[发明专利]一种两亲性多功能杂化纳米粒子、其制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种两亲性多功能杂化纳米粒子。本发明所述粒子表面附着有可脱落的带水溶性长链的亲水性有机聚合物，同时附着有疏水性的长碳氢官能团，纳米粒子主体为二氧化硅或有机官能团取代的二氧化硅或有机官能团取代的硅氧键网络，纳米粒子内包含自由的带疏水性长碳氢官能团的有机硅氧烷以及带有疏水性长碳氢官能团的脂肪酸或脂肪酸酯或脂肪酸铝络合物。本发明所述纳米粒子可大幅降低水泥基材料的水渗透性；使用本发明制备的杂化纳米粒子的水泥基材料内部水化产物及界面被疏水化，更进一步降低了有害粒子通过水分渗透侵蚀水泥基材料的可能，因而其抗渗性能提升更加明显，同时，Si‑Al氧化物参与水化反应，密实了水泥基材料基体，这有利于其力学性能的提升。

技术领域

本发明属于水泥基材料外加剂领域，具体涉及一种可用于改善水泥基材料抗渗性能与力学性能的杂化粒子及其制备方法。

背景技术

用在此处的术语“混凝土”通常不加选择地表示混凝土、砂浆或注浆等混凝土，这在本文的其他地方也适用。

混凝土是一种多孔材料，其孔径在纳米至毫米级。这些孔隙特别是连通孔隙是有害物质侵入导致混凝土结构受到侵蚀(冻融、碳化、化学侵蚀、碱-骨料反应、钢筋锈蚀等)的关键因素。各种有害物质(如氯离子、硫酸根离子等)通过水溶液毛细作用吸附到混凝土的表层，并进一步渗透到混凝土内部，对钢筋混凝土结构带来严重的锈蚀危害。对混凝土进行防水处理或在混凝土制备中添加各种防水剂等削弱水分渗透性、密实混凝土孔隙结构是提高混凝土耐久性的重要途径。

通过对混凝土表面进行处理可以改善其渗透性能。目前常用有机表面处理剂及疏水性浸渍涂料包括硅烷及硅氧烷、环氧树脂、聚亚安酯、丙烯酸酯、聚苯乙烯树脂、氯丁橡胶等。有机表面处理剂具有很强的憎水性，还能渗入混凝土，堵塞孔隙并在混凝土孔壁形成憎水膜。但有机涂料影响混凝土透气性，防护寿命较短，同时，有机表面处理剂耐火性差、易老化，在高温、紫外线照射下作用效果会显著降低，产生裂缝或剥落，失效后很难从建筑物上清理。丙烯酸处理剂虽然能够显著降低混凝土的水渗透性，但是抗氯离子渗透能力很差，因此不宜用于海洋工程中。相比这些，无机表面处理剂(水玻璃系列、磷酸盐系列和水泥基系列加入各种颜料、填料、助剂、固化剂配制而成)具有更好的抗老化性能。无机表面处理剂能够渗入混凝土内部，与水泥水化产物发生复杂的物理化学反应，生成新的物质来堵塞毛细孔，从而可以长久地阻止外界环境中的腐蚀介质进入混凝土，保护混凝土与钢筋免受侵蚀，改善钢筋混凝土结构的耐久性。但它们并没有从根本上改变混凝土亲水的特性，因此防水效果有限，性能较有机憎水涂料有所不如。另外，硅酸钠等表面处理会提升混凝土碱度，可能增加碱骨料反应发生的概率。而采用渗透型防水剂对混凝土进行表面防水处理，防水剂的渗透深度非常有限，在一些特殊情况的防水效果不是很理想。当混凝土产生裂缝时，防护层即失去效用，有害物质依然会沿裂缝渗入混凝土产生侵蚀。

要从根本上改善混凝土的水份及有害物质的渗透性，必须采用内掺型材料改变混凝土的微观界面性质。采用纳微米材料与混凝土中碱性组分发生反应密实基体是细化孔隙分布、改善渗透性的有效方法，采用硅灰、粉煤灰、纳米氧化铝与氧化铁等可以有效改善氯离子渗透性，降低电通量，但纳米材料同样容易发生团聚，十分影响水泥基材料本身的工作性能，且限制了其性能的发挥，另外，这些材料对防水性能的改善较疏水性防水剂有所不如。使用疏水性硅烷或脂肪酸类使其微观界面特别是孔隙界面完全变为疏水性，是降低混凝土水渗透性的重要手段。