專利名稱：一種納米防水水泥及其制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種水泥及其制作方法。特別是一種納米防水水泥及其制作方法。
背景技術(shù)：
作為以水泥為主要材料的建筑材料一混凝土，由于凝固后的結(jié)構(gòu)呈海綿狀，結(jié)晶比較粗糙，對水分子不易起到阻隔的作用，因此，單純將混凝土用于防水工程中時，防水性能較差，不能滿足防水要求。
為了提高混凝土的防水性能，可以采用增調(diào)混凝土配料成分的方法，使得混凝土在凝固后結(jié)構(gòu)致密，縮小、分散和減少海綿空洞，使水分子不宜穿透，以提高防水的性能。
但是，按照目前的水泥結(jié)構(gòu)理論，增調(diào)混凝土的配料成分，不易找到恰當?shù)呐浔取６?，配料成分在混凝土中也不易充分地反應，混凝土的綜合性能很難兼顧。在建筑施工中，還可能受施工工藝、地質(zhì)水文、混凝土自身應力，氣溫環(huán)境等條件的限制，使混凝土在固化時，或固化后有時仍然會出現(xiàn)細微裂縫，仍然會有滲漏出現(xiàn)。對這樣的問題，沒有太好的預防辦法。
對此問題，目前只能采取補救的工藝；一般在混凝土澆筑前，或澆筑固化后，用有機或無機的材料覆以一層防水膜，以加強防水效果。但是，采用這種方法，不僅增加成本，還增加工時，延長工期，而且，防水效果有時也不理想。在地下、水下的防水工程中，因水壓太大，防水膜很可能被水擠破；并且，附加的防水膜，一般多為有機材料，存在材料的老化問題，當防水膜老化后，還要重新制作防水膜，再次增加成本。
國外曾有“滲透結(jié)晶型防水材料”，但是其技術(shù)處于保密狀態(tài)。根據(jù)研究分析，該產(chǎn)品是以化學活性溶劑為主，以不同的載體(液狀或粉狀形態(tài))滲入到混凝土之中，然后再依靠這種物質(zhì)將混凝土中的游離鈣溶解成陽離子形態(tài)。鈣離子在水中遇有硅鋁的中間體化合物即結(jié)合成鋁硅酸鈣的結(jié)晶。
但是，該“滲透結(jié)晶型防水材料”在使用時經(jīng)常出現(xiàn)以下問題1，如果混凝土內(nèi)的游離鈣指數(shù)超標，就很難再出現(xiàn)足夠的鋁硅酸的中間體，在這種情況下，鋁硅酸鈣的晶體就很難形成，或形成的數(shù)量會很有限。當結(jié)晶的數(shù)量不足以修補混凝土的微觀缺陷時，還會出現(xiàn)滲漏。
2，在將原混凝土中未結(jié)晶的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶狀態(tài)時，因缺乏外有結(jié)晶物質(zhì)的輸入，混凝土內(nèi)的海棉空洞和結(jié)構(gòu)缺陷不易被充分地彌補。這些無法彌補的缺陷，仍會成為滲漏的隱患。
3，在游離CaO超標的混凝土中，因離子Ca不易形成結(jié)晶，如果將游離Ca解離成離子形態(tài)，反而加速了Ca的流失，使混凝土強度下降。
4，產(chǎn)品堿集料反應非常明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種納米防水水泥及其制作方法。該納米防水水泥可以直接作為防水施工的材料，即用水調(diào)拌成防水涂料，在固化后的混凝土上刷涂；也可與水泥摻加在一起配置級配混凝土，增強抗?jié)B指標。對于因混凝土內(nèi)外力造成的微小縫隙，有自我修復的功能。該納米防水水泥的使用，可以獲得穩(wěn)定的、永久的防水效果，混凝土的其他物理力學指標也得到極大的提高。與傳統(tǒng)的防水水泥施工相比，工藝簡單、成本低、效果好，綜合指標都能兼顧。
本發(fā)明納米防水水泥的制作方法是第一步活性鋁硅酸鈣母料的制備一，按照總量的以下重量比，配備原料1，納米硅基氧化物SiO-xA380 (3-12)納米級(2.00-3.00)％2.氫氧化鋁Al(OH)3800目 (1.00-2.00)％3.氧化鈣CaO(5.00-6.00)％4.硫酰三氟三甲酸S(COOH)3F349％(5.00-6.00)％二，活性鋁硅酸鈣母料的制備先將以上SiO-xA380，Al(OH)3，CaO三種粉料混合攪拌均勻，控制溫度＜70℃，緩慢地將S(COOH)3F3液滴入并攪拌。即得到活性鋁硅酸鈣母料。
第二步鋁硅酸鈣還原粉的制備一，按照總量的以下重量比，配備原料1.多晶Si顆粒 (0.05-0.10)％2.鋁Al粉 (0.05-0.10)％3.純鈣Ca顆粒 (0.10-0.50)％二，鋁硅酸鈣還原粉的制備將上述三種物料混合，在超微粉碎機中粉碎，即得到鋁硅酸鈣還原粉。
第三步納米防水水泥的制備一，按照總量的以下重量比，配備原料1，硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥 (80.00-85.00)％2，活性鋁硅酸鈣母料(14.00-16.00)％3，鋁硅酸鈣還原粉 (0.50-0.70)％4，過硫酸鈉Na2S2O8(0.60-1.70)％二，納米防水水泥的制備在封閉的球磨機中，將硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥、活性鋁硅酸鈣母料、鋁硅酸鈣還原粉三種物料混合并研磨2小時以上，加入過硫酸鈉，繼續(xù)研磨2小時以上，即得到本發(fā)明產(chǎn)品納米防水水泥。
本發(fā)明的防水原理1，20世紀80年代，人們發(fā)現(xiàn)當混凝土外包裹一層天然膨潤土時，有時會產(chǎn)生永久性的防水效果。繼續(xù)研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膨潤土中存在的部分納米粒子可能是產(chǎn)生永久性防水效果的原因。比較權(quán)威的解釋是膨潤土遇水膨脹，在混凝土的阻擋下，膨脹作用力使納米粒子擠進了混凝土微觀縫隙。納米粒子在混凝土內(nèi)膠凝、膨脹起到了堵水的效果。我們稱這種理論為“膨脹堵水論”。
膨脹堵水論一直不能成為定論，原因是很多國家在這種理論的指導下專門生產(chǎn)的各種防水材料，如防水粉、防水板、防水毯等，在對混凝土進行包裹，模擬膨潤土防水條件的工程中，很多是失敗的。繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，世界上其實只有少數(shù)幾種膨潤土具有防水的功能，多數(shù)的膨潤土是不能防水的。因此，膨潤土中到底是哪種物質(zhì)對防水起了關(guān)鍵的作用一直是爭論不休的問題。
基于對此問題的研究，本發(fā)明認為膨潤土中的納米粒子除本身為納米級的尺度外，還應具備必要的“活性”，只有具備“活性”的納米粒子，才會形成我們認為有用的反應。這種反應并不是“膠凝”而是“結(jié)晶”。是新形成的硅酸鹽結(jié)晶。這個結(jié)晶，與原混凝土內(nèi)的結(jié)晶鍵合在一起，不但阻擋了水的通路，而且還彌補了混凝土內(nèi)微觀的缺陷，使混凝土的強度提高。本發(fā)明將此理論自稱為“納米結(jié)晶論”。
2，為了證實本發(fā)明假說的正確，本發(fā)明的配方實際上就是在模擬膨潤土和水泥的成分環(huán)境，只是目的和用量更為直接和精確。
本發(fā)明組分中的納米硅基氧化物SiO-xA380為納米級尺度，直徑約為(3-12)nm，比表面積為380m2/g。SiO-xA380為本發(fā)明中最主要的活性物質(zhì)。
自然界中的Si多以SiO2形態(tài)存在，但SiO2沒有活性，最小的SiO2以Si5O10狀態(tài)存在，其粒子結(jié)構(gòu)如

圖1所示。
根據(jù)計算，Si5O10雖為0.7nm，但因自身呈封閉狀態(tài)，為惰性結(jié)構(gòu)，不會出現(xiàn)期望中的反應。
而SiO-xA380卻完全不同，根據(jù)廠家提供的資料，它的納米尺度在3-12nm左右，平均每納米SiO-xA380中，(OH)基為(4-5)個。
SiO-xA380的粒子結(jié)構(gòu)，以Si39O50(OH)56為例，其寬為3.62nm，長為12.63nm，有四個比較強的(OH)基能量場。如圖2所示。
從圖中可以看到，SiO-xA380存在著4個由(OH)基組成的能量場，具有很大的表面能量，在與S(COOH)3F3作用時會很快的溶化，形成離子化合物，這種化合物很容易與水泥中的其它物質(zhì)形成鍵合反應，交聯(lián)成一體。而使用SiO2，如800目的石英粉，這個作用就會明顯地減弱。
在這個反應中，使用SiO-xA380是必需的，其主要的優(yōu)點是形成結(jié)晶的速度快、數(shù)量多、反應完全，混凝土的強度高。
本發(fā)明的實驗表明SiO-xA380、Al(OH)3、CaO同為氫氧化物，是在水泥中形成鋁硅酸鈣結(jié)晶的基本物質(zhì)。其中，CaO在水的作用下生成Ca(OH)2，也成為氫氧化物。
為了使SiO-xA380、Al(OH)3、CaO能夠順利地進入混凝土內(nèi)部，使本發(fā)明產(chǎn)品僅依靠在固化的混凝土表面上刷涂就能實現(xiàn)防水的作用，本配方采用了S(COOH)3F3溶劑。
在S(COOH)3F3作用下SiO-xA380、Al(OH)3、CaO都能溶解在水中，形成不同的陰陽離子化合物，進入混凝土內(nèi)部后，動水壓減弱變?yōu)殪o水壓，陰陽離子化合物按自身的秩序形成有序的鋁硅酸鈣的結(jié)晶，沉積并固化，不再為S(COOH)3F3所能溶化。S(COOH)3F3在水的作用下游離出來，遇有Al、Si、Ca的中間體化合物還會再次將其溶化，重復前次的循環(huán)。這就是本發(fā)明產(chǎn)品能自我修復滲漏的主要原因。這個過程能持續(xù)百年之久，直至混凝土內(nèi)全部形成鋁硅酸鈣的結(jié)晶。因此，本發(fā)明產(chǎn)品具有永久的防水功能。
本發(fā)明產(chǎn)品的優(yōu)點1，廣泛的通用性經(jīng)檢測，本發(fā)明產(chǎn)品-納米防水水泥的抗酸腐蝕系數(shù)、抗凍融循環(huán)指標都比較理想。而抗折指標達到28.75MPa，這相當于傳統(tǒng)水泥標準的4925#，新水泥標準的472.5#。檢測指標均超過國家標準中一級品的標準。
根據(jù)已有的檢測指標定位，可作為防水涂料、混凝土防水外加劑、高效緩凝減水劑、混凝土界面處理劑使用。
2，高檢測指標本發(fā)明產(chǎn)品-納米防水水泥最為重要的特點是在抗?jié)B性能上，二次抗?jié)B指標超過一次抗?jié)B指標。證明納米防水水泥在滲入混凝土后，已同混凝土形成了一體的結(jié)晶。它對混凝土的微觀缺陷進行的是聯(lián)結(jié)性的而不是堵塞性的修復。
3，有害指標限量被克服到極低的程度本發(fā)明產(chǎn)品-納米防水水泥的氨釋放量≤0.004％；總堿量≤0.55％；氯離子含量≤0.03％均極大地低于國家限量?；炷翂A集料危害降低；環(huán)境污染降低；對鋼筋腐蝕的程度降低。
本發(fā)明的產(chǎn)品-納米防水水泥以鋁硅酸鈣的結(jié)晶為主，為使這種物質(zhì)能滲入到混凝土中，也需要使用特制的化學活性溶劑。但滲入混凝土中的已不是溶劑的本身，而是由Si、Al、Ca及活性溶劑合成的陰、陽離子物質(zhì)。這些物質(zhì)被水溶解后受化學活性溶劑的干擾，形成結(jié)晶滯后的過程，達到(4-10)小時之久。這段時間足以使Si、Al、Ca的離子合成物滲入混凝土之中，并在靜水壓力下形成結(jié)晶。
與國外產(chǎn)品“滲透結(jié)晶型防水材料”相比，本發(fā)明產(chǎn)品-納米防水水泥彌補了其以下缺陷1，本發(fā)明產(chǎn)品因滲入混凝土的陰、陽離子合成物自身可以形成結(jié)晶，不受混凝土內(nèi)原物質(zhì)構(gòu)成比例的影響，原混凝土內(nèi)因某種物質(zhì)超標而造成其他物質(zhì)含量的不足，會從納米防水水泥中得到有益的補充。不會再存在由此而引起的無法結(jié)晶的情況。
2，本發(fā)明產(chǎn)品在混凝土內(nèi)的結(jié)晶，不是單純的依賴原混凝土內(nèi)自身的物質(zhì)，而是由外部輸入和自身物質(zhì)共同作用的結(jié)果。混凝土的強度指標不但不會下降，還會出現(xiàn)很大的提高和加強。
3，本發(fā)明產(chǎn)品中部分離子化合物雖然還會流失，但這些離子化合物在進入混凝土之前已處于飽和的狀態(tài)，不會再對混凝土構(gòu)成附加的危害。
4，本發(fā)明產(chǎn)品不存在有害物質(zhì)超標的問題。
具體實施例方式按照以下重量比配備原料SiO-xA380(3-12)納米級 2.30％Al(OH)3800目 1.58％CaO 800目 5.10％S(COOH)3F349％水溶液 5.87％多晶Si顆粒0.09％Al粉 0.06％純Ca顆粒 0.36％Na2S2O81.20％水泥83.44％總計100.00％。
按照本發(fā)明的制作方法首先制備活性鋁硅酸鈣母料將以上SiO-xA380，Al(OH)3，CaO三種粉料混合攪拌均勻，控制溫度＜70℃，緩慢地將S(COOH)3F3液滴入并攪拌；即得到活性鋁硅酸鈣母料。
將多晶Si顆粒、Al粉、純Ca顆粒三種物料混合，在超微粉碎機中粉碎，即得到鋁硅酸鈣還原粉。
在封閉的球磨機中，將硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥與所制得的活性鋁硅酸鈣粉和鋁硅酸鈣還原粉三種物料混合并研磨2小時以上，加入以上Na2S2O8，繼續(xù)研磨2小時以上，即得到本發(fā)明產(chǎn)品納米防水水泥。
經(jīng)天津市質(zhì)量監(jiān)督檢驗站第24站對以上產(chǎn)品性能進行檢測結(jié)果如下。
1.勻質(zhì)性指標檢測

2.用作防水涂料時，物理力學性能檢測

3，用作混凝土防水外加劑時，物理力學性能檢測

4，用作高效緩凝減水劑時，物理力學性能檢測

5，用作混凝土界面處理劑時，物理力學性能檢測

權(quán)利要求
1，一種納米防水水泥，其特征在于它包括硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥(80.00-85.00)％，活性鋁硅酸鈣母料(14.00-16.00)％，鋁硅酸鈣還原粉(0.50-0.70)％，過硫酸鈉Na2S2O8(0.60-1.70)％；其中，活性鋁硅酸鈣母料包括納米硅基氧化物SiO-xA380(3-12)納米級(2.00-3.00)％，氫氧化鋁Al(OH)3800目(1.00-2.00)％，氧化鈣CaO800目(5.00-6.00)％，硫酰三氟三甲酸S(COOH)3F349％水溶液(5.00-6.00)％；鋁硅酸鈣還原粉包括多晶Si顆粒(0.05-0.10)％，鋁Al粉(0.05-0.10)％，純鈣Ca顆粒(0.10-0.50)％。
2，一種納米防水水泥的制作方法，其特征在于第一步活性鋁硅酸鈣母料的制備一，按照總量的以下重量比，配備原料1，納米硅基氧化物SiO-xA380(3-12)納米級 (2.00-3.00)％2.氫氧化鋁Al(OH)3800目 (1.00-2.00)％3.氧化鈣CaO 800目(5.00-6.00)％4.硫酰三氟三甲酸S(COOH)3F349％水溶液 (5.00-6.00)％二，活性鋁硅酸鈣母料的制備先將以上SiO-xA380，Al(OH)3，CaO三種粉料混合攪拌均勻，控制溫度＜70℃，緩慢地將S(COOH)3F3液滴入并攪拌，即得到活性鋁硅酸鈣母料；第二步鋁硅酸鈣還原粉的制備一，按照總量的以下重量比，配備原料1，多晶Si顆粒 (0.05-0.10)％2，鋁Al粉 (0.05-0.10)％3，純鈣Ca顆粒 (0.10-0.50)％二，鋁硅酸鈣還原粉的制備將上述三種物料混合，在超微粉碎機中粉碎，即得到鋁硅酸鈣還原粉；第三步納米防水水泥的制備一，按照總量的以下重量比，配備原料1，硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥 (80.00-85.00)％2，活性鋁硅酸鈣母料(14.00-16.00)％3，鋁硅酸鈣還原粉 (0.50-0.70)％4，過硫酸鈉Na2S2O8(0.60-1.70)％二，納米防水水泥的制備在封閉的球磨機中，將硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥與活性鋁硅酸鈣母料、鋁硅酸鈣還原粉三種物料混合并研磨2小時以上，加入過硫酸鈉，繼續(xù)研磨2小時以上，即得到本發(fā)明產(chǎn)品-納米防水水泥。
3，根據(jù)權(quán)利要求1所述納米防水水泥，其特征在于它包括納米硅基氧化物SiO-xA380(3-12)納米級2.30％，氫氧化鋁Al(OH)3800目1.58％，氧化鈣CaO 800目5.10％，硫酰三氟三甲酸S(COOH)3F349％水溶液5.87％，多晶硅Si顆粒0.09％，鋁Al粉0.06％，純鈣Ca顆粒0.36％，過硫酸鈉Na2S2O81.20％，水泥83.44％。
全文摘要
一種納米防水水泥及其制作方法。涉及一種水泥及其制作方法。對于混凝土的微小縫隙，有自我修復的功能，可以獲得穩(wěn)定的、永久的防水效果，其他物理力學指標也得到極大的提高。它包括SiO－xA380納米級2－3％，Al(OH)
文檔編號C04B7/36GK1746125SQ200410071859
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月7日
發(fā)明者王權(quán)平, 王鎮(zhèn)生, 高振偉 申請人:王權(quán)平, 王鎮(zhèn)生, 高振偉