一种高强防水混凝土及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种高强防水混凝土及其制备方法。


背景技术：

2.世界各国在建筑、市政、交通、水利等国家基础建设项目中，都离不开混凝土，混凝土在建设中起到了不可忽视的作用。它是由胶凝材料，颗粒状集料（也称为骨料），水以及必要时加入的外加剂和掺合料按一定比例配制，经均匀搅拌，密实成型，养护硬化而成的一种人工石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而用量越来越大，同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽等特点。
3.现有的普通混凝土材料无法满足高强度的工程要求。在潮湿多雨地区或者水下进行土建工程建设时，混凝土的防水性是最为重要的考察指标之一。现有的普通混凝土材料由于自身结构的特征，在使用过程中尤其是对于那些地下和水中结构工程经常会出现渗漏现象，这严重影响和制约了混凝土材料的应用。
4.为了解决上述问题，授权公布号为cn106277963b的中国发明专利公开了一种高强度防水混凝土，该混凝土，按重量份计，由如下组分组成：水泥100-120份、粗骨料80-85份、细骨料90-100份、膨润土20-25份、沥青粉20-25份、烷基磺酸钠2-5份、硫酸铜2-3份、玄武岩纤维10-12份、聚丙烯纤维5-8份、格蕾丝纤维2-3份、全氟辛基磺酸钠0.2-0.5份、椰子油二乙醇酰胺0.1-0.2份、双酚a环氧树脂0.5-1份、苯乙烯基苯酚聚氧乙烯醚0.1-0.2份、氯化铁3-5份、水杨酸苯酯0.2-0.5份、硫酸铝钾2-5份、1,6-己二异氰酸酯0.1-0.2份、水适量。该发明还公布了制备上述混凝土的方法。该发明的混凝土的防渗水性能好，最高抗渗压力可高达9.8mpa；所得混凝土的抗压强度高，最高可达到112mpa。然而，其耐久性能有待进一步提高。
5.可见，本领域仍然需要一种防水效果显著，耐久性佳，强度高，抗渗抗裂性能足的高强防水混凝土及其制备方法。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供一种防水效果显著，耐久性佳，强度高，抗渗抗裂性能足的高强防水混凝土及其制备方法。
7.本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种高强防水混凝土，其特征在于，包括以下按重量份计的各原料制成：水泥100-120份、粗骨料85-95份、细骨料100-110份、高岭土5-10份、凹凸棒土8-12份、木质素磺酸钠2-4份、三元乙丙胶epdm粉10-15份、废弃剑麻纤维5-8份、石墨烯纤维8-12份、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh23-5份、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮1-2份、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物0.5-1.2份、水适量。
[0008]
优选的，所述水泥为硅酸盐水泥p
·
o62.5。
氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物中同时含有三环酯、含氟哌嗪、噻唑并[3,2-a]喹啉、咔唑和三乙氧基硅烷，这些结构在电子效应、位阻效应和共轭效应的多重作用下，能有效改善减水、早强、减缩效果，进而提高防渗抗裂性能、抗压强度、防水性和耐久性。
[0022]
（4）本发明提供的高强防水混凝土，端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh2上的氨基能与1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮上的环氧基发生环氧开环反应，形成互穿网络结构，进而提高材料内部结构密实性，进一步改善机械力学性能和防水性。废弃剑麻纤维和石墨烯纤维的配合使用，不仅能改善强度，还能提高抗渗抗裂性能，使得产品防水效果更显著。废弃剑麻纤维属于废弃物的回收再利用，实现了变废为宝，具有保护环境和节约资源的双重作用。三元乙丙胶epdm粉的加入能增强防水性和韧性。
具体实施方式
[0023]
为了使本技术领域人员更好地理解本发明的技术方案，并使本发明的上述特征、目的以及优点更加清晰易懂，下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
[0024]
实施例1一种高强防水混凝土，包括以下按重量份计的各原料制成：水泥100份、粗骨料85份、细骨料100份、高岭土5份、凹凸棒土8份、木质素磺酸钠2份、三元乙丙胶epdm粉10份、废弃剑麻纤维5份、石墨烯纤维8份、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh23份、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮1份、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物0.5份、水适量。
[0025]
所述水泥为硅酸盐水泥p
·
o62.5；所述粗骨料为碎石，所述碎石的粒径为10～20mm，含泥量小于0.5％，针片状颗粒小于10％；所述细骨料为砂子，砂子的细度模数为2.6，含泥量小于2％。
[0026]
所述高岭土的平均粒径为0.1mm；所述凹凸棒土的平均粒径为0.1mm；所述三元乙丙胶epdm粉的平均粒径为200目；所述石墨烯纤维的平均直径为为3μm，长径比18:1；所述端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh2是按中国发明专利文献cn110156948b中实施例1中的方法制成。
[0027]
所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物的制备方法，包括如下步骤：将甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，50℃下搅拌反应3小时，后在水中沉出，并用乙醇洗涤沉出的聚合物3次，最后旋蒸除去乙醇，得到甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物；所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂、高沸点溶剂的质量比为1:0.8:0.5:0.1:0.03:10；所
述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为二甲亚砜；所述惰性气体为氮气。通过gpc测试，该共聚物的mn=13050g/mol，mw/mn=1.323；通过元素分析和重量变化分析，该共聚物中分别由甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷引入的结构单元的质量比为0.97:0.79:0.5:0.08。
[0028]
一种所述高强防水混凝土的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份的比例混合，搅拌均匀后浇注，振捣，再在20℃的潮湿环境中进行养护。
[0029]
实施例2一种高强防水混凝土，包括以下按重量份计的各原料制成：水泥105份、粗骨料88份、细骨料103份、高岭土6份、凹凸棒土9份、木质素磺酸钠2.5份、三元乙丙胶epdm粉11份、废弃剑麻纤维6份、石墨烯纤维9份、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh23.5份、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮1.2份、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物0.7份、水适量。
[0030]
所述水泥为硅酸盐水泥p
·
o62.5；所述粗骨料为碎石，所述碎石的粒径为10～20mm，含泥量小于0.5％，针片状颗粒小于10％；所述细骨料为砂子，砂子的细度模数为2.7，含泥量小于2％。
[0031]
所述高岭土的平均粒径为0.2mm；所述凹凸棒土的平均粒径为0.15mm；所述三元乙丙胶epdm粉的平均粒径为250目；所述石墨烯纤维的平均直径为为5μm，长径比22:1；所述端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh2是按中国发明专利文献cn110156948b中实施例1中的方法制成。
[0032]
所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物的制备方法，包括如下步骤：将甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，55℃下搅拌反应4小时，后在水中沉出，并用乙醇洗涤沉出的聚合物4次，最后旋蒸除去乙醇，得到甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物；所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂、高沸点溶剂的质量比为1:0.9:0.5:0.15:0.035:13；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为n,n-二甲基甲酰胺；所述惰性气体为氦气。
[0033]
一种所述高强防水混凝土的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份的比例混合，搅拌均匀后浇注，振捣，再在23℃的潮湿环境中进行养护。
[0034]
实施例3一种高强防水混凝土，包括以下按重量份计的各原料制成：水泥110份、粗骨料90份、细骨料105份、高岭土7份、凹凸棒土10份、木质素磺酸钠3份、三元乙丙胶epdm粉13份、废弃剑麻纤维6.5份、石墨烯纤维10份、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh24份、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮1.5份、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙
(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，63℃下搅拌反应5.5小时，后在水中沉出，并用乙醇洗涤沉出的聚合物5次，最后旋蒸除去乙醇，得到甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物；所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂、高沸点溶剂的质量比为1:1.1:0.5:0.25:0.045:18；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮按质量比1:2:1混合形成的混合物；所述惰性气体为氩气。
[0043]
一种所述高强防水混凝土的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份的比例混合，搅拌均匀后浇注，振捣，再在28℃的潮湿环境中进行养护。
[0044]
实施例5一种高强防水混凝土，包括以下按重量份计的各原料制成：水泥120份、粗骨料95份、细骨料110份、高岭土10份、凹凸棒土12份、木质素磺酸钠4份、三元乙丙胶epdm粉15份、废弃剑麻纤维8份、石墨烯纤维12份、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh25份、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮2份、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物1.2份、水适量。
[0045]
所述水泥为硅酸盐水泥p
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o62.5；所述粗骨料为碎石，所述碎石的粒径为10～20mm，含泥量小于0.5％，针片状颗粒小于10％；所述细骨料为砂子，砂子的细度模数为3.0，含泥量小于2％。
[0046]
所述高岭土的平均粒径为0.5mm；所述凹凸棒土的平均粒径为0.3mm；所述三元乙丙胶epdm粉的平均粒径为400目；所述石墨烯纤维的平均直径为为9μm，长径比32:1；所述端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh2是按中国发明专利文献cn110156948b中实施例1中的方法制成。
[0047]
所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物的制备方法，包括如下步骤：将甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，65℃下搅拌反应6小时，后在水中沉出，并用乙醇洗涤沉出的聚合物6次，最后旋蒸除去乙醇，得到甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物；所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂、高沸点溶剂的质量比为1:1.2:0.5:0.3:0.05:20；所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为n-甲基吡咯烷酮；所述惰性气体为氩气。
[0048]
一种所述高强防水混凝土的制备方法，包括如下步骤：将各原料按重量份的比例混合，搅拌均匀后浇注，振捣，再在30℃的潮湿环境中进行养护。
[0049]
对比例1
一种高强防水混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，用废弃剑麻纤维代替石墨烯纤维，且没有添加端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh2。
[0050]
对比例2一种高强防水混凝土，其配方和制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于，没有添加1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮和甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物。
[0051]
将实施例1-5和对比例1-2所述高强防水混凝土经过28天养护后，进行最高抗渗压力测试、抗冻融循环次数测试和抗压强度测试，测试最高抗渗压力时以28天养护龄期的标准试件为对象，按标准试验方法进行试验时，用每组6个试件中4个试件未出现渗水时的最大水压力来表示。
[0052]
表1
检测项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5对比例1对比例2最高抗渗压力（mpa）11.211.512.012.312.510.19.7抗压强度（mpa）112116117120124106100抗冻融循环次数（次）87919396977572
从表1可以看出，本发明实施例公开的高强防水混凝土与对比例相比，具有更加优异的防水性、强度和抗冻融性能；石墨烯纤维、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh2、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮和甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物的添加对改善上述性能有益。
[0053]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

技术特征：
1.一种高强防水混凝土，其特征在于，包括以下按重量份计的各原料制成：水泥100-120份、粗骨料85-95份、细骨料100-110份、高岭土5-10份、凹凸棒土8-12份、木质素磺酸钠2-4份、三元乙丙胶epdm粉10-15份、废弃剑麻纤维5-8份、石墨烯纤维8-12份、端氨基超支化聚硅氧烷hpsi-nh
2 3-5份、1,3,5-三缩水甘油-s-三嗪三酮1-2份、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物0.5-1.2份、水适量。2.根据权利要求1所述的一种高强防水混凝土，其特征在于，所述水泥为硅酸盐水泥p
·
o62.5。3.根据权利要求1所述的一种高强防水混凝土，其特征在于，所述粗骨料为碎石，所述碎石的粒径为10～20mm，含泥量小于0.5％，针片状颗粒小于10％；所述细骨料为砂子，砂子的细度模数为2.6～3.0，含泥量小于2％。4.根据权利要求1所述的一种高强防水混凝土，其特征在于，所述高岭土的平均粒径为0.1mm-0.5mm；所述凹凸棒土的平均粒径为0.1mm-0.3mm；所述三元乙丙胶epdm粉的平均粒径为200-400目；所述石墨烯纤维的平均直径为为3-9μm，长径比(18-32):1。5.根据权利要求1所述的一种高强防水混凝土，其特征在于，所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物的制备方法，包括如下步骤：将甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂加入到高沸点溶剂中，在惰性气体氛围，50-65℃下搅拌反应3-6小时，后在水中沉出，并用乙醇洗涤沉出的聚合物3-6次，最后旋蒸除去乙醇，得到甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/n-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物。6.根据权利要求5所述的一种高强防水混凝土，其特征在于，所述甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯、7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5h-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸、n-乙烯基咔唑、乙烯基三乙氧基硅烷、引发剂、高沸点溶剂的质量比为1:(0.8-1.2):0.5:(0.1-0.3):(0.03-0.05):(10-20)。7.根据权利要求5所述的一种高强防水混凝土，其特征在于，所述引发剂为偶氮二异丁腈；所述高沸点溶剂为二甲亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述惰性气体为氮气、氦气、氖气、氩气中的任意一种。8.一种根据权利要求1-7任一项所述高强防水混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料按重量份的比例混合，搅拌均匀后浇注，振捣，再在20-30℃的潮湿环境中进行养护。

技术总结
本发明公开了一种高强防水混凝土及其制备方法，包括：水泥、粗骨料、细骨料、高岭土、凹凸棒土、木质素磺酸钠、三元乙丙胶EPDM粉、废弃剑麻纤维、石墨烯纤维、端氨基超支化聚硅氧烷HPSi-NH2、1,3,5-三缩水甘油-S-三嗪三酮、甲基丙烯酸三环[5.2.1.02,6]癸-8-基酯/7-氟-5-氧代-8-(4-(2-丙烯基)-1-哌嗪基)-5H-噻唑并[3,2-a]喹啉-4-羧酸/N-乙烯基咔唑/乙烯基三乙氧基硅烷共聚物、水。该混凝土防水效果显著，耐久性佳，强度高，抗渗抗裂性能足。抗渗抗裂性能足。


技术研发人员：余明 李凌峰 舒小雷 曾浩
受保护的技术使用者：湖南省勘测设计院有限公司
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/8/31