提高钢筋混凝土桩基的耐久性。

技术研发人员：董冰,刘乐平,何佳佳,李秋香,陈小春,曾洁静,苏毅,谭嘉馨
受保护的技术使用者：南宁师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16