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CN111646719A - 一种用于堵漏防水的地聚物材料及其制备方法 - Google Patents

一种用于堵漏防水的地聚物材料及其制备方法 Download PDF

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CN111646719A
CN111646719A CN202010497868.2A CN202010497868A CN111646719A CN 111646719 A CN111646719 A CN 111646719A CN 202010497868 A CN202010497868 A CN 202010497868A CN 111646719 A CN111646719 A CN 111646719A
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CN
China
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percent
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geopolymer
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water
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CN202010497868.2A
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English (en)
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江晨晖
干学宏
杨先忠
凌金
陈泽锋
王志萍
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Zhejiang College of Construction
Original Assignee
Zhejiang College of Construction
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B12/00Cements not provided for in groups C04B7/00 - C04B11/00
    • C04B12/005Geopolymer cements, e.g. reaction products of aluminosilicates with alkali metal hydroxides or silicates
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

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Abstract

本发明涉及一种用于堵漏防水的地聚物材料及其制备方法,地聚物材料包括铝硅酸盐前体、激发剂、添加剂及水。本发明的有益效果体现在通过碱激发工业副产品、固废物和地方特色材料,制备地聚物基堵漏防水材料,一方面可以消纳固废、节能利废,制备绿色环保的新型建材,另一方面可以借助地聚物的多种优势,弥补既有无机和有机堵漏防水材料的不足,更好地提高土木建筑结构的耐久性和长期性能。

Description

一种用于堵漏防水的地聚物材料及其制备方法
技术领域
本发明属于新型无机防水堵漏材料领域,尤其是一种用于堵漏防水的地聚物材料及其制备方法。
背景技术
防水抗渗是土木建筑行业永恒的主题,防水堵漏材料是一类重要的建筑材料。根据主要有效成分,可将防水堵漏材料划分为有机材料、无机材料和复合材料。其中应用最多最广的是有机防水堵漏材料,这类材料主要以沥青、改性沥青、合成树脂、合成橡胶及其混配物为基体制成。它们最显著的应用缺陷是耐候性和耐久性差、透气性差、施工工艺复杂且要求高。复合防水堵漏材料属于新兴领域,目前研究和应用不多。关于无机防水堵漏材料,国家标准《无机防水堵漏材料》(GB 23440)给出的定义是这样的:以水泥为主要组分,掺入添加剂经一定工艺加水制成的用于防水、抗渗、堵漏的粉状无机材料。该标准进一步根据凝结时间和用途将这类防水材料划分为缓凝型(Ⅰ)和速凝型(Ⅱ)。
另据行业标准《建筑防水维修用快速堵漏材料技术条件》(JG/T 316),快速堵漏材料系指利用自身化学反应产物,在短时间内阻断渗漏水通道达到止水目的的防水堵漏材料。快速堵漏材料的主体成分可能是聚氨酯、丙烯酸盐、硅酸盐水泥等。目前市面上常见的“堵漏王”、“堵漏灵”、“堵漏宝”等快凝快硬型产品多属这类材料。
地聚物(geopolymer),又称合成地质聚合物、碱激发铝硅酸盐材料,作为一类极具发展潜力和应用价值的新型建筑材料,与水泥和合成高分子材料相比,在节能利废、减排环保和可持续发展方面表现出显著优势。更重要的是,地聚物在物理力学性质和工程应用性能方面的表现突出,吸引着越来越多的研究人员和工程人士关注。申请人通过大量试验研究发现,低渗透性、快凝型地聚物能较好地符合GB 23440和JG/T 316的技术规定,可以作为无机防水堵漏材料主体成分。据此,本发明以地聚物为有效成分,辅以必要的添加剂,制备得到一种用于防水堵漏的无机地聚物材料。
有关地聚物材料的研究和现有技术虽然不少,但将这种新型材料用于建筑物和构筑物的快速防水堵漏和抢修尚未见公开。本发明旨在将特定原材料和配合比的地聚物材料应用于堵漏防水这一特定场合,充分发挥这种材料技术性能可靠、绿色低碳、能综合利用工业固废且成本低廉的优势。作为防水堵漏材料的地聚物与其他用途的地聚物,在原材料、配合比和特性方面都有较大区别,这些内容都属于本发明的保护范围。关于快速堵漏防水材料的技术要求,GB 23440和JG/T 316作出了明确规定,但现有技术中的地聚物材料未关注或达不到相应规定。
发明内容
本发明提供一种用于堵漏防水的地聚物材料及其制备方法。通过无机碱性水溶液激发矿物质复合粉体及硅酸盐水泥的混合物,快速反应生成具有类似于有机高分子结构的地聚物(全称地质聚合物)有效成分,辅以必要的改性添加剂,从而获得凝结硬化快、防水抗渗、耐久耐候、适应性强的无机防水堵漏材料
本发明解决其技术问题采用的技术方案:
一种用于堵漏防水的地聚物材料,由以下材料组成:铝硅酸盐前体,包括偏高岭土、粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、普通硅酸盐水泥,各自的占比为铝硅酸盐前体质量分数的15%、20%、55%、10%;激发剂,包括硅酸钠、氢氧化钠,各自的占比为激发剂质量分数的86.5%、13.5%,铝硅酸盐前体与激发剂的质量比例为68%、26%;添加剂,包括高性能聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维,分别按铝硅酸盐前体总量的1.25%、0.05%渗入;水,占全部固体材料质量的37%。
一种用于堵漏防水的地聚物材料的制备方法,将全部固体原材料按上述配合比混匀,加水后用强制式搅拌设备拌合均匀,搅拌时间不少于5min。使用时直接加水充分拌合均匀,嵌填或涂抹于渗漏部位,待充分凝结硬化后即可发挥作用。从加水拌合至开始发挥作用的时间为1~3h。
本发明涉及的原材料配合比(以重量比计)包括三个方面,即铝硅酸盐前体中各组分的比例,激发剂的两种组分各自占比,铝硅酸盐前体与激发剂的比例。这些配合比选取确定的基本原则是关键氧化物(即二氧化硅、三氧化二铝、氧化钠)的最佳总摩尔比。添加剂的掺量(或剂量)均以铝硅酸盐前体为基数计量。加水量由合理的水固比、水与氧化钠的总摩尔比确定。基于地聚物防水堵漏材料的基本性能目标,上述各关键氧化物的最佳总摩尔比和添加剂的最佳掺量均由试验标定得到,与各种原材料具体的化学成分和活性有关。
本发明涉及的一种用于堵漏防水的地聚物材料,具有的特性如下:外观为色泽均匀、无杂质、无结块的粉末;初凝时间为15~30min,终凝时间为20~45min;标准养护3d龄期的抗压强度不低于20MPa,粘结拉伸强度不低于1.0MPa;标准养护涂层7d抗渗压力不小于0.5MPa,试件抗渗压力不小于1.6MPa;能经受30次冻融循环而不发生开裂、起皮、脱落。以上性能试验方法可参照GB 23440和JG/T 316执行。
本发明的有益效果体现在通过碱激发工业副产品、固废物和地方特色材料,制备地聚物基堵漏防水材料,一方面可以消纳固废、节能利废,制备绿色环保的新型建材,另一方面可以借助地聚物的多种优势,弥补既有无机和有机堵漏防水材料的不足,更好地提高土木建筑结构的耐久性和长期性能。
具体实施方式
下面对本发明作进一步说明:
实施例:
原材料:铝硅酸盐前体采用符合国标的偏高岭土、粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、普通硅酸盐水泥,它们的化学成分如下表所示。碱性激发剂采用纯度分别为95%、97%(质量分数)的硅酸钠(Na2SiO3)和氢氧化钠(NaOH)粉末。添加剂采用市售高性能聚羧酸减水剂(粉体)和聚丙烯纤维(长度6mm,直径15μm)。拌合水为市政管网供应的自来水。
表铝硅酸盐前体组分的化学成分
Figure BDA0002523587790000031
这种用于堵漏防水的地聚物材料,由以下材料组成:铝硅酸盐前体,包括偏高岭土、粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、普通硅酸盐水泥,各自的占比为铝硅酸盐前体质量分数的15%、20%、55%、10%;激发剂,包括硅酸钠、氢氧化钠,各自的占比为激发剂质量分数的86.5%、13.5%,铝硅酸盐前体与激发剂的质量比例为68%、26%;添加剂,包括高性能聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维,分别按铝硅酸盐前体总量的1.25%、0.05%渗入;水,占全部固体材料质量的37%。
制备方法:将全部固体原材料按上述配合比混匀,加水后用强制式搅拌设备拌合均匀,搅拌时间不少于5min。得到的拌合物可涂刷或嵌填于渗漏部位。
性能测试结果:初凝时间为23min,终凝时间为31min;标准养护3d抗压强度27.5MPa,28d抗压强度为35.2MPa,粘结拉伸强度为1.75MPa;标准养护涂层7d抗渗压力为0.62MPa,试件抗渗压力为1.74MPa。以上各项性能指标均符合或高于GB 23440和JG/T 316的有关规定。与其他防水堵漏材料的对比试验结果表明,该地聚物材料的综合应用效果不比现有市售产品差。具体试验数据列于下表中。
表堵漏防水材料技术指标试验数据对比
材料 地聚物材料 市售材料A 市售材料B
初凝时间(min) 23 26 21
终凝时间(min) 31 33 37
标养3d抗压强度(MPa) 27.5 28.1 26.6
标养28d抗压强度(MPa) 35.2 33.8 35.5
标养28d粘结拉伸强度(MPa) 1.75 1.82 1.69
标养涂层7d抗渗压力(MPa) 0.62 0.58 0.64
标养试件7d抗渗压力(MPa) 1.74 1.83 1.59
48h蓄水试验 无渗漏 无渗漏 无渗漏
除上述实施例外,本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。

Claims (2)

1.一种用于堵漏防水的地聚物材料,由以下材料组成:
铝硅酸盐前体,包括偏高岭土、粉煤灰、粒化高炉矿渣微粉、普通硅酸盐水泥,各自的占比为铝硅酸盐前体质量分数的15%、20%、55%、10%;
激发剂,包括硅酸钠、氢氧化钠,各自的占比为激发剂质量分数的86.5%、13.5%,铝硅酸盐前体与激发剂的质量比例为68%、26%;
添加剂,包括高性能聚羧酸减水剂、聚丙烯纤维,分别按铝硅酸盐前体总量的1.25%、0.05%渗入;
水,占全部固体材料质量的37%。
2.一种用于堵漏防水的地聚物材料的制备方法,其特征是:将全部固体原材料按上述配合比混匀,加水后用强制式搅拌设备拌合均匀,搅拌时间不少于5min。
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