一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆及其制备方法

本发明涉及无机非金属材料的，具体涉及一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆及其制备方法。

背景技术：

1、混凝土以简单的工艺、价格低廉、原料丰富、优异的力学性能等优势，成为在房屋、道路、桥梁、水利工程、海洋工程等最广泛使用的建筑材料之一。由于原料的亲水性和混凝土本身的多孔性，在毛细作用下，水以及水中的腐蚀性离子(例如，cl-、so42-、h+、mg2+)很容易渗透混凝土内部。大量研究表明腐蚀性离子会与水化产物或者钢筋发生反应，导致混凝土耐久性下降和钢筋力学性能损失。更严重的是，被腐蚀的钢筋会加剧混凝土的破坏，这对建筑物的安全性与使用寿命具有极其不利的影响。另一方面，有研究调查和估计处理腐蚀结构的成本约为每年3万亿美元，约占2013年全球gdp的3.4％，所造成的经济损失规模巨大。因此，提高混凝土结构的抗腐蚀性能对于工程安全与国家经济有极其重要的影响。

2、由于水是离子传输的介质，降低混凝土的渗透性是阻止离子侵入混凝土从而提高其抗侵蚀能力与耐久性的有效途径。受到自然界中动植物的启发，水接触角大于150°的超疏水表面由于其完全拒水性而受到越来越多的关注，在防腐蚀、减阻、自清洁方面有重要价值。根据已有研究表明，构造超疏水表面的方法主要分为两种：在表面涂刷疏水涂层和构造整体疏水结构。而超疏水表面涂层容易受到机械磨损导致超疏水性退化，这限制了其在实际工程中的应用。与表面疏水改性相比，即使整体疏水混凝土表面被破坏，新暴露的表面仍然具有疏水性。因此，整体疏水混凝土的长期疏水性和耐久性远远高于表面疏水混凝土。现有技术包括利用聚二甲基硅氧烷(pdms)附着在辛烷挥发留下的孔壁上实现水泥砂浆的超疏水改性，其具有166°的接触角。还有在拌和过程中加入氟烷基硅烷制备了接触角为158°的超疏水砂浆，以铜网覆盖构造多层级粗糙结构。以及以硬脂酸作为低表面能改性剂处理砂，制造超疏水混凝土。

3、虽然，疏水性添加剂改性后的混凝土疏水性和耐久性被提高，但是不同的改性剂各有其局限性。含氟改性剂对人体健康有不利影响且对环境造成负担；而硅烷、硅氧烷成本昂贵，难以广泛应用到工程中；硬脂酸虽然廉价和绿色环保，但长碳链的硬脂酸(sa,ch3(ch2)16cooh)需要较高的温度溶解在乙醇，并且难以在常温下保持液态，导致在新鲜砂浆中很难均匀地分散。

4、因此，开发出绿色环保、价格低廉、简单的新型疏水添加剂成为迫切需要。

技术实现思路

1、针对上述问题，现提供一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆及其制备方法，该制备方法具有制备方便、成本低、环保无毒、效果快等优点，为超疏水材料在建筑材料领域的良好应用提供支撑。

2、具体技术方案如下：

3、本发明的第一个方面是提供一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆的制备方法，具有这样的特征，包括以下步骤：

4、1)将月桂酸溶于无水乙醇中，搅拌均匀，得到月桂酸乙醇溶液；

5、2)向步骤1)所得月桂酸乙醇溶液中加入去离子水，在60～65℃下搅拌3～5min，随后再在温度40～55℃环境中超声波分散30～45min，得到低表面能溶液；

6、3)将步骤2)中所得低表面能溶液倒入装有标准砂的小型搅拌器中，搅拌一段时间，然后加入高贝利特硫酸铝酸盐水泥，再先低速搅拌180～210s，之后再高速搅拌120～150s，得到改性水泥砂浆，倒入模具，振动去除气泡；

7、4)将步骤3)所得样品脱模后在20～25℃、相对湿度为90～95％的标准养护室中养护24～72h，随后在空气中干燥，形成超疏水性水泥砂浆块。

8、上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤3)水泥砂浆中高贝利特硫酸铝酸盐水泥和月桂酸、无水乙醇的质量比为1：(0.04～0.06)：(0.06～0.10)，水泥砂浆的水灰比为0.45～0.50。

9、上述的制备方法，还具有这样的特征，步骤3)水泥砂浆中砂胶比为0.7～1。

10、本发明的第二个方面是提供一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆块，具有这样这样的特征，根据上述制备方法制备获得。

11、上述方案的有益效果是：

12、1)本发明提供的水泥砂浆块的静态接触角可达154.8°；初凝时间为27～29min，终凝时间为33～36min；

13、2)本发明提供的水泥砂浆块与未改性的高贝利特硫酸铝酸盐水泥砂浆相比浸泡吸水率可以可降低达77％；

14、3)本发明提供的水泥砂浆块具有良好的自清洁效果与机械耐久性。

技术特征：

1.一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)水泥砂浆中高贝利特硫酸铝酸盐水泥和月桂酸、无水乙醇的质量比为1：(0.04～0.06)：(0.06～0.10)，水泥砂浆的水灰比为0.45～0.50。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)水泥砂浆中砂胶比为0.7～1。

4.一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆块，其特征在于，根据权利要求1-3任一项所述制备方法制备获得。

技术总结
本发明涉及一种速凝、低成本、坚固的整体疏水水泥砂浆及其制备方法，上述制备方法包括：1)将月桂酸溶于无水乙醇中，搅拌均匀，得到月桂酸乙醇溶液；2)向月桂酸乙醇溶液中加入去离子水，在60～65℃下搅拌3～5min，随后再在温度40～55℃环境中超声波分散30～45min，得低表面能溶液；3)将低表面能溶液倒入装有标准砂的小型搅拌器中，搅拌一段时间后加入高贝利特硫酸铝酸盐水泥，再先低速搅拌180～210s，再高速搅拌120～150s，得到改性水泥砂浆，倒入模具，振动去除气泡；4)将步骤3)所得样品脱模后养护、干燥，形成超疏水性水泥砂浆块。本发明提供的水泥砂浆块具有良好的自清洁效果与机械耐久性。

技术研发人员：王桥,张永振,周伟,卢云杉,张思凡,常晓林,周宏飞,王三省
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12