本发明涉及一种防水剂，尤其是涉及一种混凝土结构自密实防水剂及其制备方法和应用。
背景技术：
在我国的建筑物中，地下商场、地下设备与办公室用房、地铁、隧道、洞库、管廊、地下人行通道、人防、军事设施工程、净水厂、污水处理厂、游泳馆、水利枢纽、储能电站、高速公路、高速铁路、桥梁等工程的渗漏水问题较为普遍，堵漏维修成本较高。地下工程渗漏水造成结构钢筋锈蚀，钢度大幅度下降，混凝土膨胀破坏，使用年限大大降低，不仅造成严重的国家财产和经济损失，更威胁到了人民的生命安全。
混凝土是以砂、石骨料、水泥、粉煤灰、矿粉、水组成的综合材料，通过多种原材料级配和水化形成的水泥石，易产生孔隙、裂缝渗漏水。目前，通常采用防水材料解决混凝土结构的渗漏水问题，例如公开号为cn107010863a的中国专利公开了一种混凝土防水剂，由伊利石粉、粉煤灰、明矾、熟石灰和过磷酸钙组成，该防水剂虽然能够在一定程度上提高混凝土的抗水性能，然而其功能较为单一、无法覆盖各类混凝土防水性能及施工需求，不能适用于建筑物渗漏水情况较为严重等情形。
鉴于此，特提出本发明。
技术实现要素：
本发明提供一种混凝土结构自密实防水剂及其制备方法和应用，该自密实防水剂具有抗裂、减水、保水、缓凝、孔隙、微裂缝自愈等功能，能够进一步提高混凝土结构的强度、抗渗性、耐久性等综合性能，有利于延长混凝土结构的使用寿命。
本发明提供一种混凝土结构自密实防水剂，包括如下质量份的组分：16-19份烷基硅酸盐、15-18份氟硅酸盐、3-7份分散剂、2-4份铝液、4-7份减水剂和2-5份保坍剂。
进一步地，所述混凝土结构自密实防水剂还包括：40-60份水。
本发明还提供一种混凝土结构自密实防水剂，包括：
第一组分：其包括16-19份烷基硅酸盐和15-18份氟硅酸盐；
第二组分：其包括3-7份分散剂和2-4份铝液；
第三组分，其包括4-7份减水剂和2-5份保坍剂；
进一步地，所述第一组分还包括25-35份水，所述第二组分还包括5-15份水，所述第三组分还包括5-15份水。
在本发明中，烷基硅酸盐中的硅醇基能够与混凝土硅酸盐材料中的硅醇基反应脱水交联，从而实现“反毛细管效应”，同时具有微膨胀性、增加混凝土密实度、减少混凝土收缩裂缝等功能。对烷基硅酸盐不作严格限制，例如可以选自甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、乙基硅酸钠和乙基硅酸钾中的至少一种，优选为甲基硅酸钠。
在本发明中，氟硅酸盐主要起到混凝土的凝固、防腐等作用，其能够有效延长混凝土的凝结时间，使混凝土结构具有良好的工作性能、抗渗性能以及耐久性能等。对氟硅酸盐不作严格限制，例如可以选自氟硅酸钾和氟硅酸钠中的至少一种，优选为氟硅酸钾。
在本发明中，分散剂主要起到生产过程中的乳化、分散、防止氧化和发酵等功能，其能够使水泥颗粒分散，将水泥凝聚体中所包含的水释放出来，改善混凝土的和易性，提高混凝土的密实度和强度。对分散剂不作严格限制，例如可以选自焦磷酸钠、六偏磷酸钠和葡萄糖酸纳中的至少一种，优选为焦磷酸钠。
在本发明中，铝液指的是含有铝离子的溶液；铝中的铝离子能够有效抑制碱-硅酸反应的发生，并对已经发生的碱-硅酸反应具有一定的抑制作用。具体地，铝液可以选自电解铝溶液、硫酸铝溶液和氯化铝溶液中的至少一种，优选为电解铝溶液。
在本发中，减水剂能定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带有同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，絮凝结构解体，释放出被包裹部分水，参与流动，从而有效地增加混凝土拌合物的流动性，同时，在维持混凝土坍落度基本不变的条件下，减水剂能减少拌合用水量。具体地，减水剂可以选自聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的至少一种，优选为聚羧酸减水剂。
在本发明中，保坍剂用于使混凝土具有良好的和易性和保塑性，使混凝土具有较好的坍落度保持性，并延长混凝土的运输时间和工地滞留时间，减少经时损失；对保坍剂不作严格限制，可采用本领域的常规保坍剂，且可通过普通市购等方式容易地获得。
研究发现，具有上述组成的混凝土结构自密实防水剂的相容性好，各组分能够协同作用并充分地发挥其各自的作用，其同时具有抗裂、减水、保水、缓凝、孔隙、微裂缝自愈等功能，能够显著提高混凝土结构的强度、抗渗性、耐久性等综合性能，大大延长混凝土结构的使用寿命。更具体地，上述混凝土结构自密实防水剂能够减少混凝土结构裂缝的产生，在满足正常工作性能的前提下能保证充分地补偿收缩，具有优异的防水效果；同时，对于超长超宽的地下防水混凝土，其高效减水保水性能能够提高混凝土28d强度，同时减少水泥用量，并且具有膨胀补偿作用，大大提高混凝土的密实度。此外，上述混凝土结构自密实防水剂还能大大减少混凝土的收缩变形，减少或避免开裂，可使后浇带间距适当加大，同时增加混凝土的和易性、流动性，提高混凝土结构的早期强度、后期强度、抗渗性、耐久性等，具有优异的综合性能。
本发明还提供上述混凝土结构自密实防水剂的制备方法，包括如下步骤：
a)将16-19份烷基硅酸盐、15-18份氟硅酸盐和25-35份水混合均匀，制得第一组分；
b)将3-7份分散剂、2-4份铝液和5-15份水混合均匀，制得第二组分；
c)将4-7份减水剂、2-5份保坍剂和5-15份水混合均匀，制得第三组分；
d)将所述第一组分、第二组分和第三组分混合均匀，制得混凝土结构自密实防水剂。
进一步地，步骤a)中，混合包括：先室温搅拌0.5-1.5h，随后在60-65℃下搅拌0.5-1.5h，混合后静置2.5-3.5h；步骤b)中，混合包括：先室温搅拌1.5-2.5h，随后在60-70℃下搅拌0.5-1.5h，混合后静置0.5-1.5h；步骤c)中，混合包括：室温搅拌0.5-1.5h；步骤d)中，混合包括：室温搅拌0.5-1.5h，混合后静置2.5-3.5h。
在本发明中，所述混凝土结构自密实防水剂的固含量可以为50-55％。
本发明还提供上述混凝土结构自密实防水剂在制备混凝土结构中的应用。
具体地，在制备混凝土结构时，所述混凝土结构自密实防水剂的用量可以为2.5-3.5％；该用量基于混凝土胶凝材料总重量。
利用上述混凝土结构自密实防水剂制备混凝土结构的方法可以采用本领域的常规方法，制备方法例如包括：将混凝土结构自密实防水剂与混凝土混合后进行搅拌、浇筑、振捣、养护。
上述方法制备的混凝土结构的减水率≥30％；泌水率比≤35％；3d、7d抗压强度比≥200mpa，28d抗压强度比≥150mpa；渗透高度比≤10％；吸水量比≤60％；收缩率比≤105％；相对耐久性≥92％。
在本发明中，如无特殊说明，各组分的份数均指的是质量份。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
1、本发明的混凝土结构自密实防水剂易于浇筑，施工方便快速，能够减少现场人力，提高劳动生产率，降低工程费用；特别是，其能够减少混凝土结构裂缝，在满足正常工作性能的前提下能够保证充分的补偿收缩；
2、本发明的混凝土结构自密实防水剂具有高效的减水保水性能，在用于超长超宽的地下防水混凝土时能够提高28d强度并减少水泥用量，同时具有膨胀补偿作用，大大提高了混凝土的密实度；
3、本发明的混凝土结构自密实防水剂能够大大减少混凝土的收缩变形，减少或避免开裂，可使后浇带间距适当加大，增加混凝土和易性、流动性，提高早期和后期强度以及抗渗性、耐久性；
4、利用本发明混凝土结构自密实防水剂制备的混凝土结构的减水率≥30％，渗透高度比≤10％，相对耐久性≥92％，综合性能优异，使用寿命长。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
各实施例采用的原料如下：
电解铝溶液：南方铝业(中国)有限公司，铝含量为0.001千克/立方米；
聚羧酸减水剂：购自山东天成虹厦建筑材料有限公司；
保坍剂：主要成分为丙烯酸聚氧乙烯醚、4-羟丁基乙烯基聚氧乙烯醚等，购自山东天成虹厦建筑材料有限公司。
实施例1
称取17.5份甲基硅酸钠、16.5份氟硅酸钾和30份自来水，置入容器中搅拌1小时，随后升温至62℃保温搅拌1小时，形成分散液，静置3小时待用，即第一组分。
称取5份焦磷酸钠、3份电解铝溶液和9份自来水，置入容器中搅拌2小时，随后升温至65℃保温搅拌1小时，静置1小时待用，即第二组分。
称取5.5份聚羧酸减水剂、3.5份保坍剂和10份自来水，置入容器中搅拌1小时，静置待用，即第三组分。
将上述第一组分、第二组分和第三组分置入容器中搅拌1小时，静置3小时后过滤，滤液进行计量包装、入库，即制得固含量为52％左右的混凝土结构自密实防水剂产品。
将上述制备得到的混凝土结构自密实防水剂以混凝土胶凝材料总重量的2.5％掺入混凝土，随后进行搅拌、浇筑、振捣、养护，制得混凝土结构。
采用如下方法对混凝土结构的性能进行检测：
微膨胀性能：测试方法参照中国标准jcj/t178-2009；
抗渗、减水、保水、抗压强度、防水、泌水率比性能：测试方法参照中国标准db8076-2008；
氯离子侵蚀性能：测试方法参照中国标准jtj275-2000。
混凝土结构的性能检测结果见表1。
实施例2
称取19份甲基硅酸钠、15份氟硅酸钾和28份自来水，置入容器中搅拌0.5小时，随后升温至65℃保温搅拌1.5小时，形成分散液，静置3小时待用，即第一组分。
称取3份焦磷酸钠、4份电解铝溶液和10份自来水，置入容器中搅拌2小时，随后升温至68℃保温搅拌1.5小时，静置1小时待用，即第二组分。
称取7份聚羧酸减水剂、3份保坍剂和15份自来水，置入容器中搅拌1.5小时，静置待用，即第三组分。
将上述第一组分、第二组分和第三组分置入容器中搅拌1小时，静置3小时后过滤，滤液进行计量包装、入库，即制得固含量为50％左右的混凝土结构自密实防水剂产品。
将上述制备得到的混凝土结构自密实防水剂以混凝土胶凝材料总重量的3％掺入混凝土，随后进行搅拌、浇筑、振捣、养护，制得混凝土结构，性能检测结果见表1。
实施例3
称取16份乙基硅酸钾、18份氟硅酸钠和35份自来水，置入容器中搅拌1小时，随后升温至65℃保温搅拌1.5小时，形成分散液，静置5小时待用，即第一组分。
称取7份葡萄糖酸纳、2份电解铝溶液和6份自来水，置入容器中搅拌1.5小时，随后升温至68℃保温搅拌1.5小时，静置2小时待用，即第二组分。
称取4份萘磺酸钠减水剂、5份保坍剂和12份自来水，置入容器中搅拌1小时，静置待用，即第三组分。
将上述第一组分、第二组分和第三组分置入容器中搅拌1小时，静置3小时后过滤，滤液进行计量包装、入库，即制得固含量为50％左右的混凝土结构自密实防水剂产品。
将上述制备得到的混凝土结构自密实防水剂以混凝土胶凝材料总重量的3.5％掺入混凝土，随后进行搅拌、浇筑、振捣、养护，制得混凝土结构，性能检测结果见表1。
对照例1
本对照例除分散剂采用聚丙烯纤维替代实施例1中的焦磷酸钠之外，其余与实施例1相同，制得混凝土结构，其性能检测结果见表1。
对照例2
本对照例除各组分的重量份不同之外，其余与实施例1基本相同；本对照例各组分的重量份如下：甲基硅酸钠10份、氟硅酸钾8份、焦磷酸钠15份、电解铝溶液10份、聚羧酸减水剂10份、保坍剂3.5份。
将上述制备得到的混凝土结构自密实防水剂以混凝土胶凝材料总重量的2.5％掺入混凝土，随后进行搅拌、浇筑、振捣、养护，制得混凝土结构，其性能检测结果见表1。
表1混凝土结构的性能检测结果
由上述表1可知：
本发明的混凝土结构自密实防水剂的相容性好，组成及配比合理，各组分能够协同作用并充分地发挥甚至加强其各自的作用，从而能够同时实现抗裂、减水、保水、缓凝、孔隙、微裂缝自愈等功能，制备的混凝土结构的各项性能优异。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
1.一种混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，包括如下质量份的组分：16-19份烷基硅酸盐、15-18份氟硅酸盐、3-7份分散剂、2-4份铝液、4-7份减水剂和2-5份保坍剂；
优选地，所述混凝土结构自密实防水剂还包括：40-60份水。
2.一种混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，包括：
第一组分：其包括16-19份烷基硅酸盐和15-18份氟硅酸盐；
第二组分：其包括3-7份分散剂和2-4份铝液；
第三组分，其包括4-7份减水剂和2-5份保坍剂；
优选地，所述第一组分还包括25-35份水，所述第二组分还包括5-15份水，所述第三组分还包括5-15份水。
3.根据权利要求1或2所述的混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，所述烷基硅酸盐选自甲基硅酸钠、甲基硅酸钾、乙基硅酸钠和乙基硅酸钾中的至少一种，优选为甲基硅酸钠。
4.根据权利要求1或2所述的混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，所述氟硅酸盐选自氟硅酸钾和氟硅酸钠中的至少一种，优选为氟硅酸钾。
5.根据权利要求1或2所述的混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，所述分散剂选自焦磷酸钠、六偏磷酸钠和葡萄糖酸纳中的至少一种，优选为焦磷酸钠。
6.根据权利要求1或2所述的混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，所述铝液选自电解铝溶液、硫酸铝溶液和氯化铝溶液中的至少一种，优选为电解铝溶液。
7.根据权利要求1或2所述的混凝土结构自密实防水剂，其特征在于，所述减水剂选自聚羧酸减水剂、萘磺酸盐减水剂、木质素磺酸盐减水剂、氨基磺酸盐减水剂中的至少一种，优选为聚羧酸减水剂。
8.权利要求1-7任一所述的混凝土结构自密实防水剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将16-19份烷基硅酸盐、15-18份氟硅酸盐和25-35份水混合均匀，制得第一组分；
b)将3-7份分散剂、2-4份铝液和5-15份水混合均匀，制得第二组分；
c)将4-7份减水剂、2-5份保坍剂和5-15份水混合均匀，制得第三组分；
d)将所述第一组分、第二组分和第三组分混合均匀，制得混凝土结构自密实防水剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，步骤a)中，混合包括：先室温搅拌0.5-1.5h，随后在60-65℃下搅拌0.5-1.5h，混合后静置2.5-3.5h；步骤b)中，混合包括：先室温搅拌1.5-2.5h，随后在60-70℃下搅拌0.5-1.5h，混合后静置0.5-1.5h；步骤c)中，混合包括：室温搅拌0.5-1.5h；步骤d)中，混合包括：室温搅拌0.5-1.5h，混合后静置2.5-3.5h；
优选地，所述混凝土结构自密实防水剂的固含量为50-55％。
10.权利要求1-7任一所述的混凝土结构自密实防水剂在制备混凝土结构中的应用；
优选地，所述混凝土结构自密实防水剂的用量为2.5-3.5％；
优选地，所述混凝土结构的制备方法包括：将所述混凝土结构自密实防水剂与混凝土混合后进行搅拌、浇筑、振捣、养护；
优选地，所述混凝土结构的减水率≥30％；渗透高度比≤10％；相对耐久性≥92％。
技术总结