硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料及其制备方法与流程

本发明涉及混凝土外用防水材料，具体为硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料及其制备方法。

背景技术：

1、水性渗透型结晶防水材料是一种基于碱金属硅酸盐（如硅酸钠、硅酸钾）或活性硅烷等为主要活性成分，通过涂刷或喷涂于混凝土表面，依靠毛细作用渗入其内部，与混凝土中的游离钙离子、水化产物发生复杂的物理化学反应，生成不溶于水的硅酸钙凝胶或枝蔓状晶体，从而永久性堵塞和密封毛细孔道与微裂缝的先进防水材料。因其具有深层防水、自我修复微裂纹、增强混凝土基体、环保无毒、施工简便等优点，已成为地下工程、水利设施、隧道桥梁等混凝土结构耐久性防护与修复的关键材料。

2、现有混凝土渗透结晶防水技术存在结晶缓慢不可控且结晶过程缓慢，通常需数天至数周才能充分发挥性能；早期防水能力弱，由于结晶反应需要时间，在反应完全之前，材料无法提供即时有效的防水能力等缺陷。常规纳米填料改性（如纳米二氧化硅、纳米碳酸钙）仅能提供简易成核位点，无法从根本上优化晶体生长。

3、因此，开发一种能够主动介入结晶过程、显著提升反应动力学与结晶质量、加深渗透并适应更复杂混凝土环境的新一代水性渗透型结晶防水材料，对于提升混凝土结构的长期耐久性与安全服役寿命具有重要的科学意义与工程应用价值。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料及其制备方法，以解决上述背景技术提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，该涂层材料的具体组分如下：硅基量子点2～10份、硅酸钾溶液20～40份、硅酸钠溶液30～50份、硅酸锂溶液5～10份、催化剂3～5份、表面活性剂0.5～1份、甲基硅酸钠1～3份，余量为去离子水。

3、作为本发明的一种优选技术方案，所述硅基量子点选自硅量子点或二氧化硅量子点中的一种或多种。

4、作为本发明的一种优选技术方案，所述硅酸钾溶液的浓度为40%。

5、作为本发明的一种优选技术方案，所述硅酸钠溶液浓度为40%，模数 2.2。

6、作为本发明的一种优选技术方案，所述催化剂选自氟硅酸钠、三乙醇胺、葡萄糖酸钠中的一种或多种。

7、作为本发明的一种优选技术方案，所述表面活性剂选自异构十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠中的一种或多种。

8、一种如上述所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料的制备方法，包括以下步骤：

9、步骤1：制备硅基量子点；

10、步骤2：制备水性渗透型无机防水剂基础液；

11、步骤3：制备硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料；

12、步骤4：熟化即得目标涂层材料。

13、作为本发明的一种优选技术方案，步骤1具体包括：将2.5 ml的0.1m 抗坏血酸水溶液、2.0 ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷和8.0 ml去离子水加入到烧杯中，超声分散10 min；反应液转移到聚四氟乙烯衬里的水热高压釜反应器中，230℃下反应5h；冷却至室温，对产物进行透析纯化(mwco = 1000 da)，以除去未反应的小分子；得到硅量子点，冷冻保存以备后续使用。

14、作为本发明的一种优选技术方案，步骤2具体包括：按重量份数将表面活性剂、催化剂、硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、硅酸锂溶液、甲基硅酸钠依次加入水中，并搅拌均匀即制得水性渗透型无机防水剂基础液。

15、作为本发明的一种优选技术方案，步骤3具体包括：在持续搅拌下，将硅基量子点溶液缓慢滴加至上述基础液中，将复合溶液超声处理30分钟，确保量子点均匀分散，即得到目标涂层材料。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

17、本发明创新性地引入硅基量子点作为传统碱金属硅酸盐基结晶防水剂的“智能辅助剂”。量子点不仅凭借其纳米尺寸（<10 nm）实现超深渗透，更利用其独特性能实现两大创新功能：

18、1.催化与调控结晶过程：量子点表面丰富的官能团可作为成核位点，引导并加速硅酸钙凝胶等产物的结晶，形成更致密、均匀的憎水结晶网络。具体而言，当防水剂渗透至混凝土内部后，其活性成分（如硅酸盐）将与基材中的钙离子等发生反应，生成硅酸钙凝胶等不溶性结晶产物，这是实现憎水性的关键。在此过程中，均匀分散的量子点以其表面的官能团作为精准的成核位点，能强烈吸附反应溶液中的钙、硅酸根等离子，显著降低成核所需的活化能垒，从而引导并加速了结晶反应的发生。这种效应不同于简单的促进反应，它是一种多位点、可控的异相成核。提供了大量分布均匀的纳米成核中心，迫使结晶反应从这些离散的点位上同时启动并向外生长。这有效避免了传统反应中因成核位点稀少、随机而导致的结晶产物尺寸粗大、分布不均的问题。其结果是在基材毛细孔及表面诱导形成了更致密、更均匀、晶粒更细小的憎水结晶网络，从而大幅提升了整体屏障的致密性与结构完整性。

19、2.可视化渗透与反应进程监控：量子点的强荧光特性使得渗透深度、分布均匀性及反应过程可被紫外光实时、直观监测。在施工阶段，当涂刷或喷涂含有量子点的防水剂于混凝土等基材表面时，操作人员可使用便携式紫外光灯进行即时照射。量子点受激后发出明亮、特征明确的荧光，从而将防水剂在基体毛细孔内的动态渗透前沿、渗透轨迹及三维分布清晰呈现。这使得“渗透深度不足”、“分布不均”或“漏涂”等传统施工隐患得以被肉眼或辅助成像设备实时识别并立即纠正，实现了从“经验驱动”到“可视化精准施工”的跨越。当防水层因结构应力、化学侵蚀或老化而出现微观损伤、微裂纹或性能退化时，局部微环境的改变可能导致荧光信号发生可检测的变化，从而为基础设施的长期健康监测与预防性维护提供早期、灵敏的预警信号。

1.硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，其特征在于，该涂层材料的具体组分如下：硅基量子点2～10份、硅酸钾溶液20～40份、硅酸钠溶液30～50份、硅酸锂溶液5～10份、催化剂3～5份、表面活性剂0.5～1份、甲基硅酸钠1～3份，余量为去离子水。

2.根据权利要求1所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，其特征在于，所述硅基量子点选自硅量子点或二氧化硅量子点中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，其特征在于，所述硅酸钾溶液的浓度为40%。

4.根据权利要求1所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，其特征在于，所述硅酸钠溶液浓度为40%，模数 2.2。

5.根据权利要求1所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，其特征在于，所述催化剂选自氟硅酸钠、三乙醇胺、葡萄糖酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料，其特征在于，所述表面活性剂选自异构十三醇聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯钾盐、聚醚改性聚二甲基硅氧烷、脂肪醇聚氧乙烯醚羧酸钠中的一种或多种。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的硅基量子点辅助生长渗透型结晶防水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤1具体包括：将2.5 ml的0.1m 抗坏血酸水溶液、2.0 ml的3-氨丙基三乙氧基硅烷和8.0 ml去离子水加入到烧杯中，超声分散10 min；反应液转移到聚四氟乙烯衬里的水热高压釜反应器中，230℃下反应5h；冷却至室温，对产物进行透析纯化(mwco = 1000 da)，以除去未反应的小分子；得到硅量子点，冷冻保存以备后续使用。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤2具体包括：按重量份数将表面活性剂、催化剂、硅酸钠溶液、硅酸钾溶液、硅酸锂溶液、甲基硅酸钠依次加入水中，并搅拌均匀即制得水性渗透型无机防水剂基础液。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3具体包括：在持续搅拌下，将硅基量子点溶液缓慢滴加至上述基础液中，将复合溶液超声处理30分钟，确保量子点均匀分散，即得到目标涂层材料。