[发明专利]一种混凝土防护用硅烷防水材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种混凝土防护用硅烷防水材料，该材料的具体组分如下：链烷基硅烷、硅烷低聚物、氨基硅烷偶联剂、消泡剂、抗氧化剂、防腐剂；其中，硅烷低聚物接触到混凝土时，混凝土本身碱性环境及内部的水分易导致其S i‑O‑C键的发生水解断链，形成低聚合度的硅烷化合物，以此替代传统易挥发性、非环保性溶剂，实现其超低表面能、高界面浸润性和迁移防腐特性，解决传统硅烷防水材料非环保、挥发率高、渗透性差、耐久性不足等问题。

技术领域

本发明涉及混凝土材料技术领域，进一步地说，是涉及一种混凝土防护用硅烷防水材料及其制备方法。

背景技术

混凝土作为一种多孔材料，其具有一定的渗透性，经空气中二氧化碳、水、氯离子、硫酸盐等有害离子的作用，混凝土会出现明显的性能劣化，如砂化、盐冻、脱落等，这些问题会严重影响其耐久性和使用寿命。特别针对一些钢筋混凝土，由于混凝土具有亲水性，钢筋长期处于氧气与水分共同作用下会逐渐脱钝、锈蚀，当钢筋锈胀应力大于混凝土内聚力时就会导致混凝土开裂和钢筋锈蚀，进而引起混凝土结构失稳，对其安全性造成重大威胁。

硅烷防水材料作为一种新型的疏水透气材料，在混凝土防护领域得到了快速的发展，其优异的抗污、耐碱、防水等性能逐渐得到了人们的青睐。目前，硅烷类材料已在国内外各类混凝土结构中进行广泛应用，如青岛海湾大桥以及福宁高速公路等混凝土结构均采用硅烷类材料进行了防护。我国也先后将硅烷浸渍技术纳入《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》、《铁路混凝土结构耐久性设计规范》等规范中，并在2008年将硅烷类材料纳入《砂浆、混凝土防水剂》标准中。大量工程实践均表明硅烷类材料在混凝土防护过程中具有优异的耐候性，能够长久有效的保护混凝土结构。

然而，目前绝大部分硅烷防水材料采用的是异丁基或异辛基三乙氧基硅烷体系，其在混凝土防护过程中存在与基体附着性差、挥发性大的问题；德国瓦克化学实验表明，在5m/s的风速环境中，异丁基三乙氧基硅烷喷涂后挥发损失可达到90％以上，异辛基三乙氧基硅烷喷涂后的挥发损失也达到33％以上。且由于露天环境及空气中灰尘的影响，还会导致防护效果逐渐失效，难以对混凝土进行长久保护。此外，若道面混凝土表层、浅层毛细孔内有微量液态水的渗透，还会在结冰压及冻融循环过程造成破坏、剥离，使防水层失效、道面保护年限降低。国内10多年的实验室及现场使用经验表明，仅使用小分子短链的异丁基三乙氧基硅烷作为防水材料，憎水及抗冻融耐久性性能不足，混凝土会出现表层起砂、剥落现象。

随着技术的进展，逐渐出现了溶剂型、乳液型及膏状硅烷防水材料，如专利CN103923561A公开了以烷基烷氧基硅烷、端基聚二甲基硅氧烷、有机溶剂及催化剂制备的混凝土防护剂及其制造方法，但该方法以有机溶剂作为分散相，增加了产品整体的挥发性，且降低了产品的环保性。专利CN108070258A公开了以低聚硅氧烷与氨基院基共聚的硅氧烷制备的高渗透油包水型低表面能烷基硅氧烷低聚物乳液及其制备方法，通过调控硅氧烷低聚物的聚合物，有效控制体系的挥发率，改善其耐久性，但该方法以水为溶剂，制备的是一种乳液，渗透效果难以保证，且制备工艺较为复杂。专利CN107556050A公开了以二官能团烷基烷氧基硅烷、环状硅氧烷、三官能团烷基烷氧基硅烷和硅氧烷低聚物制备的硅烷膏体浸渍液，但该方法制备出的硅烷膏体粘度大，渗透性欠佳，虽然能在混凝土表面形成防护效果，但耐久性差。专利CNl04926366A公开的硅烷膏体及其制备方法较为复杂，生产过程还需要进行加热，工业化推广应用势必会增加能耗，且硅烷膏体本身粘度大导致渗透性欠佳。专利CN101367670A公开了硅烷膏体防护剂的制备方法中，但其制备过程中用到了大量的乳化剂，使其防护性能有所下降。专利CN102676058A公开以链烷基硅氧烷低聚物、功能氨基聚硅氧烷、渗透剂、乳化剂、去离子水制备而成的水分散性低聚硅氧烷膏体，其同样属于膏体类防护产品，对高标号混凝土渗透性能较差。