[發明專利]一種封閉型固廢基堿激發無機涂層材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011645649.0
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN114685128A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 田鍵;申盛偉;胡攀
• 申請（專利權）人: 湖北湖大天沭新能源材料工業研究設計院有限公司
• 主分類號: C04B28/08
• 分類號: C04B28/08;C04B41/68;C04B111/20;C04B111/24
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本發明公開了一種封閉型固廢基堿激發無機涂層材料及其制備方法，其原料組分按質量百分比計：硅鋁質固廢微粉60?80％，組分調節劑20?40％，堿激發劑為硅鋁質固廢微粉與組分調節劑總質量的10?20％，外加劑為硅鋁質固廢微粉與組分調節劑總質量的0.5?2.0％。硅鋁質固廢微粉包括粉煤灰和礦渣微粉，組分調節劑包括鋰渣微粉、氫氧化鈣、硅灰；堿激發劑包括改性水玻璃、氫氧化鈉溶液；外加劑包括減水劑、增稠劑、憎水劑、消泡劑。本發明封閉型固廢基堿激發無機涂層材料對混凝土的防護作用主要來自于涂層表面疏水性、自身結構致密性、較高的化學穩定性以及與混凝土界面良好的相容性，從而能夠降低甚至阻止腐蝕性介質對基體結構的侵蝕，維持基體內部孔隙堿性液相環境和水化產物結構的穩定性，保證混凝土制品在極端環境服役過程中良好的綜合性能，尤其適用于海工工程中混凝土材料的防護。

技術領域

本發明屬于固廢綜合利用及無機防護涂料領域，具體涉及一種用于海工工程的堿激發硅鋁質無機涂層材料及其制備方法。

背景技術

隨著我國海洋工程建設力度的不斷提高，服役于海洋環境工程中的鋼筋混凝土結構及設施越來越多，已成為海洋工程中應用范圍最廣的材料之一。但由于海水是一種天然腐蝕介質，含有較多Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-等侵蝕性溶鹽離子，鹽濃度高達3.5wt％，會嚴重侵蝕并破壞鋼筋混凝土內部結構，誘發結構失效問題，從而降低混凝土構筑物抵抗外力沖擊的穩定性，不僅造成了巨大的經濟損失和資源浪費，同時還可能引發嚴重的安全問題。因此有必要采取相關措施改善鋼筋混凝土耐久性，提高其服役穩定性能。

造成鋼筋混凝土結構破壞及性能失效的機理在于外界環境中侵蝕性介質離子通過疏松的表面結構侵入到混凝土內部，溶入混凝土內部孔溶液中造成pH值下降，進而導致混凝土結構中的部分水化產物碳化、分解以及金屬的腐蝕，造成內部結構的破壞。

針對混凝土結構防護的措施，主要包括內部改性和外部防護兩個方面。內部改性通過優化混凝土配比及引入惰性礦物摻合料提高自身化學穩定性，同時降低水灰比來降低混凝土內部的孔隙率，抑制侵蝕性介質離子的侵入；外部防護則是通過采用防護涂層對混凝土材料表面進行物理包覆，在保證基體材料特定性能的基礎上，充分發揮防護材料良好的阻隔作用，可有效防止由水帶入的各種氯離子、硫酸根離子等侵蝕介質滲入混凝土中造成破壞，從而滿足混凝土在惡劣服役環境中對耐久性能的要求。盡管采用混凝土配比優化、礦物摻合料引入能有效降低混凝土內部的孔隙率，提高防水性能，但由于混凝土自身的力學性能及工作性能的特定要求，配料優化的選擇性受到一定限值，因此有必要采用附加防護提高混凝土的防水性。

目前，混凝土防護涂層主要分為有機涂層、無機涂層和復合防護涂層體系。其中大部分屬于高分子聚合物乳液沉膜的有機防護涂層，具備屏蔽、緩蝕和電化學保護等三方面作用的基本特征，但存在污染環境(VOCs排放高)、成本高、易老化剝落、透氣性差、有效期限短、耐候性差(熱、光、堿)等問題；無機防護涂層具有原材料范圍廣、力學性能高、附著力強、透氣性好、耐高溫等優異性能，但存在成膜致密度較低、防水性能差、自身化學穩定性不足等問題。有機-無機復合涂層材料是指有機和無機組分在納米級別下相互作用而形成的一種復合材料，能夠解決單一材料對混凝土防護性能不足和本身存在的缺陷，但存在施工工藝復雜、原材料性能要求和成本較高等問題，主要用于復雜嚴酷腐蝕環境下的特殊領域。

近年來，堿激發材料的研究不斷深入，其應用領域得到不斷拓展。堿激發材料的主要水化產物為N-A-S-H凝膠，具有水化熱低、干縮小、耐溫抗凍、體積穩定性高、抗化學侵蝕等優點，且能夠大量利用工業固體廢棄物，環保效益顯著。因此，將其制備成涂層材料運用到海工混凝土防護領域，尤其是在海工裝配式混凝土預構件的缺陷修復和涂層強化中，具有較高的理論研究價值和顯著實際應用意義。

發明內容