[發明專利]一種納米核殼結構有機-無機復合型混凝土防護劑及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201610066508.0
• 申請日: 2016-02-01
• 公開（公告）號: CN105712740A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 侯鵬坤;李冉;程新;周宗輝;王丹;張秀芝;張麗娜;丁亞飛
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C04B41/65
• 分類號: C04B41/65
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 李桂存

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，涉及一種納米核殼結構有機-無機復合型混凝土 防護劑及其制備方法和應用。

背景技術

鋼筋混凝土是目前世界上應用最大宗的人造建筑材料，廣泛應用于建筑、市政、橋 梁建設等各個工程領域。混凝土質量與壽命直接關系著建筑的質量與壽命，因此，混凝土結 構的耐久性問題對我國經濟、社會、資源、能源等方面有著重要的影響。水泥混凝土在服役 過程中受力和環境因素作用后性能劣化是降低材料使用壽命最為主要的因素。世界范圍內 每年因混凝土性能劣化造成的經濟損失數以萬億計，而我國正處于大規模經濟建設時期， 因此增強混凝土抵抗外界侵蝕作用的能力，提高混凝土的壽命對對經濟發展具有突出作 用，同時響應了國家可持續發展的號召。由服役環境引起的混凝土劣化是由表及里的過程， 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，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。

一般而言，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，阻礙介質，主要是水、氣介質攜帶有害離子滲入 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。

現有關于混凝土表層防護材料：如申請號為CN201310221449.6的“一種原位反應 型混凝土防護劑”專利，是一種利用溶膠態納米SiO₂或其前驅體對表層硬化混凝土進行防 護的方法，強調了納米SiO₂及其前驅體與水泥基體發生反應生成C-S-H凝膠，改善了混凝土 材料的孔結構，減少了孔隙率。又如申請號為CN201310019374.3的“一種有機硅混凝土防護 劑及制造方法”，公開了一種有機硅混凝土防護劑及制造方法。該發明主要是硅烷作為主 要原料制成的膏體材料涂在混凝土表面上，沿混凝土孔隙內壁形成一層憎水膜，阻礙了水 份攜有害離子侵入。

上述兩種方法雖然能一定程度上保護混凝土結構，但也有不足之處，有機型混凝 土防護劑的缺點是與水泥基體的結合力小，耐磨耐久性差，需要定期涂刷，而且有機材料易 老化。而上述原位反應型無機防護劑雖然能有效改善混凝土的孔結構，但是由于其需要利 用混凝土孔結構中的水與納米SiO₂前驅體反應，水解生成納米SiO₂其過程緩慢，需要時間 長。

GiovanaCollodetti等2014年在《建筑和建筑材料》(Constructionand BuildingMaterials,54卷,99-105頁)研究了兩種不同的硅烷稼接在納米SiO₂粒子表面 形成的新材料，探究了該材料內摻后對水泥漿體水化的影響，結果表明其不利于水泥性能 的發展，進而否定了內摻這種摻加方式。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的上述缺點，提供一種納米核殼結構有機-無機復合 型混凝土防護劑及其制備方法，正硅酸乙酯與硅烷和去離子水按一定比例溶解在極性有機 溶劑中混合均勻，使其充分反應，使得硅烷的疏水基團嫁接在納米SiO₂表面，將有機防護劑 與無機防護劑有效的結合在一起，形成核殼結構材料，用于表層硬化混凝土進行防護，使納 米SiO₂與水泥部分發生反應，生成C-S-H凝膠，達到堵孔的作用，規避了有機材料易老化的 特點，又將材料的制備與應用分開，節省了前驅體水解的時間，對混凝土結構起到雙重保護 的作用。

本發明技術方案如下：

一種納米核殼結構有機-無機復合型混凝土防護劑，其原料質量百分比組成為：

帶有疏水基團的硅烷0.5～1.4%；

正硅酸乙酯4.1～8%；

極性有機溶劑89～94.8%；

堿0.1%；

水0.5～1.5%。