本發(fā)明涉及建筑材料外加劑,具體涉及一種用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù):
1、石膏基復(fù)合膠凝材料是一類(lèi)以石膏為基礎(chǔ),添加少量水泥、礦粉等摻合料,同時(shí)具有氣硬性和水硬性的膠凝材料。這種復(fù)合材料通常具有較好的施工性能、較低的生產(chǎn)成本和環(huán)保優(yōu)勢(shì),并且在防火方面表現(xiàn)優(yōu)越,具有廣泛的應(yīng)用前景。然而,石膏基復(fù)合膠凝材料的力學(xué)性能和耐水性能較差,主要原因是此類(lèi)復(fù)合膠凝材料的水化產(chǎn)物主要以二水石膏(caso4·2h2o)為主,也是其力學(xué)強(qiáng)度的主要來(lái)源。而caso4·2h2o晶體本身具有一定的溶解性,長(zhǎng)時(shí)間與水接觸會(huì)導(dǎo)致晶體溶解,使硬化體軟化,結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞;其次,caso4·2h2o的形貌為針棒狀,導(dǎo)致其構(gòu)成骨架時(shí)產(chǎn)生大量孔隙,形成自由水流動(dòng)通道,影響其性能。尤其在潮濕環(huán)境中,其耐水性能的不足成為限制其應(yīng)用的重要因素。
2、為了提高石膏基復(fù)合膠凝材料的防水性能,研究者們嘗試了多種改性技術(shù),如在硬化體表面涂覆防水層或內(nèi)摻一些防水劑等方式。然而,外涂性防水劑由于長(zhǎng)期暴露在外,導(dǎo)致其防水層易失效;而內(nèi)摻型防水劑又會(huì)存在與水相容性不好,或在一定程度上干擾膠凝材料的水化反應(yīng),影響其硬化速度和最終強(qiáng)度的問(wèn)題。因此,盡管現(xiàn)有技術(shù)在一定程度上改善了石膏基復(fù)合膠凝材料的防水性能,但在提高防水效果的同時(shí),如何保證硬化體力學(xué)強(qiáng)度,仍然是當(dāng)前研究的主要挑戰(zhàn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此,本發(fā)明旨在提供一種用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑,以解決現(xiàn)有石膏礦渣復(fù)合膠凝材料強(qiáng)度低、耐水性差的問(wèn)題。
2、為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
3、一種用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑,所述增強(qiáng)型防水劑的分子結(jié)構(gòu)式為納米層狀結(jié)構(gòu);所述納米層狀結(jié)構(gòu)的主層為鈣-鋁雙氫氧化物層,層間為鏈狀防水劑分子,其具體分子結(jié)構(gòu)式如下:
4、
5、可選地,所述增強(qiáng)型防水劑的中值粒徑為50~400nm,固含量為25%~45%。
6、本發(fā)明的第二目的在于提供一種制備上述用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的方法,該制備方法,包括以下步驟:
7、1)將高性能減水劑、檸檬酸、三異丙醇胺按照1∶(0.05~0.2)∶(0.01~0.1)的質(zhì)量比混合后,配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%~0.5%的水溶液a,并投入反應(yīng)容器中;
8、2)向反應(yīng)容器中通入氮?dú)饣驓鍤?,將摩爾比?4.5~6.5)∶1的氧化鈣和氫氧化鋁混合物加入至反應(yīng)容器中,控制所述氧化鈣與所述水溶液a的質(zhì)量比為1∶(4.5~15),在5~20℃的條件下以150~800rpm攪拌反應(yīng)12~84h后,冷凍干燥12~48h,得到鈣鋁基前驅(qū)體;
9、3)將防水劑溶解于體積比為1∶(3~10)的乙醇-水混合溶液中,得到濃度為0.05~0.2mol/l的溶液b;
10、4)向所述溶液b中加入naoh溶液調(diào)整所述溶液b的ph值至11.0~12.5,然后,加入非離子型表面活性劑,其中,所述非離子型表面活性劑的用量為所述溶液b中水質(zhì)量的1~5%,得到溶液c;
11、5)以0.5~2g/min的速率將所述鈣鋁基前驅(qū)體緩慢加入至所述溶液c中,其中,所述鈣鋁基前驅(qū)體的用量為所述溶液b中水質(zhì)量的30~50%,同時(shí)按照800~1500rpm的攪拌速率高速攪拌,待所述鈣鋁基前驅(qū)體完全加入后繼續(xù)反應(yīng)12~60h,整個(gè)反應(yīng)過(guò)程的溫度控制在15~25℃,反應(yīng)結(jié)束后,得到用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑。
12、可選地,所述高性能減水劑為聚羧酸減水劑,固含量為39-41%。
13、可選地,檸檬酸為無(wú)水檸檬酸。
14、可選地,所述三異丙醇胺的濃度為95%。
15、可選地,所述防水劑為十四烷基氟化物、十二烷基二甲基氯硅烷、十八烷基二甲基氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十四烷基三氯硅烷中的一種。
16、可選地,所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為2~10mol/l。
17、可選地,所述非離子型表面活性劑為聚乙二醇,分子量為200~600。
18、本發(fā)明的第三目的在于提供一種上述用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑在石膏基復(fù)合膠凝材料中應(yīng)用,在該應(yīng)用中,所述增強(qiáng)型防水劑的摻量為所述石膏基復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的2%~8%。
19、本發(fā)明的增強(qiáng)型防水劑的工作原理:
20、石膏基復(fù)合膠凝材料的主要水化產(chǎn)物為二水硫酸鈣、三硫型水化硫鋁酸鈣以及c-s-h凝膠。本發(fā)明所述增強(qiáng)型防水劑的主要成分為類(lèi)afm相,該物質(zhì)具有納米層狀結(jié)構(gòu),主層為鈣-鋁雙氫氧化物層,層間為鏈狀防水劑分子。該增強(qiáng)型防水劑在石膏基復(fù)合膠凝材料中應(yīng)用時(shí),由于石膏與水拌合后會(huì)溶解出大量硫酸根,硫酸根會(huì)與層間的鏈狀防水劑分子發(fā)生交換反應(yīng),這種離子交換反應(yīng)主要有兩方面的作用:第一,增強(qiáng)作用。鈣鋁主層吸附硫酸根生成三硫型水化硫鋁酸鈣,所生成的水化產(chǎn)物又會(huì)反向促進(jìn)高鋁相摻合料的溶解與水化,從而促使更多水化產(chǎn)物的生成,提高硬化體的力學(xué)性能,起到增強(qiáng)效果;第二,層間吸附的鏈狀防水劑分子與硫酸根發(fā)生交換作用后成為自由分子,存在于拌合水及孔隙液中,隨后吸附到二水硫酸鈣晶體表面,在晶體表面形成致密的疏水層,阻止水分的浸潤(rùn),起到防水效果,從而提升石膏基復(fù)合膠凝材料的耐水性能。
21、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù),本發(fā)明所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑具有以下優(yōu)勢(shì):
22、1、本發(fā)明利用所選用的鏈狀防水劑分子的帶負(fù)電的特性,制備了以鈣-鋁雙氫氧化物為主層、層間吸附有鏈狀防水劑分子的層狀類(lèi)afm相結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)型防水劑,將其應(yīng)用于石膏基復(fù)合膠凝材料中時(shí),層間的鏈狀防水劑分子通過(guò)與硫酸根的交換逐漸釋放,與石膏表面發(fā)生作用,構(gòu)成疏水層,實(shí)現(xiàn)防水功能;早期快速生成三硫型水化硫鋁酸鈣后可以進(jìn)一步促進(jìn)膠凝材料的水化,填充孔隙,增強(qiáng)復(fù)合膠凝材料的力學(xué)性能,同時(shí)通過(guò)改善孔結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升耐水性能,體現(xiàn)出優(yōu)異的復(fù)合功能,也即在應(yīng)用于石膏礦渣復(fù)合膠凝材料中時(shí),不僅能夠顯著提升膠凝材料的耐水性能,同時(shí)能夠提高硬化體的力學(xué)性能。
23、2、本發(fā)明的增強(qiáng)型防水劑應(yīng)用于石膏基復(fù)合膠凝材料中時(shí),在石膏基膠凝材料質(zhì)量2%~8%的摻量下,可以使石膏基膠凝材料的1d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)28%~160%,28d抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)39%~75%,28d軟化系數(shù)提高54%~90%,28d吸水率降低43%~77%。
1.一種用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑,其特征在于,所述增強(qiáng)型防水劑的分子結(jié)構(gòu)式為納米層狀結(jié)構(gòu);所述納米層狀結(jié)構(gòu)的主層為鈣-鋁雙氫氧化物層,層間為鏈狀防水劑分子,其分子結(jié)構(gòu)式如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑,其特征在于,所述增強(qiáng)型防水劑的中值粒徑為50~400nm。
3.制備權(quán)利要求1至2任一項(xiàng)所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的方法,其特征在于,包括以下步驟:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的制備方法,其特征在于,所述高性能減水劑為聚羧酸減水劑,固含量為39-41%。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的制備方法,檸檬酸為無(wú)水檸檬酸。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的制備方法,所述三異丙醇胺的濃度為95%。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的制備方法,所述防水劑為十四烷基氟化物、十二烷基二甲基氯硅烷、十八烷基二甲基氯硅烷、十二烷基三氯硅烷、十四烷基三氯硅烷中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的制備方法,所述氫氧化鈉溶液的摩爾濃度為2~10mol/l。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑的制備方法,所述非離子型表面活性劑為聚乙二醇,分子量為200~600。
10.權(quán)利要求1所述的用于石膏基復(fù)合膠凝材料的增強(qiáng)型防水劑在石膏基復(fù)合膠凝材料中應(yīng)用,其特征在于,所述增強(qiáng)型防水劑的摻量為所述石膏基復(fù)合膠凝材料質(zhì)量的2%~8%。