有机硅防水剂

1、有机硅混凝土防水剂 第一部分第一部分 立项目的立项目的一、一、 概概 述述二、国内外混凝土防水防渗的研究概况二、国内外混凝土防水防渗的研究概况三、本课题的研究内容三、本课题的研究内容第二部分第二部分 技术路线技术路线一、一、 有机硅防水剂的防水原理有机硅防水剂的防水原理二、二、 有机硅防水剂研制的技术路线有机硅防水剂研制的技术路线三、三、 有机硅防水剂研制的工艺流程有机硅防水剂研制的工艺流程 甲基、乙基硅酸钠、MS溶剂树脂的选择 有机硅防水剂原材料比例的确定 影响有机硅防水剂性能因素的研究有机硅防水剂混凝土主要物理力学性能指标测试 有机硅混凝土防水剂的工程应用第三部分第三部分 试验研究试验研究

2、一、一、 原材料的选择原材料的选择表 1 硅酸钠性能指标 项 目 指 标 外观 黄至淡红色液体 含量% 2933 聚甲基硅酸钠含量% 201 粘度 25 6-25MPa.S 相对密度 1.21.3 PH 值 1214 表2 MS溶剂树脂性能指标 项 目 指 标 外观 无色 含量% 40 粘度25 30-56 MPa.S 相对密度25 1.001.02 二、二、 有机硅防水剂的试验过程有机硅防水剂的试验过程有机硅混凝土防水剂的研制主要取决于其在混凝土施工过程中的水化机制和工作环境，我们选用以上三种材料作为原材料。甲基硅酸钠分子在反应后形成35个硅原子的水溶性聚合物，以枝状和链状分子结构为主，从防

3、水机理上主要起到封堵毛细孔的作用；乙基硅酸钠反应后形成813个硅原子的水溶性聚合物，以链状和网状分子结构为主，主要起到封堵贯通孔的作用。MS溶剂树脂在水泥水化过程中不发生化学反应，它本身是大分子结构，当混凝土凝结硬化后，仍然具有一定的流动性，主要是起到补充前二者没有填充的空间的作用。该反应在可以加热并带有搅拌器的密闭反应中进行。由于本反应体系为碱性介质，对反应器衬里没有特殊的要求。反应进行一定的时间后取样检测，达到要求的后，经排除低沸点组分即可。 具体的反应步骤为：首先将水、甲基硅酸钠与乙基硅酸钠混合配置成一定浓度的溶液，倾入带回流冷凝装置的反应容器中，在密封条件下缓慢搅拌加热，回流一定时间后

4、从恒压漏斗中滴加一定量的MS溶剂型树脂。由于该反应为放热反应，为防止溶液沸腾，最初的MS溶剂型树脂加入必须缓慢、谨慎，待反应物呈金黄色后，在保持回流温度平稳的情况下加入剩余的溶剂型树脂，使反应物保持沸腾状态，维持一定时间至反应终点。对于一般的情况，在强碱条件下MS溶剂型树脂滴入所进行的加成反应是非常剧烈的。但是通过实验方法的改进，该反应过程是可以得到控制的。我们首先将甲基硅酸钠与乙基硅酸钠水溶液混合，搅拌加热开始回流，随着混合物的逐渐溶解，体系成为乳白色的液体。该反应过程虽然是可逆的，但形成一定量的聚合物有助于提高最终产物。 为了防止加入MS溶剂型树脂后的剧烈放热而造成的反应失控，因而在加入M

5、S溶剂型树脂之后通常须冷却，以保证滴加过程体系的温度不高于65。 但是通过实验发现，在适当调整反应物配比的情况下，可以不经过冷却并保持在相对平稳的温度条件下直达反应终点，这样不仅缩短了反应的时间，而且提高了反应产物的性能，提高了生产效率。 虽然该反应是一个放热过程，但却需要在一定的温度下才能自发进行。根据反应动力学原理，升高温度有利于反应速度的提高。同时，该体系中甲基硅酸钠与乙基硅酸钠（常压沸点为56）和水（常压沸点为100）在反应过程中可以通过适当控制回流比达到所需的反应温度，同时滴加速度MS溶剂型树脂需控制以防止爆沸。 在缩聚反应结束以后，反应产物的分子量有一定范围的分布，原料中杂质的存在

6、和反应中副反应的存在，对最终产物性能有明显的影响。反应达到终点以后，低沸点组分经过适当的排除后，可使缩聚产物的聚合渗透能力显著提高。甲基硅酸钠与乙基硅酸钠是构成反应产物的主要原料。它们之间的配比是决定最终产物分散性能的关键因素。当两种或两种以上的共聚单体之间发生聚合反应时，由于单体间反应活性的差异，会导致生成物分子的结构单元的排列变化。在一定的反应条件下，单体间发生聚合反应时，无论反应速度，还是反应生成物的分子结构，均受到单体浓度和单体间比例的影响。而分子的结构和分子中官能团的排列顺序和密度，又明显地影响聚合物本身的性质和性能。通过改变之间甲基硅酸钠与乙基硅酸钠的比例，试验结果如表3所示。 从

7、表3中可以看出，甲醛甲基硅酸钠与乙基硅酸钠的mol比为2:1时，反应产物的分散能力最强。表 3 甲基硅酸钠/乙基硅酸钠与反应时间和粘度变化 反应时间（h）粘度（25/mPa.s） 编号 甲基硅酸钠/乙基硅酸钠 (mol) 1 2 3 4 5 6 1 1.25:1 15.5 16.5 17.0 18.0 18.5 18.5 2 1.5:1 16.0 17.0 18.0 18.5 19.5 21.0 3 1.75:1 17.5 19.5 20.0 21.5 23.0 24.5 4 2:1 21.0 22.5 23.5 25.0 26.5 27.0 5 3:1 18.0 18.5 20.0 20.5

8、 22.0 22.0 我们在试验过程中将原料的配合比和反应过程中的温度等控制变量确定下来，可以得到缩聚产物的粘度随时间变化的规律如图1所示。缩聚产物的黏度随着时间的延长而逐渐增大，但反应超过一定的时间后，反应产物的粘度随着时间的变化趋于平稳，这是因为聚合物的增比粘度随着聚合物分子量的增大而增大，反应达到一定的程度以后，原材料已基本消耗完全，反应产物的分子量亦趋于一定的数值。 由此可见，延长聚合反应的时间可以提高缩聚物的聚合性。 当2个官能团的单体进行逐步聚合时，一般只形成线型聚合物。当其中一种或多种单体具有2个以上的官能团时，反应的结果是：先形成支链，进一步反应则交联成体型聚合物。在本反应体系

9、中，甲醛甲基硅酸钠与乙基硅酸钠都可以看成是具有双官能团的化合物，按道理它们之间的缩合反应即使进行到完全的程度也只能生成线型缩聚物，而不会出现交联凝胶。但在试验过程中发现该体系在聚合达到一程度时，会出现粘度突然增大的现象，甚至形成凝胶产物，失去了水溶性。经过多次试验证明，体系中所加入的MS溶剂型树脂同样是一个十分重要的因素。MS溶剂型树脂不仅为反应体系提供了碱性介质条件，而且由于它对羰基的加成，增加了中间产物的官能度，因而在反应过程中出现了高于两个官能度的新单体，因而产生了凝胶现象。为了防止这种现象的产生， MS溶剂型树脂的用量，甲基硅酸钠与乙基硅酸钠的反应时间以及反应过程的温度都需要严格的控制

10、。图1 缩聚物的分散能力与聚合反应时间关系202122232425262728123456反应时间(h)粘度第四部分第四部分 性能检测性能检测一、一、 有机硅防水剂的性能检测有机硅防水剂的性能检测表 4 有 机 硅 混 凝 土 防 水 剂 检 验 结 果 序 号 检 验 项 目 标 准 要 求（ 合 格 品 ） 检 验 结 果 本 项 结 论 3d 90 139 符 合 7d 100 159 符 合 1 抗 压 强 度 比 ， % 28d 90 137 符 合 2 渗 透 高 度 比 ， % 40 36 符 合 3 48h 吸 水 量 比 ， % 75 61 符 合 4 对 钢 筋 锈 蚀 作

11、 用 对 钢 筋 无 锈 蚀 对 钢 筋 无 锈 蚀 符 合 掺 量 ， C % - 2.0 - 二、二、 有机硅防水剂混凝土的性能检测有机硅防水剂混凝土的性能检测采用研制的有机硅防水剂配制混凝土进行混凝土拌合物的性能进行研究，试验结果如表5所示。由上表可知，有机硅防水剂的加入，对减水剂的减水率几乎没有影响，对混凝土的坍落度、强度几乎没有影响。 表 5 混凝土拌合物试验结果 抗压强度(MPa) 编号 水泥(kg) 砂(kg) 石(kg) 水(kg) 减水剂% 防水剂% 减水率% 坍落度(mm) 7d 28d 1 500 640 965 220 0 0 0 160 36.5 47 2 500 6

12、80 1020 200 0.2MF 0 9 165 38.2 48.1 3 500 685 1021 200 0.2MF 1 9 170 36.3 46.5 4 500 686 1031 187 1.0UNF 0 15 170 38.5 49.0 5 500 692 1034 180 1.0UNF 1 18 175 37.5 47 6 500 693 1039 175 1.0NNO 0 24 170 39.0 47 7 500 695 1042 170 1.0NNO 1 25 170 37.2 42 我们分别采用MF、UNF-5、NF、NNO与有机硅防水剂设计如下一系列配合比，其中各组配合比分

13、别保持减水剂掺量（W/G）。进行相同掺量用1%有机硅防水剂与不同减水剂大动性混凝土塑性比较，观察胶凝材料用量和扩展度的变化情况，试验结果如表6所示 。通过以上试验可以发现，随着时间的增加，用有机硅防水剂与减水剂复合应用于混凝土拌合物。其坍落度损失很小。所以本研究配制的有机硅防水剂与减水剂是有很好的相容性。表 6 有机硅防水剂与不同减水剂大动性混凝土的塑性比较 减水剂% 混凝土配合比 kg/m3 坍落度（扩展度） （mm） 品种 掺量 W/C C FA SP% 出机 30min 60min 90min 0.45 304 96 44 221(450) 185(420) 163(340) 150(3

14、10) MF 0.2 0.45 304 96 44 233(480) 239(520) 234(500) 225(470) UNF 1.0 0.45 304 96 44 250(560) 255(600) 250(570) 240(500) NF 1.0 0.45 304 96 44 250(570) 250(560) 250(560) 220(500) NNO 1.0 0.45 304 96 44 250(570) 250(570) 245(550) 225(510) 表 7 混凝土含气量、压力泌水率试验结果 外加剂 混凝土配合比 kg/m3 压力泌水率% 品种 掺量 W/C C FA 坍落

15、度 mm 含气量 % 单值 比值 0.377 333 70 105 1.7 56 100 MF 0.2 0.377 333 70 180 2.6 0 0 UNF 1.0 0.377 333 70 240 3.0 0 0 NF 1.0 0.377 333 70 245 3.2 0 0 NNO 1.0 0.377 333 70 250 3.6 0 0 混凝土的收缩性能是指混凝土在规定温度、湿度条件下，不受外力作用引起的长度变化。我们成型了100mm100mm515mm的掺有机硅防水剂的混凝土试件2组，为了测定混凝土的早期收缩，分别在水中养护1天和3天；再放在温度203，相对湿度605%的恒温恒湿室

16、测量其长度变化，试验数据如表8所示。 试验结果表明：掺有机硅防水剂的混凝土，提高了混凝土的密实性，具有良好的体积稳定性。表 8 掺有机硅防水剂的混凝土的收缩试验数据 收缩率(10-6) 试件编号 3d 7d 14d 28d 45d 60d 90d 备 注 1 - 30 50 71 89 101 112 水中养护 3 天 2 33 42 62 83 98 110 123 水中养护 1 天 混凝土的抗渗性能是反映混凝土耐久性的重要指标之一。为了验证掺有机硅防水剂的混凝土的抗渗性能，按照标准试验方法进行抗渗性试验。试验表明，由于掺有机硅防水剂的混凝土具有良好的密实性，抗渗等级可达到P12以上，适合于

17、地下工程结构和自防水结构混凝土。 混凝土的抗冻性是指其在饱和状态下遭受冰冻时，抵抗冰冻破坏的能力，它是评定混凝土耐久性的重要指标，以抗冻等级(F)表示。我们成型了100mm100mm400mm的掺有机硅防水剂的混凝土试件进行了快冻法试验，试验结果表明，由于掺有机硅防水剂的混凝土水胶比小，强度高，结构致密，所以抗冻融性能好。经过50次冻融循环后，失重为0，相对动弹模仍保持94.1%，因此，掺有机硅防水剂的混凝土具有良好的耐久性能。混凝土中孔溶液的PH10时，如果钢筋表面的孔溶液中氯离子浓度超过某一定值，就会破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋局部活化形成阳极区。钢筋一旦失钝，氯离子的存在就会使筋局部酸化

18、，导致锈蚀速率加快。因为FeCl2的水解性强，氯离子能长期反复地起作用，而增大孔溶液的导电率和电腐蚀电流。所以，氯离子的渗透性对于混凝土的耐久性极为重要。 我们对掺有机硅防水剂的混凝土进行了氯离子扩散试验，并和C30普通混凝土进行了对比。试验结果见表9。 试验数据表明，掺有机硅防水剂的混凝土的氯离子扩散系数明显低于普通混凝土。 表 9 掺有机硅防水剂的混凝土氯离子渗透试验数据 氯离子扩散系数(10-8cm2/S) 混凝土类型 1 2 3 平均值 普通 2.47 2.83 2.83 2.71 掺防水剂 1.13 0.87 1.03 1.01 空气中的CO2不断向混凝土内部扩散，且溶于毛细孔的孔隙

19、水中呈弱酸性；溶于水的CO2与水泥碱性水化物Ca(OH)2发生反应，生成不溶于水的CaCO3，使混凝土孔溶液的pH值降低，这种现象称为中性化，又称碳化。当混凝土的PH10时，钢筋的钝化膜被破坏，钢筋要发生锈蚀。钢筋生锈后的体积要比原来钢筋的体积膨胀2.5倍，因此会导致混凝土开裂，与钢筋的粘结力降低，混凝土保护层剥落，钢筋断面积发生缺损，严重影响混凝土结构的耐久性。表 10 掺有机硅防水剂的混凝土碳化试验数据 碳化龄期（d） 碳化深度（mm） 碳化龄期（d） 碳化深度（mm） 碳化龄期（d） 碳化深度（mm） 碳化龄期（d） 碳化深度（mm） 3 0.0 7 0.0 14 0.0 28 0.0 3 0.0 7 0.0 14 0.0 28 0.0 3 0.0 7 0.0 14 0.0 28 0.0 3 0.0 7 0.0 14 0.0 28 0.0 采用压汞法对混凝土结构进行微观孔结构分析