阅读说明：本技术 一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料及其制备方法和应用 (Nano composite material for filling concrete structure micropores and preparation method and application thereof ) 是由 祝静 张志乾 魏宏亮 于 2020-05-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料及其制备方法和应用,属于混凝土结构性能改进技术领域。本发明制备的纳米水溶液以其超低粘度的高渗透性和高纳米活性,可快速迁移、渗透到混凝土内部,提高混凝土表层到内部的致密性,从而提高混凝土结构的抗渗透性、抗开裂性、表面强度、硬度及综合耐久性,改善混凝土耐酸碱性、耐冻融性、抗滑性能和抗离子侵蚀性等。本发明制备的纳米水溶液,实现可对处于不同服役环境下具有小于0.1mm孔隙的混凝土结构进行修复和养护。(The invention relates to a nano composite material for filling concrete structure micropores and a preparation method and application thereof, belonging to the technical field of concrete structure performance improvement. The nano water solution prepared by the invention can be rapidly transferred and permeated into concrete by virtue of the ultra-low viscosity, high permeability and high nano activity of the nano water solution, and the compactness from the surface layer of the concrete to the inside is improved, so that the permeability resistance, the cracking resistance, the surface strength, the hardness and the comprehensive durability of a concrete structure are improved, and the acid and alkali resistance, the freeze-thaw resistance, the skid resistance, the ion erosion resistance and the like of the concrete are improved. The nano water solution prepared by the invention can repair and maintain concrete structures with pores smaller than 0.1mm in different service environments.)

一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料及其制备方法 和应用

技术领域

本发明涉及一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料及其制备方法和应用，属于混凝土结构性能改进技术领域，微孔是指孔径小于0.1mm。

背景技术

混凝土结构已成为世界上应用最为广泛的建筑结构形式，大量的建筑建设要求混凝土结构必须在服役期内保证其耐久性，以避免重复建设造成的能源消耗和环境问题。所以确保混凝土结构在设计使用年限内的安全性和耐久性，延长结构的使用寿命，已成为学术界和工程界重点关注的问题。

一般认为，混凝土结构的耐久性与其渗透性密切相关，混凝土越密实，则渗透性越差，耐久性也越好。而传统修复材料如防水卷材只能对混凝土表面起到防护，具有一定的修复作用，随着时间的推移，表层材料极易脱落或者老化，效果不佳。因此，针对如何修复和阻塞混凝土孔隙，提高混凝土密实性问题开展了大量工作。在混凝土制备过程中添加防水添加剂等提高混凝土密实性的一种有效方法，如在专利CN104628354A公布的技术中，利用纳米材料和聚合物的叠加优势，开发了一种兼具强渗透力和高效粘结性能的修复材料，在混凝土制备过程中添加，具有增强混凝土的密实性和力学性能的效果。但该类材料制备工艺繁琐，组分中包含10％-15％的聚合物，成本较高，且需要拌合在水泥砂浆中使用，对于大量既存的混凝土建筑无法进行修复。在现有技术中，专利 CN101619203A、CN101671154A、CN102226073A和CN105503262A分别公布了一类具有渗透能力的水性渗透结晶型防水材料技术，通过喷洒或涂敷到混凝土表面，可以渗透进入混凝土表层一定深度范围内的毛细孔隙或其它微细孔隙，与内部游离的钙离子快速反应生成C-S-H结晶，从而提高混凝土致密性和耐久性。但该类材料技术在应用过程中由于不能有效控制生成C-S-H结晶的数量以及填充混凝土内部孔隙的位置，因此存在混凝土修复效果不稳定的问题。针对这一问题，专利CN106904928A公布了一种反应速度可控的水性渗透结晶型防水材料技术，通过控制材料与内部游离的钙离子反应速度，实现 C-S-H结晶数量和位置的控制，以达到稳定的混凝土修复效果。但该材料技术在混凝土中的渗透深度仅为14-16mm，因此只对混凝土表层具有有效的修复效果，对于混凝土内部结构破坏难以修复。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种纳米水溶液，具有在混凝土内渗透能力强，可对处于不同服役环境下具有小于0.1mm孔隙的混凝土结构进行修复和养护，显著提升混凝土结构耐久性的作用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料，该纳米复合材料的原料包括硅酸钠纳米溶液(硅酸钠粒径小于800nm)、表面活性剂、固化剂、促凝剂、 MDT有机酯和水；以该纳米复合材料的原料的总质量为100％计算，该组分的质量百分含量为：

所述的硅酸钠纳米溶液的作用是与混凝土内部游离的钙离子反应生成 C-S-H结晶，充填混凝土内部裂纹和孔隙，达到凝胶防水效果，硅酸钠纳米溶液的粘度小于100厘泊，20℃波美度为35-48°，模数为3.2-3.8；

所述的表面活性剂具有防止硅酸钠团聚，提高纳米水溶液在混凝土内部渗透的能力，表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、月桂酸硫酸钠、硬脂酸钠中的至少一种；

所述的固化剂具有促进硅酸钠与混凝土内部游离的钙离子反应的作用，固化剂为氟硅酸钠、三聚磷酸铝、氟硅酸钾中的至少一种；

所述的促凝剂的作用是促进未混凝土内未水化的水泥材料进一步发生水化反应，增加混凝土内孔隙中钙离子浓度，促进硅酸钠与钙离子反应，促凝剂为乙酸乙酯和三乙醇胺一种或两种的混合物；

所述的MDT有机酯具有自硬、无毒和无污染的特性，其作用是进一步渗透到混凝土内部的硅酸盐反应产生硅酸，互联形成网状骨架结构，提高混凝土内部强度和密实性。

一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料的制备方法，该方法的步骤包括：

(1)将硅酸钠、表面活性剂和去离子水进行混合，搅拌10-15min，得到混合物；

(2)在步骤(1)得到的混合物中加入固化剂、促凝剂和MDT有机酯，搅拌20-30min，过滤去除杂质，得到纳米复合材料。

一种用于填充混凝土结构微孔的纳米复合材料的应用，步骤包括：

(1)首先清洗需要进行修复的混凝土结构表面，除去表面的油污、粉尘等杂质，保持混凝土结构表面干燥；

(2)采用涂刷、滚筒、喷雾设备或者喷洒设备施工，将纳米复合材料施工到混凝土结构表面，观察纳米水溶液渗透情况，当纳米水溶液完全渗透到混凝土结构内部，即完成一遍施工，通常施工2-3次即可，每次施工间隔20-30min。

本发明所述的纳米复合材料适用于应用混凝土结构的广泛建筑结构形式，尤其适用于大坝、港口、桥梁、隧道、污水池、地下车库等市政工程混凝土建筑的混凝土结构的早期保养、劣化修复和防水保护等。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明制备的纳米水溶液以其超低粘度的高渗透性和高纳米活性，可快速迁移、渗透到混凝土内部，提高混凝土表层到内部的致密性，从而提高混凝土结构的抗渗透性、抗开裂性、表面强度、硬度及综合耐久性，改善混凝土耐酸碱性、耐冻融性、抗滑性能和抗离子侵蚀性等。

(2)本发明制备的纳米水溶液，实现可对处于不同服役环境下具有小于 0.1mm孔隙的混凝土结构进行修复和养护。

(3)本发明制备的纳米溶液制备方法简单，成本低，无污染，施工便利，施工后无需特殊养护。

(4)本发明的纳米复合材料可以显著提升混凝土结构的使用寿命，极大降低我国建筑领域混凝土结构的维护费用。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合具体的实施方式对本发明优选实施方案作进行描述，但是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。

实施例1-5

按照下表1所列硅酸钠纳米溶液、表面活性剂、固化剂、促凝剂、硬化剂和去离子水的质量份数，制得纳米水溶液备用。

参照GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性实验方法》和GB/T1723-93 《涂料粘度测定法》，测定上述制备的五种纳米水溶液的粘度、密度、PH值、凝胶化时间和贮存稳定性，性能指标列于表2。

参照JC/T1018-2006《水性渗透型无机防水剂》、GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能实验方法标准》、GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》和DBJ01-54-2001《界面渗透型防水涂料质量检验评定标准》，使用上述制备的五种纳米水溶液修复混凝土，测定凝土修复后的抗水渗透性、抗氯离子渗透性、固体含量、抗压强度比、48h吸水量比、抗冻性、耐热性、耐碱性和耐酸性，性能指标列于表3

表1

表2

表3