一种混凝土表层增强材料及其制备与施工方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种混凝土表层增强材料及其制备与施工方法。


背景技术：

2.混凝土浇筑时泌水、养护不到位以及环境侵蚀等均会引起混凝土表层结构劣化，如混凝土表层破损、起砂以及滋生苔藓等。使用混凝土表层增强材料，对混凝土表层进行密实和增强，可有效解决混凝土表层劣化引起的问题。但混凝土表层增强材料大多为硅酸盐类材料，耐久性较差，而且容易引起混凝土泛碱等问题。针对上述问题，国内已有相关研究用于解决硅酸盐类混凝土表层密封增强材料耐久性差以及泛碱等问题。如“一种水泥混凝土用表面增强密封剂”(zl 03116794.2)，“一种混凝土表面增强密封剂及其制备方法”(cn 106007801 a)，这些专利除了使用硅酸盐密封混凝土毛细孔道外，还添加了憎水组分，抑制水份进出混凝土，达到提高混凝土耐久性，解决泛碱等问题。
3.然而这些研究所添加的憎水组分，是在混凝土表层或毛细孔道内形成憎水膜，低分子有机硅可渗透进入混凝土毛细孔道内，但是耐久性差，聚合有机硅则会因分子量太大，渗透性能力差，大多在混凝土表面形成憎水膜，容易被破坏。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供一种混凝土表层增强材料及其制备与施工方法，以解决上述背景技术中提出的问题，不仅具备增强混凝土表面密实效果，而且其憎水组分具备较好的渗透性能以及耐久性能。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.本发明一方面公开了一种混凝土表层增强材料，包括a组分、b组分以及c组分；其中：所述a组分由有机硅45-50％、环氧树脂28-30％、呋喃树脂12-15％和余量的有机溶剂按照重量百分数制备而成；所述b组分为硅酸盐和偏铝酸盐的混合水溶液；所述c组分为环氧固化剂。
7.作为本发明进一步的方案：b组分中，所述混合水溶液由硅酸盐10-40％、偏铝酸盐5-10％和余量的水按照重量百分数制备而成。
8.作为本发明进一步的方案：a组分中，所述有机硅选用甲基三乙氧基硅烷、异丁基三乙氧基硅烷、辛基三乙氧基硅烷中的至少一种。
9.作为本发明进一步的方案：a组分中，所述环氧树脂由聚乙二醇二缩水甘油醚、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷以(1.8-2)：1的重量比复配而成。
10.作为本发明进一步的方案：a组分中，所述有机溶剂选用甲醇、乙醇中的至少一种。
11.作为本发明进一步的方案：b组分中，所述硅酸盐为硅酸钠、硅酸钾、硅酸锂、氟硅酸镁中的至少一种；所述偏铝酸盐为偏铝酸钠、偏铝酸钾、偏铝酸锂中的至少一种。
12.作为本发明进一步的方案：c组分中，所述环氧固化剂选用三乙烯四胺、异佛尔酮
二胺、间苯二甲胺中的至少一种。
13.本发明另一方面公开了如上述的一种混凝土表层增强材料的制备方法，包括以下步骤：
14.s1、按照质量百分数称取有机硅、环氧树脂、呋喃树脂、有机溶剂，常温搅拌均匀，即得a组分；
15.s2、按照质量百分数称取硅酸盐、铝酸盐以及水，常温搅拌溶解，即得b组分；
16.s3、称取环氧固化剂作为c组分备用。
17.本发明还公开了一种上述混凝土表层增强材料的施工方法，包括以下步骤：
18.(1)根据环氧树脂用量/环氧当量＝环氧固化剂用量/活泼氢当量的计算公式(该计算公式为现有技术，出自《环氧固化剂及添加剂》化学工业出版社，胡玉明编著，在此不做赘述)，将组分a与组分c以100：(2.7-3.3)的重量比混合均匀，即得混合液；
19.(2)将b组分重复涂刷或喷涂在混凝土表面2-5次，每次间隔12-24h，每次用量0.2-0.5kg/m3；
20.(3)涂刷或喷涂完最后一次b组分后，等待6-12h，涂刷或喷涂所述混合液，用量为0.1-0.2kg/m3。
21.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
22.1、本发明中的低分子量有机硅材料可渗透进混凝土毛细孔道内，并在有机溶剂以及硅酸盐碱性溶液(b组分)作用下发生水解缩合反应，生成憎水性纳米二氧化硅，不仅能够充分填充混凝土毛细孔道，达到增强效果，还能解决传统增强材料存在的泛碱问题以及有机硅树脂材料耐久性问题；其中，甲醇、乙醇除了起到溶剂作用之外，还充当催化剂，促进水解缩合反应的高效进行。
23.2、本发明中的低分子量环氧树脂、呋喃树脂以及环氧固化剂渗透进混凝土毛细孔道内发生固化，形成的固化产物具有强度高、无收缩的特性，可有效解决传统低固含无机增强材料中溶剂挥发产生的体积收缩问题，使混凝土表层更加致密；
24.3、本发明选用粘结性能优良的环氧树脂与有机硅复合产生协同作用，不仅可有效提高憎水性纳米二氧化硅在混凝土毛细孔道内的附着能力，还能提高环氧树脂的耐久性。
具体实施方式
25.为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
27.以下实施例和对比例中采用的原料具体信息如下：
28.a组分：
29.有机硅：甲基三乙氧基硅烷，购自曲阜易顺化工，牌号为mtes；
30.异丁基三乙氧基硅烷，购自山东摩尔化工有限公司，牌号为101；
31.辛基三乙氧基硅烷，购自山东环正化工有限公司，牌号为kh832；
32.环氧树脂：
33.聚乙二醇二缩水甘油醚270，安徽新远科技有限公司，牌号为xy215；
34.γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，购自黄山市科贝瑞化工有限公司。
35.牌号为kh560；
36.呋喃树脂：购自淄博中呋喃防腐材料有限公司
37.有机溶剂：甲醇，购自山东宇硕化工，
38.乙醇，购自济宁博诚化工有限公司；
39.b组分：
40.硅酸盐：硅酸钠，购自济南鑫森源化工有限公司，牌号为新森源001；
41.硅酸钾，购自苏州滕泰化工科技有限公司，牌号为滕泰09；
42.硅酸锂，购自山东鑫天隆生物科技有限公司，牌号为鑫天隆hfd-348；
43.氟硅酸镁，购自山东鑫天隆生物科技有限公司，牌号为3188；
44.偏铝酸盐：偏铝酸钠，购自济南琳盛化工有限公司，琳盛001；
45.偏铝酸钾，购自实验室自制，制备方法参考文献：王国清主编.无机化学.
46.北京：中国医药科技出版社,2008.08；
47.偏铝酸锂，实验室自制，制备方法参考文献：刘文鹏.熔融碳酸盐燃料电池电解质材料偏铝酸锂的制备[j].电站系统工程，1994；
[0048]
c组分：
[0049]
三乙烯四胺，山东艺鸿化工有限公司，牌号为teta；
[0050]
异佛尔酮二胺，德固赛化学有限公司，牌号为ipda；
[0051]
间苯二甲胺，合肥孚惠新材料有限公司，牌号为mxda。
[0052]
可以理解的是，以上原料试剂仅为本发明一些具体实施方式的示例，使得本发明的技术方案更加清楚，并不代表本发明仅能采用以上试剂，具体以权利要求书中的范围为准。此外，实施例和对比例中所述的“份”，如无特别说明，均指重量份。
[0053]
本发明所记载的任何范围包括端值以及端值之间的任何数值以及端值或者端值之间的任意数值所构成的任意子范围。
[0054]
以下实施例和对比例中的组分制备均在常温下进行，施工的温度范围为5-35℃。
[0055]
实施例1
[0056]
制备a组分：称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，15份呋喃树脂，5份甲醇，搅拌均匀，即得a组分。
[0057]
制备b组分：称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，即得b组分。
[0058]
制备c组分：称取2.8份三乙烯四胺，备用。
[0059]
增强材料施工方法：
[0060]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，再将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0061]
实施例2
[0062]
制备a组分：称取45份甲基三乙氧基硅烷、18份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩
水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、12份呋喃树脂、15份甲醇，搅拌均匀，即得a组分；
[0063]
制备b组分：称取10份硅酸钠、5份偏铝酸钠以及85份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0064]
制备c组分：称取2.7份三乙烯四胺，备用。
[0065]
增强材料施工方法：
[0066]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分2次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.2kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，再将100份a组分与2.7份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.1kg/m3。
[0067]
实施例3
[0068]
制备a组分：称取47份甲基三乙氧基硅烷、19份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、13份呋喃树脂、11份甲醇，搅拌均匀，即得备a组分；
[0069]
制备b组分：称取30份硅酸钠、7份偏铝酸钠以及63份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0070]
制备c组分：称取2.7份三乙烯四胺，备用。
[0071]
增强材料施工方法：
[0072]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分3次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.3kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，再将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.15kg/m3。
[0073]
实施例4
[0074]
制备a组分：称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份甲醇，搅拌均匀，即得a组分；
[0075]
制备b组分：称取10份硅酸钠、5份偏铝酸钠以及85份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0076]
制备c组分：称取2.8份三乙烯四胺，备用。
[0077]
增强材料施工方法：
[0078]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分2次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.2kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，方可将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0079]
实施例5
[0080]
制备a组分：称取45份甲基三乙氧基硅烷、18份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、12份呋喃树脂、15份甲醇，搅拌均匀，即得a组分；
[0081]
制备b组分：称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0082]
制备c组分：称取2.7份三乙烯四胺，备用。
[0083]
增强材料施工方法：
[0084]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，再将100份a组分与2.7份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.1kg/m3。
[0085]
实施例6
[0086]
制备a组分：称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份甲醇，搅拌混合均匀，即得a组分；
[0087]
制备b组分：称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0088]
制备c组分：称取2.8份三乙烯四胺，备用。
[0089]
增强材料施工方法：
[0090]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔12h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待6h，再将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0091]
实施例7
[0092]
制备a组分：称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份甲醇，搅拌均匀，即得a组分；
[0093]
制备b组分：称取20份硅酸钠、20份硅酸锂，10份偏铝酸钾以及50份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0094]
制备c组分：称取2.8份三乙烯四胺，备用。
[0095]
增强材料施工方法：
[0096]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，再将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0097]
实施例8
[0098]
制备a组分：称取30份甲基三乙氧基硅烷、10份异丁基三乙氧基硅烷、10份辛基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份甲醇，搅拌均匀，即得a组分；
[0099]
制备b组分：称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0100]
制备c组分：称取2.8份三乙烯四胺，备用。
[0101]
增强材料施工方法：
[0102]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，再将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0103]
实施例9
[0104]
制备a组分：称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份乙醇，搅拌均匀，即得a组分；
[0105]
制备b组分：称取20份硅酸钾、20份氟硅酸镁，10份偏铝酸锂以及50份水，搅拌溶解，即得b组分；
[0106]
制备c组分：称取60份三乙烯四胺、20份异佛尔酮二胺、20份间苯二甲胺，混合均匀，即得c组分。
[0107]
增强材料施工方法：
[0108]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔18h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待9h，再将100份a组分与3.3份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0109]
对比例1
[0110]
称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，即得增强组分；
[0111]
施工方法：
[0112]
采用涂刷或喷涂的方式，将增强组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3。
[0113]
对比例2
[0114]
称取20份聚乙二醇二缩水甘油醚，10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂，5份甲醇，搅拌混合均匀，制得a组分；
[0115]
称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，制得b组分；
[0116]
称取5.7份三乙烯四胺，得c组分，备用。
[0117]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，方可将100份a组分与5.7份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0118]
对比例3
[0119]
称取50份甲基三乙氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份甲醇，搅拌均匀，制得a组分；
[0120]
称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，制得b组分；
[0121]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔24h，每次用量0.5kg/m3；
[0122]
喷涂完最后一遍b组分后，需等待12h，方可将a组分涂刷或喷涂一遍于b组分表面，用量为0.2kg/m3。
[0123]
对比例4
[0124]
称取50份甲基三乙氧基硅烷，20份聚乙二醇二缩水甘油醚，10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，15份呋喃树脂，5份甲醇，搅拌混合均匀，制得a组分；
[0125]
称取2.8份三乙烯四胺，得c组分。
[0126]
将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0127]
对比例5
[0128]
称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、15份呋喃树脂、5份甲醇，搅拌均匀，制得a组分；
[0129]
称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠以及50份水，搅拌溶解，制得b组分；
[0130]
称取2.8份三乙烯四胺，得c组分，备用。
[0131]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔48h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，等待24h，方可将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为
0.2kg/m3。
[0132]
对比例6
[0133]
称取50份甲基三乙氧基硅烷、20份聚乙二醇二缩水甘油醚、10份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，15份呋喃树脂，5份甲醇，搅拌均匀，制得a组分；
[0134]
称取40份硅酸钠、10份偏铝酸钠、以及50份水，搅拌溶解，制得b组分；
[0135]
称取2.8份三乙烯四胺，得c组分，备用。
[0136]
采用涂刷或喷涂的方式，将b组分均匀分5次涂刷或喷涂在混凝土表面，每次间隔6h，每次用量0.5kg/m3；喷涂完最后一遍b组分后，等待3h，再将100份a组分与2.8份c组分混合搅拌均匀，制得混合液，并涂刷或喷涂一遍所制得的混合液于混凝土表面，用量为0.2kg/m3。
[0137]
将上述实施例1-9以及对比例1-4施工后的混凝土表层按照表1所示的测试项目及测试标准进行相关测试，测试结果如表2所示。
[0138]
表1测试项目及标准
[0139][0140][0141]
表2测试结果
[0142]
项目28d回弹值/mpa吸水率比/％渗透性/mm实施例139.73.40.5实施例235.67.81.6实施例337.35.11.2实施例435.94.30.8实施例538.25.71.1实施例636.14.61.3实施例740.13.30.5实施例839.62.90.4实施例939.83.40.5对比例135.223.32.4对比例235.820.72.3对比例335.48.71.8对比例433.55.91.1对比例536.78.81.8对比例634.210.91.9空白试块30.81003.1
[0143]
注：空白试块即混凝土裸层。
[0144]
从表2数据来看，本发明的混凝土表层增强材料具有较好的表层增强以及防水效果。从实施例1-3对比数据分析可知，增强剂有效成分越高，用量越大，其增强效果以及防水性能越好。
[0145]
从实施例1与对比例1-4的对比数据分析可知，组分a具有较好的防水效果，组分b具有较好的增强效果，将组分a、组分b以及组分c复合使用时，各组分协同作用，产生的效果远胜各组分单独使用。
[0146]
从实施例1、实施例6、对比例5以及对比例6的对比数据分析可知，每次喷涂施工时间间隔越短，材料在混凝土结构内吸收和反应的量越少，造成各项性能变差；施工间隔时间越长，组分b在混凝土结构内吸收完全，组分a与组分c混合液所能吸收的硅酸盐溶液变少，形成憎水性纳米有机硅颗粒的量变少，造成增强效果和防水效果变差。
[0147]
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0148]
故以上所述仅为本技术的较佳实施例，并非用来限定本技术的实施范围；即凡依本技术的权利要求范围所做的各种等同变换，均为本技术权利要求的保护范围。