[发明专利]一种封闭型固废基碱激发无机涂层材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种封闭型固废基碱激发无机涂层材料及其制备方法，其原料组分按质量百分比计：硅铝质固废微粉60‑80％，组分调节剂20‑40％，碱激发剂为硅铝质固废微粉与组分调节剂总质量的10‑20％，外加剂为硅铝质固废微粉与组分调节剂总质量的0.5‑2.0％。硅铝质固废微粉包括粉煤灰和矿渣微粉，组分调节剂包括锂渣微粉、氢氧化钙、硅灰；碱激发剂包括改性水玻璃、氢氧化钠溶液；外加剂包括减水剂、增稠剂、憎水剂、消泡剂。本发明封闭型固废基碱激发无机涂层材料对混凝土的防护作用主要来自于涂层表面疏水性、自身结构致密性、较高的化学稳定性以及与混凝土界面良好的相容性，从而能够降低甚至阻止腐蚀性介质对基体结构的侵蚀，维持基体内部孔隙碱性液相环境和水化产物结构的稳定性，保证混凝土制品在极端环境服役过程中良好的综合性能，尤其适用于海工工程中混凝土材料的防护。

技术领域

本发明属于固废综合利用及无机防护涂料领域，具体涉及一种用于海工工程的碱激发硅铝质无机涂层材料及其制备方法。

背景技术

随着我国海洋工程建设力度的不断提高，服役于海洋环境工程中的钢筋混凝土结构及设施越来越多，已成为海洋工程中应用范围最广的材料之一。但由于海水是一种天然腐蚀介质，含有较多Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-等侵蚀性溶盐离子，盐浓度高达3.5wt％，会严重侵蚀并破坏钢筋混凝土内部结构，诱发结构失效问题，从而降低混凝土构筑物抵抗外力冲击的稳定性，不仅造成了巨大的经济损失和资源浪费，同时还可能引发严重的安全问题。因此有必要采取相关措施改善钢筋混凝土耐久性，提高其服役稳定性能。

造成钢筋混凝土结构破坏及性能失效的机理在于外界环境中侵蚀性介质离子通过疏松的表面结构侵入到混凝土内部，溶入混凝土内部孔溶液中造成pH值下降，进而导致混凝土结构中的部分水化产物碳化、分解以及金属的腐蚀，造成内部结构的破坏。

针对混凝土结构防护的措施，主要包括内部改性和外部防护两个方面。内部改性通过优化混凝土配比及引入惰性矿物掺合料提高自身化学稳定性，同时降低水灰比来降低混凝土内部的孔隙率，抑制侵蚀性介质离子的侵入；外部防护则是通过采用防护涂层对混凝土材料表面进行物理包覆，在保证基体材料特定性能的基础上，充分发挥防护材料良好的阻隔作用，可有效防止由水带入的各种氯离子、硫酸根离子等侵蚀介质渗入混凝土中造成破坏，从而满足混凝土在恶劣服役环境中对耐久性能的要求。尽管采用混凝土配比优化、矿物掺合料引入能有效降低混凝土内部的孔隙率，提高防水性能，但由于混凝土自身的力学性能及工作性能的特定要求，配料优化的选择性受到一定限值，因此有必要采用附加防护提高混凝土的防水性。

目前，混凝土防护涂层主要分为有机涂层、无机涂层和复合防护涂层体系。其中大部分属于高分子聚合物乳液沉膜的有机防护涂层，具备屏蔽、缓蚀和电化学保护等三方面作用的基本特征，但存在污染环境(VOCs排放高)、成本高、易老化剥落、透气性差、有效期限短、耐候性差(热、光、碱)等问题；无机防护涂层具有原材料范围广、力学性能高、附着力强、透气性好、耐高温等优异性能，但存在成膜致密度较低、防水性能差、自身化学稳定性不足等问题。有机-无机复合涂层材料是指有机和无机组分在纳米级别下相互作用而形成的一种复合材料，能够解决单一材料对混凝土防护性能不足和本身存在的缺陷，但存在施工工艺复杂、原材料性能要求和成本较高等问题，主要用于复杂严酷腐蚀环境下的特殊领域。

近年来，碱激发材料的研究不断深入，其应用领域得到不断拓展。碱激发材料的主要水化产物为N-A-S-H凝胶，具有水化热低、干缩小、耐温抗冻、体积稳定性高、抗化学侵蚀等优点，且能够大量利用工业固体废弃物，环保效益显著。因此，将其制备成涂层材料运用到海工混凝土防护领域，尤其是在海工装配式混凝土预构件的缺陷修复和涂层强化中，具有较高的理论研究价值和显著实际应用意义。

发明内容