[發明專利]一種具有自清潔功能的原位反應型混凝土防護劑

無效

• 申請號: 201310721655.3
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103804021A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 程新;侯鵬坤;張蕊
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B41/45
• 分類號: C04B41/45
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

?本發明屬于建筑材料技術領域，特別涉及利用正硅酸乙酯改性的納米TiO₂對表層硬化混凝土進行防護的方法。

背景技術

混凝土結構在環境中受水、氣、溫差、應力等因素作用，表層材料性能劣化是其導致結構使用壽命降低的原因，而受環境污染物吸附作用，結構外觀質量降低亦影響其結構美感的重要原因。表層混凝土質量的好壞直接影響著整體結構抗劣化能力的大小，通過提高表層混凝土質量來提高整體結構性能是人們長期關注的研究方向。此外，表層混凝土潔凈度亦是影響結構外觀美度的主要因素。采用外置防護層的方法來提高表層混凝土質量是常用的技術措施，而在混凝土表層涂刷具有清潔作用的功能材料層亦是普遍采用的手段。

混凝土防護層主要分為有機防護層和無機防護層。有機防護層主要借助有機成膜劑在混凝土表面形成連續薄膜，阻礙有害介質，主要是水、氣介質滲入混凝土內部。而根據表層防護機理，有機防護層分為硅烷類防護劑和成膜乳液防護劑，前者主要通過在表層混凝土孔隙形成薄膜，改變孔隙親水性，使水分難以滲入孔隙而不影響混凝土內外氣體交換，后者則通過在混凝土表層形成連續薄膜，阻斷混凝土與環境的所有物質交換。這類防護劑最主要的問題是有機組分的耐候性差；無機防護層主要是用無機材料在混凝土表面形成密封層，如結晶型防護層，其主要功能組分為堿金屬硅酸鹽，雖然能有效密實混凝土結構，但反應生成的堿金屬離子對混凝土堿集料反應、金屬鹽析晶等問題顯然是不利的。對于表層自清潔功能，通常人們采用具有光催化效果的納米TiO₂來實現。現有相關發明專利如下：

申請號為CN200910214021.2的“一種混凝土的復合防護方法與混凝土深層密封劑”專利，公開的該防護材料由納米TiO₂、納米SiO₂、納米CaCO₃、納米硅、蒸餾水和微量活性催化劑等組成。該專利所涉及材料組分多，且主要是利用納米顆粒填充堵孔作用來密實孔結構，且這些防護組分與混凝土基體的粘接不牢是影響其密封效果的主要缺陷。又如申請號為CN201310222115.0的“一種用于混凝土防護的環保型水性納米涂裝材料及其制備方法”專利，公開的環保型水性納米涂裝材料的成分包括有機硅烷偶聯劑15%～65%；納米二氧化硅0.5%～10%；納米二氧化鈦0.5%～5%；有機硅低聚物0.4%～4%；乳化劑0.3%～3%；殺菌抗藻劑0.1%～0.6%；調節劑0.01%～0.1%；余量為去離子水。該專利公布的材料組分有8種之多，且有機組分的存在使得涂裝材料耐久性不足。又如申請號為CN201210000305.3的“一種氮摻雜二氧化鈦的泡沫混凝土及其制備方法”專利，公開的泡沫混凝土是由下列原料按一定重量配比制成：普通硅酸鹽水泥，粉煤灰，泡沫，減水劑，自來水和氮摻雜二氧化鈦。該專利所公布的材料僅針對泡沫混凝土，廣泛性和適用性不高。

納米SiO₂一般是指粒徑為幾納米到100nm間的無定型納米顆粒，而其前驅體是制備納米SiO₂的硅源，常見的如正硅酸乙酯或其它硅源，在一定條件下通過水解等化學反應生成納米顆粒，而水解后產生的有機醇則易于揮發。作為一種火山灰反應活性極高的材料，納米SiO₂快速吸收混凝土中水泥水化反應生成的Ca(OH)₂，生成水化凝膠是其用于水泥混凝土的重要基礎。

利用納米SiO₂突出的火山灰反應活性，眾多研究結果顯示其具有顯著密實水泥混凝土結構的作用，已經成為水泥基材料改性的重要方法之一，但將其作為生產水泥混凝土的原料組分摻入時，較大摻量時帶來的材料成本和分散難度的增加也不利于其規模化應用。僅在表層涂刷納米SiO₂，表層水化量直接影響密實效果。利用前驅體原位水解生成的納米SiO₂具有更高活性，且前驅體更易在表層滲透，利于密實效果的提高。銳鈦礦型或金紅石型納米TiO₂顆粒均具有光催化效果，可有效減少混凝土結構表層污染物附著量。由于其光催化作用僅在表層混凝土發揮，內摻于混凝土中顯然不合適，而涂刷在表層混凝土上其附著力的提高將決定其作用效果的時限。

發明內容