[发明专利]一种提升混凝土抗渗性的外加剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种提升混凝土抗渗性的外加剂及其制备方法。本发明所述外加剂为水性分散液，其主要成分为具有多层核壳结构的纳米粒子，所述纳米粒子的结构从外到内依次为：梳形两亲型分散剂、聚脂肪醇(甲基)丙烯酸酯、脂肪酸、纳米碳酸钙颗粒。本发明所述外加剂，具有改善混凝土抗氯离子渗透和抗渗性的有益效果；在结构上，其具有两亲型分散剂包裹的多层核壳结构，使得其在水泥孔溶液中能保持良好、均匀、小尺寸的空间分布，不会发生纳米颗粒的团聚或疏水组分的分相，充分保证其效能发挥，有效降低掺量；本发明所述制备方法利用已规模化商用的脂肪酸改性碳酸钙，通过种子乳液聚合制备外加剂，易于操作和大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种提升混凝土抗渗性的外加剂及其制备方法，属于建筑材料技术领域。

技术背景

随着对建筑工程质量的追求和复杂环境下大型工程的开展，耐久性成为考量建筑材料实用价值的重要指标。对于水泥基材料而言，其透水性和抗氯离子渗透性都是影响其耐久性的关键指标。

目前，解决水泥基材料在海工等环境下渗透性的途径主要包括两类，一是使用防渗涂层，从外部隔绝有害物质侵入；CN109940744A公开了一种混凝土表面耐久性提升剂及其制备使用方法，可提升混凝土抑制环境腐蚀能力；CN102219555B公开了一种多功能混凝土结构耐久性防护剂，其包含表面微结构致密化、疏水化和阻锈等多重功效；然而涂层也会受风化、日晒、昼夜温差等环境因素的影响，进而受到腐蚀，乃至开裂剥落，最终失效，其自身的耐久性仍需要进一步改进。二是内掺抗渗外加剂，在微观层面对水泥基材料的微结构进行改性，优化孔结构，提升其疏水性，使得有害物更难渗透。这类外加剂中，纳米材料以及含疏水基团的有机材料近来备受关注，CN110128051A公开了一种提高混凝土抗氯离子侵蚀性能的氯离子吸附添加剂，其组分为硅灰、纳米二氧化硅等多种无机材料和含疏水基团的有机硅助剂等有机材料，但是其掺量(胶材2-5％)相对较高。CN106517919B公开了一种用于增强抗氯离子渗透性的混凝土添加材料，其为在以N,N,N-三甲基金钢烷氢氧化铵(R)为模板下通过锆盐、硅酸盐和铝盐烧制得到的分子筛，虽然其效能较为突出但是其制备过程非常复杂，包含10个步骤且设备条件要求高。

因此，设计制备掺量低，合成简易，效能高的新型外加剂是混凝土抗渗外加剂开发领域的未来方向。具体到材料设计上，一方面由于该类外加剂中无机纳米组分和有机疏水组分的效能发挥都与其在水泥为结构中的空间分布密切相关，因而改善外加剂中无机有机材料在水泥孔溶液中的分散性是提升的效能的有效途径；另一方面，由于水泥水化是持续时间以天计的相对缓慢的过程，因此有机疏水化改性材料也需要通过适当的方式来保障其在水泥浆体孔溶液中的分散以及疏水组分的释放契合水泥水化和微结构生成的节奏。基于以上两点，设计具有良好分散性和可控效能释放速率的新型材料是提升混凝土抗渗外加剂效能的有力解决方案。

在候选材料方面，纳米碳酸钙极具潜力，基于碳化法的纳米碳酸钙目前已大规模商用，其尺寸可达50nm以下，同时，对纳米碳酸钙的疏水性改性工艺也早已成熟，经长链脂肪酸疏水改性的碳酸钙业已在油墨、涂料等行业得到大规模应用。疏水改性碳酸钙兼具纳米和疏水组分，是对水泥基材料作抗渗性改性的优良候选。但疏水改性后的碳酸钙在水体中分散性极差，急需关键手段保障其分散性，同时，合理引入新的疏水组分也可以有效提升其效能发挥。

发明内容

基于上述背景，针对目前水泥基材料相关产业对包括抗氯离子渗透、抗渗性等耐久性指标的需求，本发明基于在耐久性改善方面极具潜力的疏水改性纳米碳酸钙材料，针对其在水泥基材料中的分散性问题，通过引入新型分散剂和高聚物包层的方法，提供一种提升混凝土抗渗性的外加剂及其制备方法。