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％。