有机硅防水剂改性水泥砂浆的研究

掺量 ( %) 0. 2 0. 5 0. 5 0. 5 0. 2 0. 5
初凝时间 (min) 230 570 590 280 200 310
终凝时间 (min) 580 > 720 > 720 540 410 630
抗压[ 抗折 ]强度 (MPa)
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3d
28d
14. 8
30. 9 [7. 13 ]
9. 12
2 实验部分 2. 1 原料及工艺配方
水泥 :广州金羊 42. 5 普通硅酸盐水泥 细砂 :80 目石英砂 烷氧基烷基硅烷 (三乙氧基甲基硅烷 ,四乙氧基 甲基硅烷 ,二乙氧基二甲基硅烷 、三乙氧基丁基硅 烷 、三乙氧基辛基硅烷) ,工业品 ;改性活性烷氧基烷 基硅烷及其低聚物 、共聚物 ,自制 ;OP 类乳化剂 、季 铵盐阳离子乳化剂 、催化剂 、助剂 ,工业品 ; 去离子 水。 2. 2 性能测试 水泥胶砂强度的测定按 GBΠT 17671 - 1999 标准 进行 ,灰砂比为 1∶1 ,水灰比为 0. 46 ,凝结时间按 GB 1346 - 92 标准测试 ,吸水率参照日本标准 J ISA 6203 进行 。 3 实验结果与讨论 3. 1 活性硅烷防水剂对水泥砂浆凝结硬化和强度 的影响 活性硅烷分子中不同烷基碳数及烷基数的水乳 型有机硅防水剂对普通硅酸盐水泥砂浆凝结硬化和 强度的影响示于表 1 。这些烷氧基烷基硅烷对水泥 砂浆都有很大的缓凝作用 ,3 天强度明显比空白值
28
化 学 建 材 2003 年
低 。在活性单体中烷基数 、烷基中的碳链长度对水 改性三乙氧基甲基硅烷的水泥砂浆的凝结时间相对
泥砂浆的强度影响大体一致 ,无明显差别 ,28 天强 度相对低于空白值 。烷氧基烷基硅烷预先通过自身
已经缩短了很多 ,二缩三乙二醇改性三乙氧基甲基 硅烷二聚体则比前者稍长些 。水乳型有机硅掺量增
稳定性 (室温储存) 3d 后明显分层 30d 后微分层 60d 后无变化 30d 后明显分层 60d 后无变化 90d 后无变化 15d 后微分层 30d 后微分层
另外 ,选择非离子乳化剂和阳离子乳化剂的复 合乳化 ,对水泥水化过程产生的钙镁等离子具有较 高的稳定性 ,从而使得有机硅能较长时间均匀分散 和停留在水泥砂浆的各个部分并与其缓慢发生作 用 ,提高水泥砂浆的整体防水性能 。 3. 5 催化剂的影响
水乳型有机硅防水剂的防水性能也受催化剂的 影响 。在水泥混凝土中由于水泥本身的碱性催化了 防水剂中的活性烷氧基与其中的活性基团反应而牢 固地附着在水泥混凝土中 ,显示出优良的防水和重 复泡水耐擦洗效果 。水泥中的碱性对水乳型胺基硅 油和羟基硅油中的活性基团无催化反应作用 ,因此 胺基硅油和羟基硅油在混凝土中的附着力差 ,吸水 率大 ,防水重复性能及耐久性能不佳 。羟基硅油与 三乙氧基甲基硅烷二聚体的共混乳液在金属皂等催 化剂的作用下使得其改性的水泥混凝土制品的吸水 率大为降低 ,从无催化剂的羟基硅油的 3. 96 %下降 到 1. 58 %(见表 3) ,防水性能及耐久性能明显得到 改善 。
第 1 期 化 学 建 材
27
建筑防水材料
有机硅防水剂改性水泥砂浆的研究
黄月文 , 刘伟区 , 罗广建
(中国科学院 广州化学有限公司 , 广东 广州 510650)
摘要 :在普通硅酸盐水泥砂浆中 ,掺入以烷氧基烷基硅烷及其改性化合物为活性成分的水乳型有机硅防水剂对其
10. 2
31. 5 [7. 12 ]
7. 28
29. 7 [6. 89 ]
表 2 水乳型改性有机硅对水泥砂浆凝结时间和强度的影响
有机硅
二缩三乙二醇改性三乙氧基甲基硅烷 二缩三乙二醇改性三乙氧基甲基硅烷 二缩三乙二醇改性三乙氧基甲基硅烷二聚体 三乙氧基甲基硅烷四聚体 烷氧基甲基硅烷共聚体 烷氧基甲基硅烷共聚体
29
机硅有效成分的 1 %～8 %、稳定剂等助剂为 1 %～ 和防水效果 ,用量太小则乳液稳定性差 。 10 %为佳 ,用量太大则影响水泥砂浆凝结时间 、强度
表 3 水乳型有机硅改性水泥砂浆的防水性能
水乳型有机硅防水剂 空白 三乙氧基辛基硅烷 三乙氧基甲基硅烷二聚体 三乙氧基甲基硅烷四聚体 二缩三乙二醇改性三乙氧基甲基硅烷二聚体 烷氧基甲基硅烷共聚体 胺基硅油 (无催化剂) 羟基硅油 (无催化剂) 羟基硅油 + 三乙氧基甲基硅烷二聚体
掺量 0 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5 0. 5
0. 3 + 0. 2
28d 后 24h 吸水率 ( %) 12. 5 2. 36 1. 82 1. 35 3. 14 1. 23 4. 22 3. 96 1. 58
表 4 阳离子硅烷水乳液的储存稳定性
阳离子硅烷水乳液 三乙氧基甲基硅烷 三乙氧基甲基硅烷二聚体 三乙氧基甲基硅烷四聚体 三乙氧基甲基硅烷二聚体 + 二乙氧基甲基硅烷 烷氧基甲基硅烷共聚物 二缩三乙二醇改性三乙氧基甲基硅烷二聚体 三乙氧基辛基硅烷 羟基硅油 + 三乙氧基甲基硅烷二聚体
进行改性 ,详细研究了水乳型有机硅防水剂对水泥砂浆凝结硬化和强度影响及防水性能的变化 。结果表明化学改
性的烷氧基烷基硅烷对水泥砂浆的影响较小 ,并且大大提高了水泥砂浆的防水性能 。
关键词 :水乳型有机硅 ; 水泥砂浆 ; 防水剂 ; 吸水率
中图分类号 :TU57
文献标识码 :A
文章编号 :1004 - 1672 (2003) 01 - 0027 - 03
结硬化及强度影响示于表 2 中 。掺入二缩三乙二醇 度 。
表 1 水乳型有机硅对水泥砂浆凝结时间和强度的影响
有机硅
空白 三乙氧基甲基硅烷 三乙氧基丁基硅烷 三乙氧基辛基硅烷 二乙氧基甲基硅烷 三乙氧基甲基硅烷二聚体 三乙氧基甲基硅烷二聚体 二乙氧基甲基硅烷二聚体 二乙氧基甲基硅烷二聚体
掺量 ( %)
乳液稳定性对改性水泥砂浆也有很大影响 。一 是乳液本身的储存稳定性 ,这主要取决于有机硅本 身的结构和乳化剂等助剂的选择 。三乙氧基烷基硅
烷中甲基小 ,分子运动快 ,对烷氧基的水解屏蔽作用 不明显 ,乳液不稳定 ;丁基 、辛基基团大些 ,屏蔽作用 增加 ,乳液稳定性增加 。通过预先水解缩合后分子 中的烷基增加 ,同时烷基的空间位阻作用也使得乳 液稳定性大大提高 。亲水性的有机极性化合物二缩 三乙二醇改性后的有机硅防水剂乳液稳定性显著增 加 。羟基硅油与三乙氧基甲基硅烷二聚体的稳定性 与二聚体及羟基硅油的分子量有关 。
of chemically modified alkoxyalkylsilane had little effects on cement mortar and greatly enhanced its waterproofing performance.
Key words : aqueous emulsion of silicon ; cement mortar ; waterproofing agent ; water2absorption
Study of Cement Mortar Modified by Silicon Waterproofing Agent Π HUANG Yue2wen et al ΠΠ Guangzhou Chemistry
Company Ltd. , Chinese Academy of Sciences
Abstract :Ordinary Portland cement mortar was modified by addition of aqueous emulsion of silicon waterproofing agent incorporat2
抗压[ 抗折 ]强度 (MPa)
3d
28d
21. 0
30. 2 [7. 25 ]
7. 25
27. 3 [6. 55 ]
7. 96
28. 5 [6. 81 ]
8. 24
28. 0 [6. 77 ]
7. 33
26. 1 [6. 46 ]
10. 1
32. 7 [7. 39 ]
7. 02
30. 5 [7. 08 ]
乳化剂的选择也是影响乳液稳定性的一个关键 因素 。我们通过一系列实验 ,结果发现 ,对于烷氧基 烷基硅烷及其改性化合物的乳化以非离子乳化剂和 阳离子乳化剂的复合乳化效果为最好 ,并且加入适 当的稳定剂等助剂效果就更好 。乳化剂用量以占有
第 1 期 化 学 建 材
31. 3 [7. 34 ]
9. 03
32. 5 [7. 26 ]
15. 9
32. 8 [7. 55 ]
17. 1
33. 7 [7. 37 ]
15. 2
35. 4 [7. 71 ]
3. 3 水乳型有机硅防水剂的防水性能 水乳型活性硅烷及其改性化合物改性水泥砂浆
的防水性能示于表 3 中 。改性后的水泥砂浆经室温 养护 28 天后吸水率降低了一个数量级 ,从空白的 12. 5 %下降到烷氧基烷基硅烷共聚物的 1. 23 %。随 活性硅烷预水解聚合程度的增加 ,防水剂的防水性 能呈增加趋势 。胺基硅油乳液 、羟基硅油乳液在无 催化剂的作用下吸水率较高 ,防水性能较差 ,特别是 重复泡水洗涤和擦洗后的防水性能降低很快 。 3. 4 乳化剂及助剂的影响
1 前言 防水剂防水是水性聚合物改性水泥基材料的重
要应用之一 。在众多防水剂品种中 ,有机硅防水剂 由于其具有优异的憎水 、防污 、抗风化和耐久性能而 在建筑防水中占有重要地位 ,它可以水溶液或乳液 形式直接掺入水泥砂浆或混凝土中作防水剂 ,与混 凝土表面产生化学结合 ,形成牢固的整体刚性防水 , 提高混凝土的防水性耐候性及耐久性能[1] 。目前建 筑上广泛应用的水性有机硅防水剂主要有甲基硅醇 盐和含氢硅油乳液两大类 ,并且两者主要应用在基 材的表面处理上[2] ,以水性形式直接掺入水泥混凝 土中 。前者碱性太强会使水泥混凝土速凝 ,即使通 过中和改性仍然对水泥混凝土的凝结硬化影响很 大 ;后者在水泥混凝土的碱性环境中会产生大量的 氢气而发泡 ,不能使用 。烷氧基烷基硅烷及其改性 化合物[3] 具有活性反应基团 ,在催化剂作用下与水 泥砂浆或混凝土发生反应 ,牢固地附着在水泥混凝 土上 ,从而大大提高混凝土的防水性和耐久性能 。 本文研究烷氧基烷基硅烷及其改性化合物以水为介 质 ,通过乳化得到稳定的水乳型有机硅防水剂 ,直接 掺入到水泥砂浆或混凝土后对水泥砂浆凝结硬化和 强度的影响及防水性能的变化 。
0 0. 2 0. 2 0. 2 0. 2 0. 2 0. 5 0. 2 0. 5
初凝时间 (min) 140 > 720 > 720 > 720 > 720 320 > 720 330 > 720
终凝时间 (min) 250 > 720 > 720 > 720 > 720 630 > 720 650 > 720
水解二聚后对水泥的缓凝作用有较大减弱 ,掺量为 水泥的 0. 2 %时初终凝时间小于 720 分钟 ,并且 3 天 、28 天强度有明显增强 。 3. 2 改性活性烷氧基烷基聚硅氧烷对水泥砂浆凝 结硬化和强度的影响
改性后的烷氧基烷基聚硅氧烷对水泥砂浆的凝
加 ,水泥砂浆凝结时间将大大延长 。而使用几种不 同烷基数的烷氧基硅烷共聚而成的共聚物则凝结时 间大大缩短 ,强度增加 。三乙氧基甲基硅烷经水解 四聚后对水泥砂浆的缓凝作用减弱 ,并且水泥砂浆 的终强 28 天抗压和抗折强度有所增加 。烷氧基烷 基硅烷通过聚合改性后明显提高了混凝土的最终强
ing alkoxyalkylsilane or modified alkoxyalkylsilane. Effects of aqueous emulsion of silicon waterproofing agent on cement setting
time , mechanical strength and variation of waterproofing performance were studied in detail. Testing results indicated that addition