[发明专利]一种纳米核壳结构有机-无机复合型混凝土防护剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种纳米核壳结构有机-无机复合型混凝土 防护剂及其制备方法和应用。

背景技术

钢筋混凝土是目前世界上应用最大宗的人造建筑材料，广泛应用于建筑、市政、桥 梁建设等各个工程领域。混凝土质量与寿命直接关系着建筑的质量与寿命，因此，混凝土结 构的耐久性问题对我国经济、社会、资源、能源等方面有着重要的影响。水泥混凝土在服役 过程中受力和环境因素作用后性能劣化是降低材料使用寿命最为主要的因素。世界范围内 每年因混凝土性能劣化造成的经济损失数以万亿计，而我国正处于大规模经济建设时期， 因此增强混凝土抵抗外界侵蚀作用的能力，提高混凝土的寿命对对经济发展具有突出作 用，同时响应了国家可持续发展的号召。由服役环境引起的混凝土劣化是由表及里的过程， 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，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。

一般而言，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，阻碍介质，主要是水、气介质携带有害离子渗入 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。

现有关于混凝土表层防护材料：如申请号为CN201310221449.6的“一种原位反应 型混凝土防护剂”专利，是一种利用溶胶态纳米SiO₂或其前驱体对表层硬化混凝土进行防 护的方法，强调了纳米SiO₂及其前驱体与水泥基体发生反应生成C-S-H凝胶，改善了混凝土 材料的孔结构，减少了孔隙率。又如申请号为CN201310019374.3的“一种有机硅混凝土防护 剂及制造方法”，公开了一种有机硅混凝土防护剂及制造方法。该发明主要是硅烷作为主 要原料制成的膏体材料涂在混凝土表面上，沿混凝土孔隙内壁形成一层憎水膜，阻碍了水 份携有害离子侵入。

上述两种方法虽然能一定程度上保护混凝土结构，但也有不足之处，有机型混凝 土防护剂的缺点是与水泥基体的结合力小，耐磨耐久性差，需要定期涂刷，而且有机材料易 老化。而上述原位反应型无机防护剂虽然能有效改善混凝土的孔结构，但是由于其需要利 用混凝土孔结构中的水与纳米SiO₂前驱体反应，水解生成纳米SiO₂其过程缓慢，需要时间 长。

GiovanaCollodetti等2014年在《建筑和建筑材料》(Constructionand BuildingMaterials,54卷,99-105页)研究了两种不同的硅烷稼接在纳米SiO₂粒子表面 形成的新材料，探究了该材料内掺后对水泥浆体水化的影响，结果表明其不利于水泥性能 的发展，进而否定了内掺这种掺加方式。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述缺点，提供一种纳米核壳结构有机-无机复合 型混凝土防护剂及其制备方法，正硅酸乙酯与硅烷和去离子水按一定比例溶解在极性有机 溶剂中混合均匀，使其充分反应，使得硅烷的疏水基团嫁接在纳米SiO₂表面，将有机防护剂 与无机防护剂有效的结合在一起，形成核壳结构材料，用于表层硬化混凝土进行防护，使纳 米SiO₂与水泥部分发生反应，生成C-S-H凝胶，达到堵孔的作用，规避了有机材料易老化的 特点，又将材料的制备与应用分开，节省了前驱体水解的时间，对混凝土结构起到双重保护 的作用。

本发明技术方案如下：

一种纳米核壳结构有机-无机复合型混凝土防护剂，其原料质量百分比组成为：

带有疏水基团的硅烷0.5～1.4%；

正硅酸乙酯4.1～8%；

极性有机溶剂89～94.8%；

碱0.1%；

水0.5～1.5%。