一种复合掺杂型膨润土改性剂及防水材料的制备方法

本发明涉及建筑防水，具体为一种多离子复合掺杂型膨润土改性剂及高抗渗透防水材料的制备方法。

背景技术：

1、水泥混凝土，作为一种重要的建筑材料，本质上归属于一种非均质结构体，内部存在的微裂纹、孔隙是其基本属性，难以彻底消除。水泥混凝土表面存在的微裂纹和孔隙等缺陷会降低了水泥混凝土的渗透性能。为此，国内外众多研究学者针对水泥混凝土的抗渗透性能从材料配方组成、制备工艺等角度开展了大量研究，其中研制开发高抗渗透防水混凝土添加改性剂是目前较为行之有效的技术方案之一。

2、已有研究表明：膨润土是以蒙脱石为主要矿物的粘土岩，通常也会有长石、碳酸盐或者石英等矿物伴生在一起。按照其层间阳离子的种类和比值可以分为钙基膨润土(ca-膨润土)、钠基膨润土(na-膨润土)、镁基膨润土(mg-膨润土)等。利用膨润土的吸水膨胀特性可以将其作为一种防水抗渗材料应用于建筑工程中。最常见的产品主要包括：土工合成膨润土防水毯以及膨润土垂直防渗墙。近年来，研究者们致力于将膨润土有机化改性，然后作为一种矿物外加剂加入水泥基材料中，使其强度、防水性能等得到提升；但关于无机蒙脱石对水泥基材料抗渗性能的研究很少有报道。而且，calabria-holley等在研究不同种类蒙脱石纳米颗粒在水泥水化环境下的行为时发现：无机蒙脱土有利于纳米粒子与水泥颗粒的混溶性，并为csh提供额外的成核位点。并提出，无机类蒙脱石可以有效地替换有机改性蒙脱石作为水泥中的添加剂，改善水泥水化环境下的行为。

3、为此，基于上述研究思路，本发明提出一种多离子复合掺杂型膨润土改性高抗渗透防水混凝土的制备方法。即通过表面改性技术对无机类蒙脱石进行mg2+、na+和al3+等无机离子复合掺杂改性，并应用于水泥混凝土产品，改善传统水泥混凝土基体的抗渗透性，综合提升传统水泥混凝土的表面强度、抗渗性等综合性能。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术中的不足，本发明的目的在于开发一种用于水泥混凝土产品，改善传统水泥混凝土基体的抗渗透性的改性剂。

2、一种复合掺杂型膨润土改性剂的制备方法，其包括如下步骤：1)称取一定量的硫酸镁、硫酸钠、硫酸铝中的两种或三种，分别溶于超纯水中配制成浓度范围为0.1～0.9mol/l的改性剂溶液；2)将ca-膨润土与步骤1)中配置好的改性剂溶液按质量比1：(5～20)的混合，于磁力搅拌器上进行强力搅拌至完全混合均匀状态；3)将步骤2)中的混合均匀的混合物导入水热反应釜中进行水热熟化反应；4)反应完成后自然冷却至室温，将获得的水热反应产物采用去离子水进行离心洗涤，并置于鼓风干燥箱中进行烘干处理；5)将烘干处理后产物进行粉碎磨细得到复合掺杂型膨润土改性剂粉体。

3、优选的，步骤3)中水热温度为60～120℃，水热时间为8～24h，水热搅拌速度为300～500rpm。

4、优选的，步骤2)中磁力搅拌器上进行强力搅拌的时间为2小时。

5、优选的，所述步骤4)中干燥温度为100°。

6、本专利还公开了一种以权利要求1至4任意一项权利要求制备的复合掺杂型膨润土改性剂及水泥、石英砂、骨料为原料按(4:3:2:1)质量比例进行混合；将混合物与溶剂-去离子水按照质量比80:20比例配置，得到防水材料。

7、优选的，所述水泥为水泥为浙江钱潮控股股份有限公司p.o.42.5普通硅酸盐水泥。

8、优选的，石英砂为纯度≥98％，粒度2～10mm。

9、优选的，骨料中砂符合gb/t 17671规定的iso标准砂，细度模数2.62，粒径≤5mm。

10、上述技术方案具有如下有益效果：本发明提出的多离子复合掺杂改性膨润土具有良好的颗粒填充效应、吸水特性等优点，其特征优势在于复合掺杂改性技术，该技术是基于奥斯瓦尔德熟化原理，在一定的高温高压驱动下，实现mg2+、na+和al3+不同无机离子在分子、原子、离子水平的充分有效掺杂，调控掺杂浓度等因素，充分发挥不同无机离子各自的协同增效特性，可以实现膨润土改性剂发挥共掺后的固溶强化效果，应用于混凝土中后可以起到综合提升混凝土抗渗性能、力学性能等。该复合掺杂型膨润土改性剂与水泥水化产物之间的相互作用使其可以降低砂浆孔隙率并能够将砂浆中一部分的有害大孔转化为无害的小孔结构，有利于混凝土抗渗性能的提升；相比于未掺杂改性膨润土而言，采用水热熟化合成技术实现多离子复合掺杂改性膨润土的制备，实现mg2+、na+和al3+不同无机离子的有效掺杂，获得多离子复合掺杂改性的膨润土材料，这在混凝土抗渗性能提升的同时保证了良好的力学性能，达到了协同增强作用。

技术特征：

1.一种复合掺杂型膨润土改性剂的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的复合掺杂型膨润土改性剂的制备方法，其特征在于，步骤3）中水热温度为60~120℃，水热时间为8~24h，水热搅拌速度为300~500rpm。

3.根据权利要求1所述的复合掺杂型膨润土改性剂的制备方法，其特征在于，步骤2）中磁力搅拌器上进行强力搅拌的时间为2小时。

4.根据权利要求1所述的复合掺杂型膨润土改性剂的制备方法，其特征在于，所述步骤4）中干燥温度为100°。

5.一种防水材料的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：以权利要求1至4任意一项权利要求制备的复合掺杂型膨润土改性剂和水泥、石英砂、骨料为原料按照质量比4:3:2:1进行混合；将混合物与去离子水照质量比80:20比例配置，得到防水材料。

6.根据权利要求5所述的防水材料的制备方法，其特征在于，所述水泥为水泥为浙江钱潮控股股份有限公司 p.o. 42.5 普通硅酸盐水泥。

7.根据权利要求5所述的防水材料的制备方法，其特征在于，石英砂为纯度≥98%，粒度2~10mm。

8.根据权利要求5所述的防水材料的制备方法，其特征在于，骨料中砂符合 gb/t17671 规定的 iso 标准砂，细度模数2.62，粒径≤5mm。

技术总结
本发明公开了一种复合掺杂型膨润土改性剂的制备方法，该制备方法基于奥斯瓦尔德熟化原理，在一定的高温高压驱动下，实现Mg2+、Na+和Al3+不同无机离子在分子、原子、离子水平的充分有效掺杂，调控掺杂浓度等因素，充分发挥不同无机离子各自的协同增效特性，可以实现膨润土改性剂发挥共掺后的固溶强化效果，应用于混凝土中后可以起到综合提升混凝土抗渗性能、力学性能等，在混凝土抗渗性能提升的同时保证了良好的力学性能，达到了协同增强作用。

技术研发人员：盛建松,曾志勇,杨飞,孔德玉,刘振中
受保护的技术使用者：浙江大学台州研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13