一种防水抗侵蚀水泥基材料的制备方法及其应用与流程

本发明涉及水泥基材料制备，具体涉及一种防水抗侵蚀水泥基材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、尽管混凝土结构本身具有一定的防水功能，但仅依靠这种防水功能无法很好地避免可能产生的渗漏问题，这是由于混凝土结构中不可避免地会存在许多微小的毛细管道、裂缝和孔洞，这为水的渗入提供了通道，从而加速混凝土结构中钢筋的腐蚀速率，钢筋锈蚀后发生体积膨胀，造成的内应力容易造成混凝土结构崩坏，产生更大的裂纹，导致混凝土结构的安全性降低。尤其对用于海洋工程、水利工程的混凝土结构，其更容易受到水的侵蚀，而且海水中携带的氯盐等会破坏混凝土结构中的钢筋表面的钝化膜，加速钢筋锈蚀。对混凝土结构进行防水抗渗处理是缓解上述问题措施之一。

2、目前，提高混凝土结构的防水抗渗性能的方法之一是在混凝土结构中掺入疏水剂，使混凝土结构整体呈现出疏水性，但这种方式会造成混凝土中水泥组分的水化不充分，导致混凝土结构的力学性能劣化。另外，通过增加混凝土结构的密实性也能在一定程度上提高其抗水抗渗能力，但仍然无法避免混凝土结构中存在的毛细管道和孔隙，因为混凝土结构在硬化过程中其中的水分逐渐蒸发，会不可避免地会留下毛细管道和孔隙。另外的一种方式使对混凝土结构进行外防水，既能够避免在混凝土掺加大量的疏水剂造成其力学性能劣化的问题，又能阻断水分向混凝土渗透的通道，提升混凝土结构的防水抗渗性能。

技术实现思路

1、本发明提供一种防水抗侵蚀水泥基材料的制备方法及其应用，该水泥基材料不仅能够提高混凝土结构的防水抗渗性能，而且具有良好的抗裂性能。为实现上述目的，本发明公开如下的技术方案。

2、首先，本发明公开一种防水抗侵蚀水泥基材料的制备方法，包括步骤：

3、(1)将疏水剂与易挥发的无水溶剂混合，然后将得到的混合液喷洒到磷酸镁水泥粉中并搅拌均匀，完成后进行干燥，得改性磷酸镁水泥粉。

4、(2)将粉煤灰漂珠置于碱液中进行激活处理，完成后加入硅烷偶联剂，反应完成后分离出固体产物，将其加热干燥，即得改性粉煤灰漂珠。

5、(3)将玄武岩纤维置于碱液中进行碱激活处理，完成后将得到的玄武岩纤维与钙源、硅酸钠、聚乙二醇加到水中，然后进行加热反应。完成后分离出所述玄武岩纤维，将其进行煅烧处理，完成后冷却，即得预处理玄武岩纤维。

6、(4)取如下原料：所述改性磷酸镁水泥粉105～120重量份、改性粉煤灰漂珠20～35重量份、预处理玄武岩纤维7～12重量份、细骨料60～90重量份和减水剂1.6～2.5重量份。将这些原料混合后加水搅拌均匀，即得水泥基材料。

7、进一步地，步骤(1)中，所述无水溶剂中疏水剂的质量分数为0.8～1.4％。所述无水溶剂包括无水甲醇、无水乙醇等中的任意一种。所述疏水剂包括乙烯基三甲氧基硅烷、十三氟辛基三乙氧基硅烷、六甲基二硅氮烷、六甲基二硅氧烷等中的任意一种。

8、进一步地，步骤(1)中，所述混合液和磷酸镁水泥粉的料液比为0.25～0.35ml：1g。

9、进一步地，步骤(1)中，所述干燥温度为60～80℃，时间为20～30min，加热干燥过程中不断进行搅拌，以加速所述无水溶剂的挥发。

10、进一步地，步骤(2)中，所述粉煤灰漂珠与碱液的比例为1g：10～20ml。所述碱液的浓度为1～2mol/l。可选地，所述碱液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等中的任意一种。

11、进一步地，步骤(2)中，所述激活处理的时间为1～2小时，温度为40～55℃。

12、进一步地，步骤(2)中，按照所述碱液中硅烷偶联剂质量分数为0.5～1.5％的比例加入硅烷偶联剂。可选地，所述硅烷偶联剂包括kh550、kh560、kh570等中的任意一种。

13、进一步地，步骤(2)中，所述反应时间为30～40min，所述加热干燥温度为50～60℃，时间为3～4小时。

14、进一步地，步骤(3)中，所述玄武岩纤维与碱液的料液比为1g：20～30ml。可选地，所述碱液的浓度为1.5～3mol/l。所述碱液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等中的任意一种。所述玄武岩纤维的长度为5～15mm。

15、进一步地，步骤(3)中，所述激活处理的时间为2～3小时，温度为50～65℃。

16、进一步地，步骤(3)中，所述玄武岩纤维、钙源、硅酸钠、聚乙二醇、水的比例为10～13g：2～3.5g：2.5～3.5g：0.03～0.07g：150～200ml。可选地，所述钙源包括硝酸钙、醋酸钙等中任意一种。

17、进一步地，步骤(3)中，所述加热反应温度为40～50℃，反应时间为8～12h。

18、进一步地，步骤(3)中，所述煅烧处理的温度为620～700℃，时间为40～50min。

19、进一步地，步骤(4)中，所述减水剂包括聚羧酸减水剂、萘系减水剂、脂肪族减水剂、木质素磺酸盐减水剂等中的任意一种。所述水的加入量根据需要选择，如水灰比为0.22～0.40等，在将制备的所述防水抗侵蚀水泥基材料涂覆在混凝土结构表面进行外防水、或者用于混凝土结构裂缝的填充修复时，可适当选择较大的水灰比，便于制备的水泥基材料浆料保持良好的工作性。

20、其次，本发明公开所述防水抗侵蚀水泥基材料在海洋工程、水利工程、建筑外墙等中的应用。

21、相较于现有技术，本发明至少具有以下方面的有益技术效果：

22、本发明以磷酸镁水泥为胶凝材料，其不仅具有强度高，而且和混凝土结构粘接力强的特点，从而使本发明的防水抗侵蚀水泥基材料用于混凝土结构的防水抗渗时，能够与混凝土结构或者裂缝之间结合，减少脱落，提高服役寿命。然而，磷酸镁水泥硬化后形成的水化产物鸟粪石的耐水性不足，在受到水的侵蚀后存在溶解的现象。为此，本发明利用含有疏水剂的无水溶剂对磷酸镁水泥进行改性处理，使形成的磷酸镁水泥具有一定的疏水性，从而使形成的水化产物鸟粪石本身也具备疏水性，抑制鸟粪石的溶解，提高磷酸镁水泥的耐水性。同时，磷酸镁水泥颗粒表面负载疏水剂后，可有效减小其水化速率，从而省去缓凝剂的添加，综上，本发明利用疏水剂对磷酸镁水泥的改性即实现了水化产物耐水性的提升，同时减小磷酸镁水泥的水化速率，防止磷酸镁水泥水化速率过快而失去流动性，难以施工应用。

23、为进一步提升磷酸镁水泥基材料的防水抗渗性，本发明以粉煤灰漂珠为载体，利用其成分特点对其进行碱激活，使其表面的硅氧四面体解聚，硅氧键断裂形成硅醇基。加入硅烷偶联剂后利用用于激活所述粉煤灰漂珠的碱液为催化剂，硅烷偶联剂的six基团水解形成硅醇基，其和所述粉煤灰漂珠表面的硅醇基先通过氢键连接，经过后续加热干燥后发生脱水缩合反应，从而使硅烷偶联剂键合到粉煤灰漂珠上，使粉煤灰漂珠具备良好的疏水性。当这种粉煤灰漂珠进入本发明的水泥基材料中后可再次构建疏水体系，其和磷酸镁水泥的水化产物鸟粪石共同形成内外疏水，在使本发明的水泥基材料具有良好的防水抗渗性能的同时，进一步克服了磷酸镁水泥的水化产物鸟粪石耐水性不足的问题。同时，通过上述方式负载了硅烷偶联剂的粉煤灰漂珠使本发明的水泥基材料具有更加长久的保持良好防水抗渗性能的作用。另外，所述粉煤灰漂珠还具有良好的保温性能，使本发明的水泥基材料在用于建筑外墙时使还能起到减小热传递的作用。

24、另外，本发明的所述水泥基材料中还掺加了处理玄武岩纤维，其能够有效增加玄武岩纤维与水泥基材料基体之间的结合力，提高水泥基材料的抗裂能力，有助于提高防水抗渗能力。这是由于玄武岩纤维的表面比较光滑，和水泥基材料的结合力不足。为此，本发明先利用碱液对玄武岩纤维进行处理，使玄武岩纤维表面的硅氧四面体解聚，硅氧键断裂，从而在玄武岩纤维上形成活性表面。当将这种玄武岩纤维与钙源、硅酸钠、聚乙二醇和水在加热条件下反应后，在所述玄武岩纤维上形成的水化硅酸钙使玄武岩纤维的表面被粗化，增加水泥基材料开裂时将玄武岩纤维从基体中抽出的阻力。同时，所述水化硅酸钙的包覆还能够起到对玄武岩纤维表面因碱液侵蚀而产生的破坏，这种破坏有时候反而会造成玄武岩纤维强度的下降。进一步地，本发明还对上述的玄武岩纤维进行了煅烧处理，使所述水化硅酸钙脱水形成硅酸钙，其在掺加到本发明的水泥基材料中后遇水再次发生水化反应，形成的水化硅酸钙胶凝组分可与磷酸镁水泥的水化产物胶结，从而进一步提高玄武岩纤维与水泥基材料基体之间的结合力，提高水泥基材料的抗裂能力，减小因水泥基材料的开裂造成渗漏。