一种整体疏水矿渣水泥砂浆的制备方法及其成品和应用

本发明涉及水泥组合物，尤其涉及一种整体疏水矿渣水泥砂浆的制备方法及其成品和应用。

背景技术：

1、混凝土由于其可塑性强、耐久性强、力学性能优异等优势，成为了世界上应用最为广泛的建筑材料。但混凝土同时也是一种非均质多孔亲水材料，水极易沿着孔隙和微裂纹进入内部，从而造成材料的劣化。尤其在水工领域中，建筑物的服役环境更为复杂，受水流冲刷、干湿循环、离子侵蚀、极端气候变化等因素影响，混凝土建筑在服役过程中会面临多种劣化问题，例如冲蚀、磨损、开裂、钢筋锈蚀等。而水工建筑物的设计使用年限一般较长，材料的劣化往往又会导致整体结构承载力的下降，一旦建筑物达不到设计使用寿命，就需要投入更多资金和资源进行后期维护与加固，不仅经济损失严重，还会对社会生活造成一定的影响。因此，提高建筑材料的耐久性成为了水工建筑领域的重点研究内容。

2、不难发现，水在各种破坏过程中均发挥了重要作用：材料开裂后会随之发生渗漏问题；高速水流会对材料表面进行冲击磨损；水中cl-、so42-等有害离子入侵会造成钢筋锈蚀；冻胀造成材料内部结构破坏；酸雨造成材料表面腐蚀等等。因此如果能够提升混凝土防水的能力，其抗氯离子侵蚀能力、抗硫酸盐侵蚀能力以及抗冻融能力也会随之得到提升，也就能在一定程度上提高水工建筑物的耐久性，延长其使用寿命，从而有效减少后期维护成本。根据多年研究，对水泥基材料进行表面疏水改性或整体疏水改性都能有效降低材料的亲水性，从而提高材料的耐久性和使用寿命。其中疏水涂层是经有机疏水剂改性形成的，受高温和紫外线影响较大，涂层会随着时间推移发生老化失效，故需要长期重复涂刷。与表面疏水处理相比，整体疏水改性范围更大，材料受外界影响较小，损伤处一般能保持原有的疏水性。现有技术包括利用羟基封端的聚二甲基硅氧烷作为疏水剂配合聚丙烯纤维构造粗糙结构，实现水泥砂浆的超疏水改性，其具有157.3°的接触角。还有在拌和过程中加入氟烷基硅烷，以铜网覆盖构造多层级粗糙结构制备了接触角为158°的超疏水砂浆。虽然，疏水性添加剂改性后的混凝土疏水性和耐久性被提高，但是不同的改性剂各有其局限性。含氟有机物具有较大的毒性，对环境污染巨大，而且价格高昂。硅烷类疏水剂具有一定的毒性和挥发性，而且成本高昂，改性步骤复杂。

技术实现思路

1、有鉴于现有技术的上述缺陷，在本发明的第一方面，提供了一种制备方便、成本低、环保无毒的整体疏水矿渣水泥砂浆的制备方法，包括如下步骤：

2、(1)将硬脂酸溶于乙醇，得到硬脂酸溶液；将氢氧化钠溶于水，得到碱激发剂；

3、(2)将硅酸盐水泥和矿渣混合形成胶凝材料，随后向其加入砂，混合得到粉砂干料；

4、(3)将所述硬脂酸溶液与所述粉砂干料混合，向所得混合料中加入所述碱激发剂和水，混合得到改性矿渣水泥砂浆；

5、(4)所述改性矿渣水泥砂浆经浇筑，硬化后进行养护，完成整体疏水矿渣水泥砂浆的制备。

6、优选的，所述硬脂酸和乙醇、胶凝材料的质量比依次为0.02～0.04：0.08～0.12：1。

7、优选的，所述氢氧化钠和胶凝材料的质量比为0.02～0.04：1。

8、优选的，所述步骤(1)中，所述碱激发剂的浓度为3.0～3.5mol/l。

9、优选的，所述步骤(2)中，所述硅酸盐水泥和矿渣、砂的质量比为1：3.0～3.5：4.0～4.5。

10、优选的，所述步骤(2)中，所述砂包括细砂、中砂、标准砂中的至少一种。

11、优选的，所述步骤(3)中，以加入所述碱激发剂和水的总含水量计，与混合料混合的水胶比为0.45～0.50。

12、优选的，所述步骤(4)中，所述养护在20～25℃和90～95％相对湿度的条件下进行，处理24～72h后干燥，完成养护。

13、在本发明的第二方面，提供了一种疏水性能、自清洁效果与机械耐久性优异的整体疏水矿渣水泥砂浆，采用本发明第一方面的方法制备而成。

14、在本发明的第三方面，提供了本发明第二方面的整体疏水矿渣水泥砂浆的应用，具体是将其作为防水建筑材料在建设水工建筑物领域中的应用。

15、现有的技术方案中，硬脂酸一般作为疏水剂用于材料改性，或直接作为疏水成分溶于溶剂后与材料混合，使其具备防水效果。此类方法的缺陷在于简单混合或改性难以满足例如在水工建筑等严苛环境下的使用需求，此类应用对砂浆的整体疏水性要求高，并且需要材料具有良好的耐磨损性能，在环境冲击下仍能够保持防水效果。

16、因此，本发明的设计构思在于，以硬脂酸作为疏水剂，为材料的表面提供低表面能的官能团；并将硬脂酸溶解在乙醇之中，使得硬脂酸分散均匀。不同于现有方法的是，本发明计划用简单的方式来实现成品的整体疏水、自清洁和提高机械耐久性。本工艺设计采用乙醇和砂来构造砂浆内部的粗糙多孔结构，在材料的速凝过程中，分散的乙醇液滴会被封存于砂浆之中，而在后续养护干燥的时候，通过这些液滴的挥发留下球孔结构，而砂则提供了粗糙结构。在化学层面，结构中整体均匀分布的硬脂酸与水化产物氢氧化钙反应会生成硬脂酸钙，该物质进一步提升了结构的粗糙度；以上构成的低表面能和粗糙多孔结构，是该材料能做到超疏水和耐磨损的原因。

17、与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：

18、本发明提供了一种整体疏水矿渣水泥砂浆的制备方法，具有制备方便、成本低、环保无毒的优点。

19、本发明提供了一种整体疏水矿渣水泥砂浆，具有低表面能和粗糙多孔结构，疏水性能、自清洁效果与机械耐久性优异。

20、本发明还提供了一种整体疏水矿渣水泥砂浆的应用，用于防水建筑材料在建设水工建筑物时，满足其使用需求。

技术特征：

1.一种整体疏水矿渣水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硬脂酸和乙醇、胶凝材料的质量比依次为0.02～0.04：0.08～0.12：1。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氢氧化钠和胶凝材料的质量比为0.02～0.04：1。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述碱激发剂的浓度为3.0～3.5mol/l。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述硅酸盐水泥和矿渣、砂的质量比为1：3.0～3.5：4.0～4.5。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述砂包括细砂、中砂、标准砂中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(3)中，以加入所述碱激发剂和水的总含水量计，与混合料混合的水胶比为0.45～0.50。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)中，所述养护在20～25℃和90～95％相对湿度的条件下进行，处理24～72h后干燥，完成养护。

9.一种整体疏水矿渣水泥砂浆，其特征在于：采用如权利要求1～8任一项所述的方法制成。

10.一种如权利要求9所述的整体疏水矿渣水泥砂浆的应用，其特征在于：作为防水建筑材料在建设水工建筑物领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种整体疏水矿渣水泥砂浆的制备方法及其成品和应用，属于水泥组合物技术领域。包括如下步骤：(1)将硬脂酸溶于乙醇，得到硬脂酸溶液；将氢氧化钠溶于水，得到碱激发剂；(2)将硅酸盐水泥和矿渣混合形成胶凝材料，随后向其加入砂，混合得到粉砂干料；(3)将所述硬脂酸溶液与所述粉砂干料混合，向所得混合料中加入所述碱激发剂和水，混合得到改性矿渣水泥砂浆；(4)所述改性矿渣水泥砂浆经浇筑，硬化后进行养护，完成整体疏水矿渣水泥砂浆的制备。本方法具有制备方便、成本低、环保无毒的优点，成品具有低表面能和粗糙多孔结构，疏水性能、自清洁效果与机械耐久性优异，应用前景广阔。

技术研发人员：王桥,周宏飞,周伟,王渊,常晓林,马刚,曹悦,张永振,龚循聪,绳艺美,孙昊迪
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4