(0722)大坝表面无机保温涂料及其制备方法

说明书
大坝表面无机保温涂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种保温涂料及其制备方法，尤其是涉及一种大坝表面无机保温涂料及其制备方法。

背景技术
1958年后，全国形成了水利水电建设的高潮，几十座大中型水利枢纽同时开工，由于历史和技术的原因，其中不少大坝混凝土出现了大量裂缝。

研究表明气温骤降是引起大体积混凝土表面裂缝的主要成因，由于坝区气温年变化大、骤降频繁，会给坝体表面带来很大的温降冲击，产生较大的温度应力，极易导致坝体表面裂缝。

因此，对混凝土表面温度的控制，如选用合适的保温材料对混凝土表面温度进行有效控制是避免裂缝产生的有效手段。

传统的保温材料如聚苯乙烯板厚度大，需多块拼装，接缝处难以完全填封，造成保温效果降低，从而导致局部温差较大，当养护期过后需要铲除，铲除时甚至会破坏到大坝表面的混凝土，留下的贴痕也严重影响大坝外观。

因此，具有良好的保温功能并且只需涂刷施工的耐久保温涂料是大坝表面最为理想的保温涂料。

由于大坝长期处于雨淋日晒、气温骤变以及流水冲刷侵蚀等特殊的恶劣环境中，因此，涂刷于大坝表面的保温涂料要求抗老化能力强，长时间暴露在自然环境下不会粉化，具有良好的防水和抗冲刷能力，能有效降低温度骤变引起的温度应力冲击，保护大坝表面免受冲击。

目前，民用建筑物外墙保温涂料大多采用有机或高分子材料作为基体，防水性能较好但其耐久性较差，在日光照射下易老化而出现粉化现象造成保温涂料剥落失去保温能力，因此不适合作为大坝混凝土表面保温涂料。

而采用无机材料作为基体的保温涂
料，虽然耐紫外光照射能力强，但其防水性能差，经不起大坝表面雨水冲刷。

因此，发明一种具有良好的保温功能并且只需涂刷施工的耐久保温涂料成为了一项重要而迫切的工作，同时也是大坝表面最为理想的保温涂料。

发明内容
本发明的目的在于克服上述现有背景技术的不足之处，而提供一种既具有优异保温性能、耐候性能又具有优秀力学性能和防水性能的大坝表面保温涂料。

本发明的另一目的在于提供一种上述大坝表面无机保温涂料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的大坝表面无机保温涂料，包括无机聚合物基体材料和空心玻璃微珠，所述无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠的质量比为20:1~50:1；所述无机聚合物基体材料按照质量份数包括如下组分：工业废弃物40~45份，水玻璃40~50份，强碱2~5份，水2~5份，纳米金属氧化物0~1份，无机添加剂0~2份，表面活性剂0~1份。

本发明所提供的上述大坝表面无机保温涂料的制备方法，具体步骤为：按照质量份数，将强碱与水配成溶液冷至常温后，将称量好的水玻璃倒入其中，加入工业废弃物并分散均匀，使之充分反应后，再加入纳米金属氧化物材料、表面活性剂和无机添加剂并分散均匀，制得无机聚合物基体材料；将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比混合，分散均匀，制得大坝表面无机保温涂料。

优选地，在使原料分散均匀的过程中，采用搅拌或研磨的方式
混合均匀。

本发明以工业废弃物及水玻璃为主要原料，通过强碱的水溶液激发使偏高岭土等工业废弃物发生聚合成为具有较长分子链段的无机聚合物；加入表面活性剂降低无机聚合物的表面能，使基体表面光滑；加入无机添加剂增强无机聚合物的流变性，使其具有优良的涂抹性能；通过调整强碱与水的比例，改变强碱溶液的浓度调节无机聚合物的表干及固化时间；加入纳米金属氧化物赋予保温涂料吸热和热辐射能力，最后按照比例加入空心玻璃微珠混合均匀涂刷于大坝混凝土表面，最终得到成本低廉、保温性能、耐候性、防水性及综合力学性能优异的坝面保温涂料，用于对大坝进行保温防止温度骤降产生裂纹。

所述工业废弃物为偏高岭土、高岭土、粉煤灰、炉渣、煤渣中的任一种或几种，且该原料中所含的SiO2、Al2O3分别为53±10%和44±10%。

本发明中所述水玻璃选用的模数为 1.5~2.7的钠水玻璃或钾水玻璃。

所述强碱选用氢氧化钠、氢氧化钾或消石灰。

所述水选用蒸馏水或可安全饮用的自来水。

本发明中所述纳米金属氧化物选用纳米Fe2O3、纳米MnO2、纳米Co2O3和纳米CuO中的一种或几种，平均粒径50nm，纯度99.5%~100%。

所述无机添加剂选用硅灰石、硅微粉、蛭石和云母粉中的一种或几种。

所述表面活性剂选用硅烷偶联剂、吐温60、吐温80和司盘中的一种或几种。

大坝表面无机保温涂料的施工：用高压水枪对大坝表面冲洗，清理掉表面的浮灰、浮浆、浮砂等，经充分干燥后将本发明制备的无机保温涂料涂刷于大坝混凝土表面约5mm，表干后覆盖塑料薄膜
养护14天。

本发明的有益效果是：（1）无机保温涂料的导热系数低至0.15W/(m·K)，达到一定厚度可有效对大坝表面保温，免受温度骤降冲击，避免因温度骤降引起的大坝表面产生裂纹，保证大坝安全运行；（2）利用偏高岭土等工业废弃物制备保温涂料，原料易得，有利于资源的循环利用；（3）无机聚合物基体由SiO4、AlO4四面体组成，结构上具有空间三维网状键接结构，其优异的耐候性、防水性和综合力学性能，能很好的保护大坝表面混凝土免受外界环境的侵蚀破坏；（4）大坝表面无机保温涂料与混凝土间的粘接强度高达5.14MPa，保证了保温涂料在大坝表面粘接牢固，不会脱落。

本发明制备的大坝表面无机保温涂料，其优异的保温性能避免大坝表面温度骤降引起坝面裂纹的产生，优异的耐候性能承受阳光照射、温度骤变、干湿交替和冻融循环，而其优秀力学性能和防水性，能抵抗水流冲刷，避免保温涂料脱落及破坏。

本发明制备的大坝表面无机保温涂料不仅可以满足大坝表面表面保温和保护的需要，也可以作为民用建筑物外墙的保温涂料。

附图说明
图1为本发明无机保温涂料的表面显微形貌图。

图2为本发明无机保温涂料的断面显微形貌图。

图3为无机保温涂料与与混凝土粘接后断面的显微形貌图。

具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

实施例1：大坝表面无机保温涂料A的制备
将4kg的NaOH加入到4kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶
液，静置冷却。

将50kg模数为2.14的钠水玻璃加入到上述NaOH 溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入总量为45kg的偏高岭土于常温下搅拌均匀。

再加入0.5kg硅烷偶联剂、2kg针状硅灰石于上述烧杯中，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为20:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料。

将大坝表面无机保温涂料涂覆于处理好的混凝土试件表面，经30分钟表干后用塑料薄膜覆盖于涂料表面养护14天。

固化后的保温涂料表面显微形貌如图1所示，从图中可以看出，保温涂料表面平整，无裂纹。

断面显微形貌如图2所示，表明保温涂料内部致密，无裂纹，球形玻璃微珠均匀分布在材料基体中。

对无机保温涂料进行系列性能测试，测试结果如表1所示，涂料与混凝土间结合紧密，粘接性能优异，粘接强度达5.14MPa。

无机保温涂料与混凝土粘接后断面的显微形貌如图3所示，涂料与混凝土结合紧密，互相渗透，无间隙，表明涂料与混凝土间粘接牢固。

表1：大坝表面无机保温涂料A的基本性能
实施例2：大坝表面无机保温涂料B的制备
在上述大坝表面无机保温涂料A的无机聚合物基体材料配方中，再加入0.5kg平均粒径50nm的纳米Fe2O3，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为50:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为4.90MPa，导热系数为0.15W/(m·K)。

实施例3：大坝表面无机保温涂料C的制备
将3kg的消石灰加入到5kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶液，静置冷却。

将45kg模数为1.5的钾水玻璃加入到上述消石灰溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入总量为40kg的粉煤灰于常温下搅拌均匀。

加入0.7kg纳米Fe2O3、1kg硅烷偶联剂、1kg针状硅灰石和1份云母粉于上述烧杯中，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为35:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料C。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为5.02MPa，导热系数为0.22W/( m·K)。

实施例4：大坝表面无机保温涂料D的制备
将5kg的氢氧化钾加入到2kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶液，静置冷却。

将50kg模数为1.5的钾水玻璃加入到上述氢氧化钾溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入总量为45kg的高岭土于常温下充分搅拌均匀，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为40:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料D。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为5.22MPa，导热系数为0.20W/( m·K)。

实施例5：大坝表面无机保温涂料E的制备
将3kg的氢氧化钠加入到5kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶液，静置冷却。

将45kg模数为2.0的钠水玻璃加入到上述氢氧化钠溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入总量为40kg的炉渣于常温下搅拌均匀。

加入0.8kg纳米MnO2、1.2kg吐温60、0.9kg硅微粉于上述烧杯中，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为40:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料E。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为5.10MPa，导热系数为0.19W/( m·K)。

实施例6：大坝表面无机保温涂料F的制备
将5kg的氢氧化钾加入到5kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶液，静置冷却。

将43kg模数为1.8的钾水玻璃加入到上述氢氧化钠溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入总量为45kg的炉渣于常温下搅拌均匀。

加入0.5kg纳米MnO2、0.3kg纳米Co2O3 、1kg吐温80、2kg云母粉于上述烧杯中，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为45:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料E。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为5.20MPa，导热系数为0.24W/( m·K)。

实施例7：大坝表面无机保温涂料G的制备
将5kg的消石灰加入到5kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶液，静置冷却。

将48kg模数为2.5的钠水玻璃加入到上述消石灰溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入总量为45kg的煤渣于常温下搅拌均匀。

加入0.5kg纳米Co2O3 、0.5kg纳米CuO、1kg司盘、1.5kg 蛭石于上述烧杯中，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为40:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料G。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为5.00MPa，导热系数为0.18W/( m·K)。

实施例8：大坝表面无机保温涂料H的制备
将2kg的氢氧化钠加入到2kg的水中，在烧杯中搅拌溶解配成溶液，静置冷却。

将40kg模数为2.7的钠水玻璃加入到上述氢氧化钠溶液的烧杯中搅拌均匀，分批加入20kg粉煤灰和25kg炉渣于常温下搅拌均匀。

加入0.5kg纳米CuO、1.0kg硅灰石于上述烧杯中，充分搅拌，得到无机聚合物基体材料。

将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比为30:1混合，充分搅拌均匀，得到大坝表面无机保温涂料H。

对无机保温涂料进行系列性能测试，其粘接强度为5.16MPa，导热系数为0.25W/( m·K)。

权利要求书
1、一种大坝表面无机保温涂料，其特征在于：它包括无机聚合物基体材料和空心玻璃微珠，所述无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠的质量比为20:1~50:1；所述无机聚合物基体材料按照质量份数包括如下组分：工业废弃物40~45份，水玻璃40~50份，强碱2~5份，水2~5份，纳米金属氧化物0~1份，无机添加剂0~2份，表面活性剂0~1份。

2、根据权利要求1所述的大坝表面无机保温涂料的制备方法，其特征在于：按照质量份数，将强碱与水配成溶液冷至常温后，将称量好的水玻璃倒入其中，加入工业废弃物并分散均匀，使之充分反应后，再加入纳米金属氧化物材料、表面活性剂和无机添加剂并分散均匀，制得无机聚合物基体材料；将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比混合，分散均匀，制得大坝表面无机保温涂料。

3、根据权利要求2所述的大坝表面无机保温涂料的制备方法，其特征在于：在使原料分散均匀的过程中，采用搅拌或研磨的方式混合均匀。

4、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特征在于：所述工业废弃物为偏高岭土、高岭土、粉煤灰、炉渣、煤渣中的任一种或几种，且该原料中所含的SiO2、Al2O3分别为53±10%和44±10%。

5、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特征在于：所述水玻璃选用的模数为1.5~2.7的钠水玻璃或钾水玻璃。

6、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特
征在于：所述强碱选用氢氧化钠、氢氧化钾或消石灰。

7、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特征在于：所述水选用蒸馏水或可安全饮用的自来水。

8、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特征在于：所述纳米金属氧化物选用纳米Fe2O3、纳米MnO2、纳米Co2O3和纳米CuO中的一种或几种，平均粒径50nm，纯度99.5%~100%。

9、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特征在于：所述无机添加剂选用硅灰石、硅微粉、蛭石和云母粉中的一种或几种。

10、根据权利要求1或2所述的大坝表面无机保温涂料，其特征在于：所述表面活性剂选用硅烷偶联剂、吐温60、吐温80和司盘中的一种或几种。

说明书摘要
本发明公开了一种大坝表面无机保温涂料及其制备方法。

按照质量份数，将强碱与水配成溶液冷至常温后，将称量好的水玻璃倒入其中，加入工业废弃物并分散均匀，使之充分反应后，再加入纳米金属氧化物材料、表面活性剂和无机添加剂并分散均匀，制得无机聚合物基体材料；将制备好的无机聚合物基体材料与空心玻璃微珠按质量比混合，分散均匀，制得大坝表面无机保温涂料。

本发明制备的大坝表面无机保温涂料，能有效防止大坝表面温度骤降引起坝面裂纹的产生，能承受阳光照射、温度骤变、干湿交替和冻融循环，能抵抗水流冲刷，避免保温涂料脱落及破坏。

摘要附图
说明书附图
图1
图2
图3。