本發(fā)明涉及一種防水材料，尤其涉及一種石墨烯/碳納米管水泥基防水材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著建設(shè)規(guī)模不斷增大，混凝土的使用越來(lái)越廣泛，混凝土是現(xiàn)代建筑中最常用的建筑材料，由于混凝土本質(zhì)上是一種多孔性材料，其表面不可避免存在微孔和微裂紋。這些結(jié)構(gòu)缺陷為水分子滲入混凝土內(nèi)部提供了通道。住宅易于出現(xiàn)地下室滲漏、衛(wèi)生間滲水、墻體滲水等問(wèn)題。其他不同作用機(jī)理的防水材料，基本都面臨老化問(wèn)題，因此只能在短時(shí)期內(nèi)發(fā)揮防水功效，導(dǎo)致防水部位頻繁出現(xiàn)滲漏問(wèn)題。
建筑防水是建筑工程中一個(gè)十分重要的組成部分，隨著防水功能要求的提高和住宅商品化，建筑防水材料正朝著多元化、多功能、環(huán)保型方向發(fā)展。我國(guó)新型建筑防水材料按形態(tài)和作用通常分為5大類(lèi)：防水卷材、防水涂料、密封材料、剛性防水及堵漏止水材料。其中剛性防水材料按作用又可分為有承重作用(自防水混凝土)的防水材料和有防水作用(涂層防水層)的防水材料。
水泥基防水材料屬于剛性防水材料，以水泥、砂、石為主要原料，摻加少量有機(jī)、無(wú)機(jī)外加劑，如減水劑、膨脹劑等，在水泥基材表面或者內(nèi)部形成一層致密層，阻止水分的通過(guò)，從而達(dá)到防水的目的。但是由于水泥基防水材料是一種多相復(fù)合脆性材料，不同相之間存在性能薄弱的界面過(guò)渡區(qū)，導(dǎo)致水泥基材料內(nèi)部易產(chǎn)生裂紋，導(dǎo)致防水性能變差，嚴(yán)重影響建筑物服役壽命。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
發(fā)明目的：本發(fā)明的第一目的是提供一種抗裂性能優(yōu)越，同時(shí)具有一定的自愈能力，與基材變形協(xié)調(diào)好，并能夠消耗部分工業(yè)廢渣的石墨烯/碳納米管水泥基防水材料，第二目的是提供該石墨烯/碳納米管水泥基防水材料的制備方法。
技術(shù)方案：本發(fā)明所述的石墨烯/碳納米管水泥基防水材料，由1.2-2質(zhì)量份的水劑和15-25質(zhì)量份的粉劑組成；
其中，所述水劑包括以下質(zhì)量份的物料組成：石墨烯0.005-0.03份、碳納米管0.005-0.3份、水0.8-1.2份、分散劑0.1-0.3份、消泡劑0.1-0.3份；
所述粉劑包括以下質(zhì)量份的物料組成：硅酸鹽水泥6-9份、硅質(zhì)細(xì)砂12-14份、工業(yè)廢渣0.6-1份、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑0.8-2份、硅鋁質(zhì)礦物外加劑1.5-3.5份、膨潤(rùn)土1.2-2.2份、減縮型減水劑0.1-0.4份。
所述石墨烯為氧化石墨烯，其含氧量為0.1％-30％，厚度為1nm-50nm，尺寸大小為100nm-50μm。
所述碳納米管為單壁或者多壁納米管，長(zhǎng)徑比為500-3000，長(zhǎng)度為10-100μm。
所述硅酸鹽水泥的強(qiáng)度等級(jí)為42.5以上。
所述硅質(zhì)細(xì)沙為70-140目的石英砂。
所述超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑為超細(xì)硅灰，比表面積不小于18000m2/kg，其中sio2的含量不低于92％。
所述硅鋁質(zhì)礦物外加劑為i級(jí)粉煤灰，比表面積不小于550m2/kg。
所述減縮型減水劑為減縮型聚羥酸系減水劑，其減少率為25％以上，與普通減水劑相比，本發(fā)明使用的減水劑減少了20％左右的干燥收縮。
所述膨潤(rùn)土為有機(jī)膨潤(rùn)土；所述分散劑為表面活性劑；消泡劑為磷酸三丁脂。
所述的石墨烯/碳納米管水泥基防水材料由以下步驟制備而成：
(1)將石墨烯和碳納米管加入水中，再繼續(xù)添加表面分散劑和消泡劑，混合超聲30-60min，得溶液a；
(2)將工業(yè)廢渣、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑、硅鋁質(zhì)礦物外加劑、膨潤(rùn)土、減縮型減水劑加入溶液a中，然后再加入硅酸鹽水泥，混合均勻后，加入硅質(zhì)細(xì)沙繼續(xù)攪拌混合均勻，得到石墨烯/碳納米管水泥基防水材料。
有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的顯著的優(yōu)點(diǎn)為：(1)本發(fā)明制備的石墨烯/碳納米管水泥基防水材料是一種無(wú)機(jī)類(lèi)水泥基混合材料，屬于剛性防水材料。施工后防水材料的生成物與混凝土結(jié)構(gòu)相當(dāng)。在水的作用下，防水材料中含有的納微米材料(石墨烯、碳納米管)及活性化學(xué)物質(zhì)以水為載體，被帶入混凝土多孔結(jié)構(gòu)的內(nèi)部孔縫中，隨著水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)毛孔的滲透與混凝土中的游離子交互反應(yīng)生成不溶于水的結(jié)晶物，結(jié)晶物是在石墨烯的活性基團(tuán)上生長(zhǎng)，形成疊成狀、相互交叉的微晶體，結(jié)晶物在混凝土結(jié)構(gòu)孔縫中吸水膨脹從而使混凝土結(jié)構(gòu)變得致密，并且由于使混凝土結(jié)構(gòu)表層向縱深處逐漸形成一個(gè)致密的抗?jié)B區(qū)域，大大提高了結(jié)構(gòu)整體的抗?jié)B能力。同時(shí)，石墨烯具有疏水的作用，處于混凝土縫隙中的石墨烯可以一定程度地排斥水的浸入；(2)由于納米顆粒的納米尺寸效應(yīng)和填充效應(yīng)，在納米尺度可以限制裂縫的出現(xiàn)，加之其活性，可以在多年以后還能被水激活，故二次裂縫能生長(zhǎng)出新的結(jié)晶物。防水涂料的滲透結(jié)晶體，在保護(hù)混凝土內(nèi)部鋼筋不受侵蝕的基礎(chǔ)上，具有一定的自愈能力，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命。應(yīng)用在混凝土結(jié)構(gòu)背水面或迎水面都不影響其應(yīng)用效果，對(duì)基面要求低且防水涂層對(duì)普通砂漿的粉飾也有很好的親和作用。只要涂層完全固化后，就不怕磕碰、剝落及磨損；(3)本發(fā)明使用物料可以消耗部分工業(yè)廢渣，同時(shí)添加的膨潤(rùn)土可以吸附水中的污染物，綜合達(dá)到綠色環(huán)保節(jié)能的效果。(4)本發(fā)明制備的石墨烯/碳納米管水泥基防水材料可以在混凝土結(jié)構(gòu)表面形成致密的表面增強(qiáng)層，不僅可以起到防水的作用，還可以減緩混凝土的碳化深度。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
石墨烯/碳納米管水泥基防水材料，水劑1.2質(zhì)量份、粉劑15質(zhì)量份。水劑包括以下以質(zhì)量份計(jì)的組份：石墨烯0.005份，碳納米管水0.005份，水0.8份，分散劑0.1份，消泡劑0.1份；所述的石墨烯為氧化石墨烯，石墨烯中氧的質(zhì)量為0.1％，厚度為1nm、尺寸大小為100nm；所述的碳納米管為單壁碳納米管，長(zhǎng)徑比為500，長(zhǎng)度10μm。分散劑為tndisr(op10)，消泡劑為磷酸三丁酯。粉劑包括以下質(zhì)量份計(jì)的組份：硅酸鹽水泥6份，硅質(zhì)細(xì)砂12份、工業(yè)廢渣(煤渣)0.6份、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑0.8份、硅鋁質(zhì)礦物外加劑1.5份、膨潤(rùn)土1.2份、減縮型減水劑0.1份。硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為42.5；超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑為超細(xì)硅灰，比表面積為18000m2/kg，sio2含量為92％；硅鋁質(zhì)礦物外加劑為i級(jí)粉煤灰，比表面積為550m2/kg；所述的硅質(zhì)細(xì)砂為70目的石英砂；所述的膨潤(rùn)土為有機(jī)膨潤(rùn)土；所述的減縮型減水劑為減縮型聚羧酸系減水劑，減水率為25％。
將上述質(zhì)量份的石墨烯、碳納米管加入水中，添加表面分散劑、消泡劑超聲30min；然后將工業(yè)廢渣、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑、硅鋁質(zhì)礦物外加劑、膨潤(rùn)土、減縮型減水劑加入上述配制的溶液中，攪拌10min后加入硅酸鹽水泥，攪拌10min混合均勻后，加入硅質(zhì)細(xì)砂，繼續(xù)攪拌10min混合均勻，得到石墨烯/碳納米管水泥基防水材料產(chǎn)品。
對(duì)制得的水泥基防水材料進(jìn)行抗?jié)B水能力測(cè)試，對(duì)試樣進(jìn)行多次測(cè)試取值，該防水材料的第一次抗?jié)B壓力(28d)為1.2-1.5mpa，第二次抗?jié)B壓力(56d)(即第一次抗?jié)B試驗(yàn)透水后的試件再次置于水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)28天)為0.8-1.2mpa，滲透壓力比(28d)(即本實(shí)施例試件在同齡期的抗?jié)B壓力與基準(zhǔn)混凝土試件的抗?jié)B壓力之比)約為300-350％。
實(shí)施例2
石墨烯/碳納米管水泥基防水材料，水劑1.6質(zhì)量份、粉劑20質(zhì)量份。水劑包括以下以質(zhì)量份計(jì)的組份：石墨烯0.02份，碳納米管水0.015份，水1份，分散劑0.2份，消泡劑0.2份；所述的石墨烯為氧化石墨烯，石墨烯中氧的質(zhì)量為15％，厚度為25nm、尺寸大小為25μm；所述的碳納米管為多壁碳納米管，長(zhǎng)徑比為1700，長(zhǎng)度55μm。分散劑為十二烷基苯磺酸鈉，消泡劑為磷酸三丁酯。粉劑包括以下質(zhì)量份計(jì)的組份：硅酸鹽水泥7.5份，硅質(zhì)細(xì)砂13份、工業(yè)廢渣(煤渣)0.8份、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑1.4份、硅鋁質(zhì)礦物外加劑2.5份、膨潤(rùn)土1.6份、減縮型減水劑0.25份。硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為52.5；超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑為超細(xì)硅灰，比表面積為25000m2/kg，sio2含量為95％；硅鋁質(zhì)礦物外加劑為i級(jí)粉煤灰，比表面積為800m2/kg；所述的硅質(zhì)細(xì)砂為100目的石英砂；所述的膨潤(rùn)土為有機(jī)膨潤(rùn)土；所述的減縮型減水劑為減縮型聚羧酸系減水劑，減水率為40％。
將上述質(zhì)量份的石墨烯、碳納米管加入水中，添加表面分散劑、消泡劑超聲45min；然后將工業(yè)廢渣、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑、硅鋁質(zhì)礦物外加劑、膨潤(rùn)土、減縮型減水劑加入上述配制的溶液中，攪拌10min后加入硅酸鹽水泥，攪拌10min混合均勻后，加入硅質(zhì)細(xì)砂，繼續(xù)攪拌10min混合均勻，得到石墨烯/碳納米管水泥基防水材料產(chǎn)品。
對(duì)制得的水泥基防水材料進(jìn)行抗?jié)B水能力測(cè)試，對(duì)試樣進(jìn)行多次測(cè)試取值，該防水材料的第一次抗?jié)B壓力(28d)為1.8-2.2mpa，第二次抗?jié)B壓力(56d)為1.2-1.8mpa，滲透壓力比(28d)，滲透壓力比(28d)約為385-435％。
實(shí)施例3
石墨烯/碳納米管水泥基防水材料，水劑2質(zhì)量份、粉劑25質(zhì)量份。水劑包括以下以質(zhì)量份計(jì)的組份：石墨烯0.03份，碳納米管水0.03份，水1.2份，分散劑0.3份，消泡劑0.3份；所述的石墨烯為氧化石墨烯，石墨烯中氧的質(zhì)量為30％，厚度為50nm、尺寸大小為50μm；所述的碳納米管為多壁碳納米管，長(zhǎng)徑比為3000，長(zhǎng)度100μm。分散劑為阿拉伯熟膠粉，消泡劑為磷酸三丁酯。粉劑包括以下質(zhì)量份計(jì)的組份：硅酸鹽水泥9份，硅質(zhì)細(xì)砂14份、工業(yè)廢渣(煤渣)1份、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑2份、硅鋁質(zhì)礦物外加劑3.5份、膨潤(rùn)土2份、減縮型減水劑0.4份。硅酸鹽水泥強(qiáng)度等級(jí)為62.5；超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑為超細(xì)硅灰，比表面積為32000m2/kg，sio2含量為99％；硅鋁質(zhì)礦物外加劑為i級(jí)粉煤灰，比表面積為1000m2/kg；所述的硅質(zhì)細(xì)砂為140目的石英砂；所述的膨潤(rùn)土為有機(jī)膨潤(rùn)土；所述的減縮型減水劑為減縮型聚羧酸系減水劑，減水率為55％。
將上述質(zhì)量份的石墨烯、碳納米管加入水中，添加表面分散劑、消泡劑超聲60min；然后將工業(yè)廢渣、超細(xì)硅質(zhì)礦物外加劑、硅鋁質(zhì)礦物外加劑、膨潤(rùn)土、減縮型減水劑加入上述配制的溶液中，攪拌10min后加入硅酸鹽水泥，攪拌10min混合均勻后，加入硅質(zhì)細(xì)砂，繼續(xù)攪拌10min混合均勻，得到石墨烯/碳納米管水泥基防水材料產(chǎn)品。
對(duì)制得的水泥基防水材料進(jìn)行抗?jié)B水能力測(cè)試，對(duì)試樣進(jìn)行多次測(cè)試取值，該防水材料的第一次抗?jié)B壓力(28d)為1.3-1.8mpa，第二次抗?jié)B壓力(56d)為1.0-1.5mpa，滲透壓力比(28d)約為350-395％。
對(duì)比例1
按照申請(qǐng)?zhí)枮?01510793589.x，名稱(chēng)為一種建筑用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料中的實(shí)施例6的方法制成防水材料，抗?jié)B壓力(28d)為1.2mpa，第二次抗?jié)B壓力(56d)為0.8mpa。滲透壓力比(28d)為300％。
對(duì)比例2
按照申請(qǐng)?zhí)枮?01110401622.1，名稱(chēng)為一種聚合物水泥基滲透結(jié)晶型防水材料、其制備方法和使用方法中實(shí)施例1的方法制成防水材料，抗?jié)B壓力(28d)為1.3mpa，第二次抗?jié)B壓力(56d)為0.8mpa。滲透壓力比(28d)為260％。
根據(jù)gb18445-2012規(guī)定的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的要求，一次抗?jié)B壓力值必須超過(guò)1.2mpa，而二次抗?jié)B壓力值超過(guò)0.8mpa，滲透壓力比(28d)超過(guò)200％，本發(fā)明的實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3的結(jié)果均滿(mǎn)足要求，與對(duì)比例1和對(duì)比例2的防水材料相比也都有提高，特別是實(shí)施例2，防滲水效果具有很大的提高。