一种建筑材料防水剂及其制备方法，以及防水蒸压加气建材与流程

1.本发明涉及建筑材料添加剂领域，特别涉及一种建筑材料防水剂及其制备方法，以及防水蒸压加气建材。


背景技术：

2.目前，建筑产业gdp比重占整个经济的30％～40％，绿色建筑已成为城镇实施低碳经济和绿色生态可持续发展的关键，从国家到地方高度重视。特别是伴随社会高速发展，人们生活质量不断提高，对绿色建筑的要求也不断提升。现代城乡绿色建筑多采用先进轻质隔热节能建材，如蒸压加气砖(板材)，装配式alc墙板等，但这些材料一直存在防水不好的问题，大量使用会导致建筑渗漏时有发生，成为影响建筑质量的老大难问题，国内外一直得不到很好的解决。
3.传统的解决方法是外部涂刷防水涂料或者建筑防水砂浆。但表面材料老化开裂后仍然存在渗水漏水问题，并未解决本质问题。特别是沿海地区，狂风暴雨多，气候湿度大，渗漏潮湿问题极易发生，严重影响百姓生活质量，问题急需解决。
4.在国家逐步强制实行建筑防水标准的形势下，实施主体建筑材料进行防水化设计改造已经成为必然选择。特别是对于热带海岛地区，建筑渗漏问题多发，隐患很多。现有防水技术主要分为两类，一类是堵缝隙，即用胶一类的物质堵塞较大的透水缝隙，但是并不能阻止水在混凝土中的缓慢渗透，而且对于混凝土中新形成的缝隙无效。另一类是使用防水材料在混凝土表面形成一层疏水层，但是疏水层很薄难以实现长期有效而且超疏水的效果。研发先进的防水效果好、防水抗渗、轻质高强的轻质隔热装配式建筑材料或者先进的耐蒸压耐高温防水剂材料十分迫切，意义重大。
5.例如蒸压加气砖或蒸压加气板等建材，内部存在着大量连通孔隙，这些建材的吸水率普遍很高，一般为65％左右，严重的高达80％以上，导致建筑渗漏，成为建筑材料产业一直难以解决的问题。目前传统的建筑防水剂大多由不耐热的有机材料复合制备，由于配方设计原因，一般都存在着不抗蒸压、不耐热等问题，使用不便，防水效果不好问题，在蒸压建筑材料中无法发挥作用，也限制了材料的应用。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种建筑材料防水剂及其制备方法，以及防水蒸压加气建材。本发明提供的防水剂能够耐蒸压、耐高温，且能够有效提升防水效果。
7.本发明提供了一种建筑材料防水剂，由基液、辅料和外加水制得；
8.所述基液，以质量份计，由包括以下组分的原料形成：
[0009][0010]
所述辅料为peg2000。
[0011]
优选的，所述辅料与基液的质量比为1∶(15～20)。
[0012]
优选的，所述基液与辅料的总质量占所述外加水的质量比为10％～15％。
[0013]
优选的，所述亲水气相白炭黑的平均粒径为15～25nm。
[0014]
优选的，所述乳化剂为十二烷基硫酸钠。
[0015]
优选的，所述氨水的浓度为15％～25％。
[0016]
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的建筑材料防水剂的制备方法，包括：
[0017]
a)将十六烷基三甲氧基硅烷、亲水气相白炭黑、氨水、十二烷基硫酸钠和水混合乳化，得到基液；
[0018]
b)将所述基液与辅料、外加水混合，得到乳液型防水剂。
[0019]
优选的，所述步骤a)中，所述混合乳化的温度为40～55℃，时间为3～5h。
[0020]
优选的，所述步骤b)包括：
[0021]
b1)将所述基液与辅料混合，得到混合液；
[0022]
b1)将所述混合液与外加水混合，得到乳液型防水剂。
[0023]
本发明还提供了一种防水蒸压加气建材，包括防水剂；
[0024]
所述防水剂为上述技术方案中所述的建筑材料防水剂或上述技术方案中所述的制备方法制得的建筑材料防水剂。
[0025]
本发明以十六烷基三甲氧基硅烷、亲水气相白炭黑、氨水、乳化剂和水以一定比例搭配作为基液，以peg200为辅料；其中，十六烷基三甲氧基硅烷在乳化剂作用下在水中均匀分散，亲水气相白炭黑在氨水作用下良好分散，且氨水催化十六烷基三甲氧基硅烷的水解，然后气相白炭黑表面的活性基团与十六烷基三甲氧基硅烷反应，形成改性的气相白炭黑纳米粒子，同时，在peg2000的作用下维持稳定疏水的纳米粒子分散液。将述防水剂添加到蒸压加气建材中，能够实现防水效果的大幅提升，而且上述防水剂耐蒸压、耐热，稳定性高，能够实现长久防水。
[0026]
实验结果表明，本发明提供的防水剂加入建材中，能够耐蒸压1.3mpa、耐热190℃不变质，按照比例0.1％～1％添加入蒸压加气建材中，与未添加防水剂相比能够使建材的吸水率降低15％以上，甚至降低50％。
具体实施方式
[0027]
本发明提供了一种建筑材料防水剂，由基液、辅料和外加水制得；
[0028]
所述基液，以质量份计，由包括以下组分的原料形成：
[0029][0030]
所述辅料为peg2000。
[0031]
本发明将十六烷基三甲氧基硅烷、亲水气相白炭黑、氨水、乳化剂和水以一定比例搭配作为基液，以peg2000为辅料；其中，十六烷基三甲氧基硅烷在乳化剂作用下在水中均匀分散，亲水气相白炭黑在氨水作用下良好分散，且氨水催化十六烷基三甲氧基硅烷的水解，然后气相白炭黑表面的活性基团与十六烷基三甲氧基硅烷反应，形成改性的气相白炭黑纳米粒子，同时，在peg2000的作用下维持稳定疏水的纳米粒子分散液。将上述防水剂添加到蒸压加气建材中，能够实现防水效果的大幅提升，而且上述防水剂耐蒸压、耐热，稳定性高，能够实现长久防水。
[0032]
按照本发明，形成防水剂的原料包括基液、辅料和外加水。
[0033]
其中，所述基液，以质量份计，由包括以下组分的原料形成：
[0034][0035]
所述辅料为peg2000。
[0036]
本发明中，所述十六烷基三甲氧基硅烷作为纳米粒子的改性剂，且采用上述特定硅烷物质能够更好的与气相白炭黑粒子结合反应，得到较好的改性效果，起到更好且稳定的疏水效果。本发明中，所述十六烷基三甲氧基硅烷的用量为5～15份；在本发明的一些实施例中，其用量为5份、10份或15份。
[0037]
本发明中，所述乳化剂优选为十二烷基硫酸钠。十六烷基三甲氧基硅烷本身的水溶性较差，采用上述乳化剂能够促进十六烷基三甲氧基硅烷在水中分散，有利于后续形成稳定的分散液。以十六烷基三甲氧基硅烷的用量5～15份为基准，所述乳化剂的用量为1～1.5份；在本发明的一些实施例中，其用量为1份、1.3份或1.5份。
[0038]
本发明中，所述亲水气相白炭黑为气相法白炭黑纳米粒子，采用该类特定的白炭黑粒子与本发明物料体系中其它组分结合搭配，有利于提升防水效果，若采用其它类型白炭黑如沉淀法白炭黑，则不适于本发明物料体系。本发明中，所述亲水气相白炭黑的平均粒径为15～25nm。本发明对所述亲水气相白炭黑的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。以十六烷基三甲氧基硅烷的用量5～15份为基准，所述亲水气相白炭黑的用量为1～4份；在本发明的一些实施例中，其用量为2份、3份或4份。
[0039]
本发明中，所述氨水一方面作为分散介质促进亲水气相白炭黑的分散，另一方面
催化十六烷基三甲氧基硅烷的水解，然后气相白炭黑表面的活性基团与十六烷基三甲氧基硅烷反应，形成改性的气相白炭黑纳米粒子，并良好的分散于体系中，形成稳定的纳米粒子分散液。而且，氨水可以在反应后挥发除去，不会影响防水剂性能，若采用其它碱性物质则既不能起到上述分散和催化作用，又会在体系中残留影响性能。本发明中，所述氨水的浓度优选为15％～25％。以十六烷基三甲氧基硅烷的用量5～15份为基准，所述氨水的用量为0.5～2份；在本发明的一些实施例中，其用量为0.8份、1.5份或2份。
[0040]
本发明中，所述水为整体基液的分散介质。以十六烷基三甲氧基硅烷的用量5～15份为基准，所述水的用量为50～200份；在本发明的一些实施例中，其用量为100份、140份或180份。
[0041]
本发明中，除上述基液组分外，形成防水剂的原料还包括辅料peg2000。采用上述特定的辅料能够有利于维持体系稳定，稳定疏水性的纳米粒子分散液，且有利于实际使用。若采用其它分子量的peg及ppo等添加剂，则难以获得稳定且粘度适宜的纳米粒子分散液，易粘度较大不利于后续使用。本发明中，所述辅料与基液的质量比优选为1∶(15～20)；在本发明的一些实施例中，所述质量比为1∶15、1∶17或1∶20。
[0042]
本发明中，除上述基液和辅料外，形成防水剂的原料还包括外加水。本发明中，所述基液与辅料的总质量占所述外加水的质量比优选为10％～15％；在本发明的一些实施例中，所述质量比为10％、12％或15％。
[0043]
本发明还提供了一种上述技术方案中所述的建筑材料防水剂的制备方法，包括：
[0044]
a)将十六烷基三甲氧基硅烷、亲水气相白炭黑、氨水、十二烷基硫酸钠和水混合乳化，得到基液；
[0045]
b)将所述基液与辅料、外加水混合，得到乳液型防水剂。
[0046]
其中，所述基液、辅料及外加水的种类及用量等均与前文所述一致，在此不再一一赘述。
[0047]
关于步骤a)：
[0048]
所述混合乳化的方式优选为剪切乳化。所述剪切乳化的速率优选为20～30s
‑1，剪切乳化的时间优选为100～150min。本发明中，在上述强力剪切乳化后，优选在40～55℃恒温搅拌3～5h。经上述处理后，得到基液。
[0049]
关于步骤b)：
[0050]
所述混合的方式没有特殊限制，能够将物料混匀即可，如搅拌混合，通过搅拌使基液、敷料与外加水混匀，形成乳液型防水剂。本发明中，所述步骤b)优选具体包括：b1)将所述基液与辅料混合，得到混合液；b1)将所述混合液与外加水混合，得到乳液型防水剂。
[0051]
在上述步骤a)～b)的过程中，十六烷基三甲氧基硅烷在乳化剂作用下在水中均匀分散，亲水气相白炭黑在氨水作用下良好分散，且氨水催化十六烷基三甲氧基硅烷的水解，然后气相白炭黑表面的活性基团与十六烷基三甲氧基硅烷反应，形成改性的气相白炭黑纳米粒子，同时，在peg2000的作用下维持稳定疏水的纳米粒子分散液，得到乳液型防水剂。
[0052]
本发明还提供了一种防水蒸压加气建材，包括防水剂；所述防水剂为上述技术方案中所述的建筑材料防水剂。本发明对所述蒸压加气建材的种类没有特殊限制，为本领域常规种类即可，如蒸压加气砖、蒸压加气板或加气混凝土等。
[0053]
本发明中，所述防水剂在蒸压加气建材的生产初期浆料中的质量比为0.1％～
1％，即以占建材生产初期浆料质量0.1％～1％的添加量进行添加。
[0054]
本发明提供的建筑材料防水剂具有以下有益效果：能够解决传统防水剂不耐蒸压及高温的问题，而且，本发明提供的防水剂的加入，并不影响建材的力学性能，且可较好的解决防水问题，使材料隔热更彻底，节能效果更好，这并非任意疏水性添加物可达到的；另外，本发明原料成本低，容易均匀复合，工艺简单，且整体材料无有毒物质或有害气体排放、属于绿色环保产品。
[0055]
实验结果表明，本发明提供的防水剂加入建材中，能够耐蒸压1.3mpa、耐热190℃不变质，按照比例0.1％～1％添加入蒸压加气建材中，与未添加防水剂相比能够使建材的吸水率降低15％以上，甚至降低50％。
[0056]
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。以下实施例中，亲水气相白炭黑平均粒径为50
‑
200nm，为市售品。
[0057]
实施例1
[0058]
s1、取十六烷基三甲氧基硅烷5份、亲水气相白炭黑2份、水100份、氨水(浓度为20％)0.8份、十二烷基硫酸钠1份，强力剪切乳化，条件为：剪切速率20s
‑1，时间150min；之后再于45℃恒温搅拌3h，得到基液。
[0059]
s2、按照基液∶辅料质量比＝20∶1的比例，向上述基液中加入辅料peg2000，混合均匀，得到混合液。
[0060]
s3、将所述混合液以15％的添加比例加入外加水中，搅拌均匀形成乳液型防水剂。
[0061]
实施例2
[0062]
s1、取十六烷基三甲氧基硅烷10份、亲水气相白炭黑3份、水140份、氨水(浓度为20％)1.5份、十二烷基硫酸钠1.3份，强力剪切乳化，条件为：剪切速率25s
‑1，时间120min；之后再于50℃恒温搅拌3h，得到基液。
[0063]
s2、按照基液∶辅料质量比＝17∶1的比例，向上述基液中加入辅料peg2000，混合均匀，得到混合液。
[0064]
s3、将所述混合液以12％的添加比例加入外加水中，搅拌均匀形成乳液型防水剂。
[0065]
实施例3
[0066]
s1、取十六烷基三甲氧基硅烷15份、亲水气相白炭黑4份、水180份、氨水(浓度为20％)2份、十二烷基硫酸钠1.2份，强力剪切乳化，条件为：剪切速率30s
‑1，时间100min；之后再于55℃恒温搅拌3h，得到基液。
[0067]
s2、按照基液∶辅料质量比＝15∶1的比例，向上述基液中加入辅料peg2000，混合均匀，得到混合液。
[0068]
s3、将所述混合液以10％的添加比例加入外加水中，搅拌均匀形成乳液型防水剂。
[0069]
实施例4：性能测试
[0070]
1、蒸压加气建材样品的制备：
[0071]
原料：
[0072]
粉煤灰69份，石灰20份，水泥8份，石膏3份，铝粉8份，水70份，皂角粉0.25份。
[0073]
制备：
[0074]
将粉煤灰、石灰、水泥、水和石膏，搅拌打浆5min。之后，加入铝粉、皂角粉和防水
剂，搅拌40s。将所得浆料浇筑到模具中，送入40℃养护室静养3h，得到建材样品。
[0075]
将建材样品切割后送入蒸压罐，于190℃、1.3mpa条件下蒸压7h，再经过1.5h降压至常温常压，取出，得到蒸压加气建材。
[0076]
上述过程中，实施例1～3的防水剂的添加量分别为上述原料的0.2％、0.4％和0.7％，分别得到3个建材样品。
[0077]
2、样品吸水率降低量的测试：
[0078]
建材吸水率的测试和计算参照国标gb11970
‑
1997加气混凝土吸水率测试方法进行。分别获得未添加防水剂建材的吸水率和添加了防水剂的建材的吸水率，然后按照公式：吸水率降低值＝(无防水剂建材吸水率—有防水剂建材吸水率)/无防水剂建材吸水率，计算实施例1～3所得防水剂对建材的吸水率降低值。结果参见表1。
[0079]
表1实施例1～3所得防水剂的防水效果
[0080]
防水剂在建材中的添加量建材吸水率降低值实施例10.2％15％实施例20.4％26％实施例30.7％40％
[0081]
由以上测试结果可知，本发明提供的防水剂能够耐蒸压1.3mpa、耐热190℃不变质，能够使建材的吸水率降低10％以上。
[0082]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有近似于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。