[发明专利]一种具有自清洁功能的原位反应型混凝土防护剂

说明书

技术领域

 本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及利用正硅酸乙酯改性的纳米TiO₂对表层硬化混凝土进行防护的方法。

背景技术

混凝土结构在环境中受水、气、温差、应力等因素作用，表层材料性能劣化是其导致结构使用寿命降低的原因，而受环境污染物吸附作用，结构外观质量降低亦影响其结构美感的重要原因。表层混凝土质量的好坏直接影响着整体结构抗劣化能力的大小，通过提高表层混凝土质量来提高整体结构性能是人们长期关注的研究方向。此外，表层混凝土洁净度亦是影响结构外观美度的主要因素。采用外置防护层的方法来提高表层混凝土质量是常用的技术措施，而在混凝土表层涂刷具有清洁作用的功能材料层亦是普遍采用的手段。

混凝土防护层主要分为有机防护层和无机防护层。有机防护层主要借助有机成膜剂在混凝土表面形成连续薄膜，阻碍有害介质，主要是水、气介质渗入混凝土内部。而根据表层防护机理，有机防护层分为硅烷类防护剂和成膜乳液防护剂，前者主要通过在表层混凝土孔隙形成薄膜，改变孔隙亲水性，使水分难以渗入孔隙而不影响混凝土内外气体交换，后者则通过在混凝土表层形成连续薄膜，阻断混凝土与环境的所有物质交换。这类防护剂最主要的问题是有机组分的耐候性差；无机防护层主要是用无机材料在混凝土表面形成密封层，如结晶型防护层，其主要功能组分为碱金属硅酸盐，虽然能有效密实混凝土结构，但反应生成的碱金属离子对混凝土碱集料反应、金属盐析晶等问题显然是不利的。对于表层自清洁功能，通常人们采用具有光催化效果的纳米TiO₂来实现。现有相关发明专利如下：

申请号为CN200910214021.2的“一种混凝土的复合防护方法与混凝土深层密封剂”专利，公开的该防护材料由纳米TiO₂、纳米SiO₂、纳米CaCO₃、纳米硅、蒸馏水和微量活性催化剂等组成。该专利所涉及材料组分多，且主要是利用纳米颗粒填充堵孔作用来密实孔结构，且这些防护组分与混凝土基体的粘接不牢是影响其密封效果的主要缺陷。又如申请号为CN201310222115.0的“一种用于混凝土防护的环保型水性纳米涂装材料及其制备方法”专利，公开的环保型水性纳米涂装材料的成分包括有机硅烷偶联剂15%～65%；纳米二氧化硅0.5%～10%；纳米二氧化钛0.5%～5%；有机硅低聚物0.4%～4%；乳化剂0.3%～3%；杀菌抗藻剂0.1%～0.6%；调节剂0.01%～0.1%；余量为去离子水。该专利公布的材料组分有8种之多，且有机组分的存在使得涂装材料耐久性不足。又如申请号为CN201210000305.3的“一种氮掺杂二氧化钛的泡沫混凝土及其制备方法”专利，公开的泡沫混凝土是由下列原料按一定重量配比制成：普通硅酸盐水泥，粉煤灰，泡沫，减水剂，自来水和氮掺杂二氧化钛。该专利所公布的材料仅针对泡沫混凝土，广泛性和适用性不高。

纳米SiO₂一般是指粒径为几纳米到100nm间的无定型纳米颗粒，而其前驱体是制备纳米SiO₂的硅源，常见的如正硅酸乙酯或其它硅源，在一定条件下通过水解等化学反应生成纳米颗粒，而水解后产生的有机醇则易于挥发。作为一种火山灰反应活性极高的材料，纳米SiO₂快速吸收混凝土中水泥水化反应生成的Ca(OH)₂，生成水化凝胶是其用于水泥混凝土的重要基础。

利用纳米SiO₂突出的火山灰反应活性，众多研究结果显示其具有显著密实水泥混凝土结构的作用，已经成为水泥基材料改性的重要方法之一，但将其作为生产水泥混凝土的原料组分掺入时，较大掺量时带来的材料成本和分散难度的增加也不利于其规模化应用。仅在表层涂刷纳米SiO₂，表层水化量直接影响密实效果。利用前驱体原位水解生成的纳米SiO₂具有更高活性，且前驱体更易在表层渗透，利于密实效果的提高。锐钛矿型或金红石型纳米TiO₂颗粒均具有光催化效果，可有效减少混凝土结构表层污染物附着量。由于其光催化作用仅在表层混凝土发挥，内掺于混凝土中显然不合适，而涂刷在表层混凝土上其附着力的提高将决定其作用效果的时限。

发明内容