CN118389009A - 一种混凝土水性涂料及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本申请具体公开了一种混凝土水性涂料及其施工方法。一种混凝土水性涂料，包括组分A、组分B和组分C，所述组分A、所述组分B与所述组分C的质量比为1：2‑10：0.5‑2；所述A组分包括如下重量份的原料：树形分子0.5‑2份、纤维素纳米晶1‑3份、水30‑50份、分散剂1‑3份；所述B组分包括如下重量份的原料：树脂基料80‑100份、成膜剂0.5‑3份、水10‑20份；所述树脂基料包括水性丙烯酸树脂；所述组分C包括固化剂。本申请具有提高水性防护涂料在混凝土结构表面的稳定性、提高混凝土抗氯盐效果的优点。

Description

一种混凝土水性涂料及其施工方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种混凝土水性涂料及其施工方法。

背景技术

混凝土作为当今世界应用最为广泛的建筑材料，由于耐久性不足导致的混凝土结构破坏的现象逐年攀升，对混凝土结构的安全性和混凝土结构的后期维护都带来巨大挑战。一般认为，由氯盐侵蚀引起的钢筋腐蚀是引起混凝土结构耐久性下降的主导因素。

目前，在混凝土表面涂敷涂层进行表面防护处理是提高混凝土结构耐久性的重要方法之一。但是，大多数涂层存在易老化的特性，降低了其对混凝土抗氯盐性能的改善作用；且，目前涂层混凝土表面防护处理提升抗氯盐性能所使用的涂料主要是传统有机溶剂型涂料，有机溶剂型涂料的溶剂易挥发，在生产、运输和使用过程中会挥发出大量的有毒有机化合物(VOC)，不仅污染环境，而且对人体的健康有害；随着环保问题和健康问题逐渐得到大众关注，有机溶剂型传统涂料会逐渐被取代是必然的趋势，今后涂料行业的发展趋势必定为水性涂料。

但是，目前水性涂料主要应用于金属防护领域，且水性涂料的相关研究都对涂覆基材表面的干净度与平整度提出了要求。混凝土不同于金属，混凝土表面的干净度与平整度都远不及金属表面，水性涂料是否可以对混凝土结构产生优异的抗氯盐效果还未可知，相关的研究与应用较少。因此，亟待提供一种能够在混凝土结构的表面形成涂层，且能够提高混凝土抗氯盐效果的水性防护涂料。

发明内容

为了提高水性防护涂料在混凝土结构表面的稳定性并提高混凝土结构的抗氯盐效果，本申请提供一种混凝土水性涂料及其施工方法。

第一方面，本申请提供一种混凝土水性涂料，采用如下的技术方案：

一种混凝土水性涂料，包括组分A、组分B和组分C，所述组分A、所述组分B与所述组分C的质量比为1：2-10：0.5-2；

所述A组分包括如下重量份的原料：树形分子0.5-2份、纤维素纳米晶1-3份、水30-50份、分散剂1-3份；

所述B组分包括如下重量份的原料：树脂基料80-100份、成膜剂0.5-3份、水10-20份；所述树脂基料包括水性丙烯酸树脂；

所述组分C包括固化剂。

首先，通过树形分子与纤维素纳米晶的配合，纤维素纳米晶能够像“树杈”一样附着在树形分子上，形成具有富含羟基的三维网状结构，而羟基基团能够与混凝基面中的硅键合，提高水性涂料与混凝土基面之间附着界面的稳定性，从而降低水性涂层在混凝土服役过程中被水分渗透以及被有害物质侵蚀的程度。其次，树形分子也提高了纤维素纳米晶在组分B和水性涂料中的分散性能，而纤维素纳米晶的支状“树杈”结构能够为水性涂层提供纵向连接和纤维化增强作用，进一步对水性涂层进行增强和增韧。最后，水性涂料中的树形分子和纤维素纳米晶配合物能够在水性涂料的应用过程中渗入混凝土基面中，将增加混凝土基面的密实性和改善混凝土基面处的孔隙率，二者配合作用可有效提高混凝土基面上水性涂层的抗裂性能；此外，纤维素纳米晶中的羟基官能团可与渗入水性涂层中的氯离子形成氢键或静电作用力，使氯离子被吸附到纤维素纳米晶的支状结构表面二者配合的填充效果可进一步减少水分渗透和有害物质的侵蚀，同时具备良好的抗氯离子、碳化的性能，提高水性涂料的应用稳定性和混凝土的抗氯盐性能。

优选地，所述树脂基料还包括水性氟碳树脂。

水性氟碳树脂在施工到混凝土基面上后，随着水分和助剂不断挥发，水性氟碳树脂不断交联固化，会形成致密的涂层，进一步提高水性涂层的防水性能和抗氯离子侵蚀的能力。

优选地，所述水性氟碳树脂在所述树脂基料中的质量占比为5％-10％。

通过控制水性氟碳树脂在树脂基料中的占比，使水性涂层在兼顾优异的密实度的同时还具备优异的“呼吸”性能，使混凝土中的水汽能够向涂层外挥发，避免水汽无法挥发对混凝土结构产生的不良影响，提高混凝土的耐久性。

优选地，所述树形分子包括PAMAM树形分子、芳醚树枝状分子、二茂铁基树枝状分子中的至少一种。

优选地，所述树树形分子为PAMAM树形分子。

树形分子已经实现了工业化生产，尤其是选用PAMAM树形分子为原料之一时，制备得到的各组分适配性良好，尤其是提高树形分子与纤维素纳米晶形成的三维网状结构的稳定性，在干燥过程中能显著降低水性涂层的收缩率，提高水性涂层在混凝土基面上的附着稳定性。

优选地，所述纤维素纳米晶的直径为5-15nm，长度为50-300nm。

通过控制纤维素纳米晶的直径和长度，使纤维素纳米晶的长径比能够保持在较高的水平，提高其比表面积，一方面能够提高纤维素纳米晶与树形分子形成的三维网状结够的稳定性，另一方面，能够提高纤维素纳米晶对氯离子的吸附效果，提高水性涂层在混凝土基面处的附着稳定性和抗氯盐性能。

优选地，所述分散剂包括聚羧酸铵盐；所述成膜剂包括丙二醇、十二碳醇酯、丙二醇乙醚、己二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚中的至少一种；所述固化剂包括水性异氰酸酯、聚氨酯中的至少一种。

第二方面，本申请提供一种混凝土水性涂料的制备方法，采用如下的技术方案：

一种混凝土水性涂料的制备方法，包括如下步骤：

S1：将组成所述组分A的原料混合，分散，得到纤维素纳米晶/树形分子混合液；将组成所述组分B的原料混合，搅拌，得到预处理混合液；

S2：按比例将所述纤维素纳米晶/树形分子混合液加入到所述预处理混合液中，加热、搅拌后继续加入所述组分C并搅拌，得到所述混凝土水性涂料。

优选地，所述S1中的反应温度为30-45℃，分散时间为0.5-1h，搅拌时间为30-50min；所述S2中的加热温度为40-50℃，搅拌时间为20-40min，加入所述组分C后搅拌时间为5-15min。

第三方面，本申请提供一种混凝土水性涂料的施工方法，采用如下的技术方案：

一种混凝土水性涂料的施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

步骤一：将混凝土的基面润湿；

步骤二：基面无明水时，将所述混凝土水性涂料涂覆在所述混凝土的基面上，干燥、养护在所述混凝土的基面上形成水性涂层；

在所述步骤二中，当施工温度大于38℃时，每隔6-15h对所述水性涂层进行喷水处理。

相比于现有的水性涂料，本发明提供的这种水性涂料，使水性涂料层早期与后期与混凝土基面有较高的粘结强度，从而提高施工效率、缩短工期、节约施工成本。

优选地，所述混凝土水性涂料的在所述混凝土的表面形成的所述水性涂层的厚度为55-100μm。

该厚度下的水性涂层能够起到优异的防水效果和抗氯侵蚀效果，提高混凝土的耐久性。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。

除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表达成分的量、反应条件等的所有数值被理解为在被术语“约”修饰。因此，除非有相反指示，否则在这里阐述的数值参数是能够根据需要获得的所需性能来变化的近似值。

本文中所用的“和/或”是指所提及的要素之一或全部。

本文中所用“包括”和“包含”涵盖只有所提及要素的情形以及除了所提及要素还存在其它未提及要素的情形。

本发明中所有百分比均为重量百分比，另有说明的除外。

除非另有说明，否则在本说明书中所用的“一”、“一种”、“一个”和“该”意在包括“至少一种”或“一种或多种”。例如，“一组分”是指一种或多种组分，因此在所述实施方案的实施中可能考虑并可能采用或使用多于一种组分。

实施例1

1.水性涂料的制备

A组分包括：PAMAM树形分子1份、直径为5-15nm且长度为50-300nm的纤维素纳米晶2份、水40份、聚羧酸铵盐2份；

B组分包括：水性丙烯酸树脂90份、丙二醇1份、水15份；

组分C为固化剂水性异氰酸酯。

水性涂料的制备包括如下步骤：

S1：将组成组分A的原料混合，于40℃下超声分散0.8h，得到纤维素纳米晶/树形分子混合液；将组成组分B的原料混合，搅拌40min，得到预处理混合液；

S2：按比例将纤维素纳米晶/树形分子混合液加入到预处理混合液中，于45℃下加热、搅拌30min后继续加入所述组分C并搅拌10min，其中，组分A、组分B和组分C的质量比为1：7：0.6，得到混凝土水性涂料。

2.水性涂料在混凝土基面上的施工方法

当施工温度低于38℃时，

步骤一：将混凝土的基面润湿；

步骤二：基面无明水时，将混凝土水性涂料涂覆在混凝土的基面上，干燥、养护后在混凝土的基面上形成厚度为75μm的水性涂层。

实施例2

1.水性涂料的制备

A组分包括：芳醚树枝状分子0.5份、直径为5-15nm且长度为50-300nm的纤维素纳米晶1份、水30份、聚羧酸铵盐1份；

B组分包括：水性丙烯酸树脂80份、十二碳醇酯0.5份、水10份；

组分C为固化剂水性异氰酸酯。

水性涂料的制备包括如下步骤：

S1：将组成组分A的原料混合，于45℃下超声分散0.5h，得到纤维素纳米晶/树形分子混合液；将组成组分B的原料混合，搅拌50min，得到预处理混合液；

S2：按比例将纤维素纳米晶/树形分子混合液加入到预处理混合液中，于50℃下加热、搅拌20min后继续加入所述组分C并搅拌15min，其中，组分A、组分B和组分C的质量比为1：5：0.3，得到混凝土水性涂料。

2.水性涂料在混凝土基面上的施工方法

当施工温度低于38℃时，

步骤一：将混凝土的基面润湿；

步骤二：基面无明水时，将混凝土水性涂料涂覆在混凝土的基面上，干燥、养护后在混凝土的基面上形成厚度为55μm的水性涂层。

实施例3

1.水性涂料的制备

A组分包括：二茂铁基树枝状分子2份、直径为5-15nm且长度为50-300nm的纤维素纳米晶3份、水50份、聚羧酸铵盐3份；

B组分包括：水性丙烯酸树脂100份、丙二醇乙醚3份、水20份；

组分C为固化剂水性异氰酸酯。

水性涂料的制备包括如下步骤：

S1：将组成组分A的原料混合，于30℃下超声分散1h，得到纤维素纳米晶/树形分子混合液；将组成组分B的原料混合，搅拌30min，得到预处理混合液；

S2：按比例将纤维素纳米晶/树形分子混合液加入到预处理混合液中，于40℃下加热、搅拌40min后继续加入所述组分C并搅拌5min，其中，组分A、组分B和组分C的质量比为1：10：1，得到混凝土水性涂料。

2.水性涂料在混凝土基面上的施工方法

当施工温度高于38℃时，

步骤一：将混凝土的基面润湿；

步骤二：基面无明水时，将混凝土水性涂料涂覆在混凝土的基面上，干燥、养护后在混凝土的基面上形成厚度为100μm的水性涂层，在养护过程中每隔8h对水性涂层进行喷水处理。

实施例4

本实施例与实施例1的区别之处在于，树脂基料中还包括水性氟碳树脂，且水性氟碳树脂在树脂基料中的质量占比为8％；其余部分均与实施例1保持一致。

实施例5

本实施例与实施例1的区别之处在于，树脂基料中还包括水性氟碳树脂，且水性氟碳树脂在树脂基料中的质量占比为5％；其余部分均与实施例1保持一致。

实施例6

本实施例与实施例1的区别之处在于，树脂基料中还包括水性氟碳树脂，且水性氟碳树脂在树脂基料中的质量占比为10％；其余部分均与实施例1保持一致。

实施例7

本实施例与实施例4的区别之处在于，使用等重量的水性聚氨酯树脂代替水性氟碳树脂；其余部分均与实施例4保持一致。

实施例8

本实施例与实施例1的区别之处在于，纤维素纳米晶的直径为15-30nm；其余部分均与实施例1保持一致。

实施例9

本实施例与实施例1的区别之处在于，使用等重量的球形纳米纤维素代替实施例1中的纤维素纳米晶；其余部分均与实施例1保持一致。

对比例1

本对比例与实施例1的区别之处在于，使用等重量的石墨烯代替实施例1中的树形分子；其余部分均与实施例1保持一致。

对比例2

本对比例与实施例1的区别之处在于，使用等重量的纤维素纳米晶代替实施例1中的树形分子；其余部分均与实施例1保持一致。

对比例3

本对比例与实施例1的区别之处在于，使用等重量的树形分子代替实施例1中的纤维素纳米晶；其余部分均与实施例1保持一致。

对比例4

本对比例与实施例1的区别之处在于，组分A、组分B和组分C的质量比为1：15：0.5；其余部分均与实施例1保持一致。

对比例5

本对比例与实施例1的区别之处在于，组分A、组分B和组分C的质量比为1：0.5：1；其余部分均与实施例1保持一致。

对比例6

本对比例与实施例1的区别之处在于，市售混凝土用水性环氧涂料。

测试方法

一、水性涂层粘结性能测试

1.1水性涂层粘结强度测试

对实施例1-10和对比例1-4中混凝土基面上的水性涂层进行粘结强度测试，具体测试方法参照GB/T 16777-2008规定的方法进行，并将试验数据记录在表1中。

1.2水性涂层复合持粘性测试

对实施例1-10和对比例1-4中的水性涂层进行粘结强度测试，具体测试方法参照JC/T 2428-2017中的方法，将样品垂直悬挂，然后在水性涂层下方悬挂500g的重物，记录卷材与基板完全脱落所需时间；每个样品测试五次，测试结果取五次测量的平均值；并将试验数据记录在表1中。

二、水性涂层耐水性能测试

对实施例1-10和对比例1-4中混凝土基面上的水性涂层进行耐水性能测试，具体测试方法参照按照GB/T 1733-93进行，取三块样板在同等条件下经同样工艺作涂膜处理，并用石蜡封边，将待测样板长度的三分之二置于装有蒸馏水的玻璃水槽中，浸泡240h后，检查并记录样板形貌，有无变色、起泡、脱落和龟裂等现象，三块样板至少有两块样板符合标准则为合格，记录测试结果于表1中。

三、混凝土的抗氯盐性能测试

对实施例1-10和对比例1-4中的具有水性涂层的混凝土耐盐雾测试，具体测试方法参照GB/T1771-2007中的规定，进行耐盐雾试验，记录耐盐雾时长于表1中。

表1

序号	粘结强度/MPa	复合持粘性/min	耐水性	耐盐雾性/h
					实施例1	0.88	88	无异常	1465
实施例2	0.85	85	无异常	1453
					实施例3	0.86	86	无异常	1458
实施例4	0.95	89	无异常	1505
					实施例5	0.93	87	无异常	1487
实施例6	0.92	88	无异常	1492
					实施例7	0.83	82	无异常	1456
实施例8	0.80	79	无异常	1395
					实施例9	0.82	80	无异常	1421
对比例1	0.75	71	无异常	1126
					对比例2	0.68	66	起泡	1105
对比例3	0.65	62	起泡	953
					对比例4	0.69	71	起泡且脱落	987
对比例5	0.53	51	起泡且脱落	812
					对比例6	0.78	75	起泡	1250

结合实施例1-3、对比例1-3、6和表1，可以看出，树形分子与纳米纤维素晶的的搭配使用，能够显著提高水性涂层与混凝土基面的粘结强度和复合持粘性能，这是由于，一方面，树形分子之间的电斥力使树形分子能够保持独立分散的特点，与纤维素纳米晶配合使用，能够提高纤维素纳米晶在水性涂料中的分散性能，并且，纤维素纳米晶能够在树形分子的结构表面形成类似树杈的结构，进行形成富含羟基的三维网状结构，这些树杈状的结构能够相互搭接，为水性涂层提供纵向连接和横向连接，提高水性涂层与混凝土基面的稳定性，进而提高混凝土的耐水性和抗氯盐侵蚀性能。与此同时，纤维素纳米晶中的羟基不仅能够与混凝土表面中的硅键合，进一步提高水性涂层的稳定性，而且能够与氯离子在静电作用力的作用下结合，进一步提高水性涂层的耐水性和抗氯盐侵蚀性能。更为重要的是，纤维素纳米晶与树形分子形成的纳米接别的配合物能够在水性涂料涂覆在混凝土基面上后渗入混凝土基面中，这将进一步提高混凝土基面处的密实度，有助于进一步提高混凝土的抗氯盐侵蚀能力。

结合实施例1、对比例4-5和表1，可以看出，通过控制组分A、组分B和组分C的配比，能够使树形分子与纤维素纳米晶形成的复配物均匀地分散在水性浆料中，有助于提升水性涂层的粘结强度、复合持粘性能，进而提高混凝土的耐水性和抗氯盐侵蚀能力。

结合实施例1、实施例4-7和表1，可以看出，使用水性氟碳树脂与水性丙烯酸树脂的配合(实施例4-6)能够进一步提高水性涂层的粘结强度和复合持粘性能，而使用水性聚氨酯树脂与属性丙烯酸树脂配合(实施例7)时水性涂层的粘结强度和复合持粘性能并未产生如实施例4-6中的提升效果；这是由于，一方面，水性氟碳树脂与水性丙烯酸树脂有良好的相容性，另一方面，水性氟碳树脂在水性涂料干燥形成水性涂层的过程中会不断地交联固化，从而在一定程度上提高水性涂层的密实度；进一步地，选择合适占比的水性氟碳树脂，能够在提高水性涂层密实度的同时不至降低水性涂层的“呼吸”性能，使混凝土结构中的水分能够向外挥发，不至于是混凝土结构因其内部水汽无法发挥而影响混凝土结构中的应力分布，这也避免了混凝土基面因混凝土内部应力变化而出现变形或者微裂缝，间接提高了水性涂层与混凝土基面之间的粘结稳定性，使水性涂层能够长效留存于混凝土基面的表面，有助于提高混凝土的耐水性和抗氯盐侵蚀效果。

结合实施例1、实施例8-9和表1，可以看出，纤维素纳米晶的长径比降低时，树形分子与纤维素纳米晶配合形成的三维网状结构中的树杈结构将消失，这在一定程度上降低了纤维素纳米晶对水性涂层的横向作用力贡献和纵向作用力贡献，从而使水性涂层的粘结强度和复合持粘性能下降，相应地，混凝土的耐水性和抗氯盐性能也略有下降。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，但这些修改或替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混凝土水性涂料，其特征在于：包括组分A、组分B和组分C，所述组分A、所述组分B与所述组分C的质量比为1：5-10：0.5-2；

所述A组分包括如下重量份的原料：树形分子0.5-2份、纤维素纳米晶1-3份、水30-50份、分散剂1-3份；

所述B组分包括如下重量份的原料：树脂基料80-100份、成膜剂0.5-3份、水10-20份；所述树脂基料包括水性丙烯酸树脂；

所述组分C包括固化剂。

2.根据权利要求1所述的一种混凝土水性涂料，其特征在于：所述树脂基料还包括水性氟碳树脂。

3.根据权利要求2所述的一种混凝土水性涂料，其特征在于：所述水性氟碳树脂在所述树脂基料中的质量占比为5％-10％。

4.根据权利要求1所述的一种混凝土水性涂料，其特征在于：所述树形分子包括PAMAM树形分子、芳醚树枝状分子、二茂铁基树枝状分子中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种混凝土水性涂料，其特征在于：所述纤维素纳米晶的直径为5-15nm，长度为50-300nm。

6.根据权利要求1所述的一种混凝土水性涂料，其特征在于：所述分散剂包括聚羧酸铵盐；所述成膜剂包括丙二醇、十二碳醇酯、丙二醇乙醚、己二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚中的至少一种；所述固化剂包括水性异氰酸酯、聚氨酯中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种混凝土水性涂料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：将组成所述组分A的原料混合，分散，得到纤维素纳米晶/树形分子混合液；将组成所述组分B的原料混合，搅拌，得到预处理混合液；

S2：按比例将所述纤维素纳米晶/树形分子混合液加入到所述预处理混合液中，加热、搅拌后继续加入所述组分C并搅拌，得到所述混凝土水性涂料。

8.根据权利要求7所述的一种混凝土水性涂料，其特征在于：所述S1中的反应温度为30-45℃；所述S2中的加热温度为40-50℃。

9.根据权利要求1-6任一项所述的一种混凝土水性涂料的施工方法，其特征在于：所述施工方法包括如下步骤：

步骤一：将混凝土的基面润湿；

步骤二：基面无明水时，将所述混凝土水性涂料涂覆在所述混凝土的基面上，干燥、养护在所述混凝土的基面上形成水性涂层；

在所述步骤二中，当施工温度大于38℃时，每隔6-15h对所述水性涂层进行喷水处理。

10.根据权利要求9所述的一种混凝土水性涂料的施工方法，其特征在于：所述混凝土水性涂料的在所述混凝土的表面形成的所述水性涂层的厚度为55-100μm。