本發(fā)明涉及一種防水粉體材料生存加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種烷基硅烷表面改性后具有憎水特性的烷基硅烷化硅灰微粉的制備方法。
技術(shù)背景
硅灰是從金屬硅或是硅鐵等合金冶煉的煙氣中回收的粉塵。硅灰平均粒徑為0.1～0.3微米，比表面積為15000～28000m2/kg。其主要成分為二氧化硅，含量在75％～96％。雜質(zhì)成分為氧化鋁、氧化鈉、氧化鈣、氧化鎂、氧化鐵和活性炭等。
目前國(guó)內(nèi)外對(duì)硅灰的利用主要為混凝土工業(yè)，耐火材料添加劑、水泥摻合料等，應(yīng)用范圍十分廣泛。從混凝土工業(yè)中已經(jīng)廣發(fā)應(yīng)用在海港工程、水電水利工程、工民建筑工程、公路鐵路建設(shè)工程等，大部分是用于改善水泥混凝土性質(zhì)和性能，用于配制具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐磨、耐沖刷、耐腐蝕、高抗?jié)B透等特性的特種混凝土。硅灰應(yīng)用于混凝土中，可以填充顆?？障?，提高體積密度和降低孔隙率。同時(shí)硅灰在混凝土中具有火山灰反應(yīng)，水化形成的富硅凝膠強(qiáng)度高于ca(oh)2與水泥水化凝膠工作作用。
今年來(lái)由于硅灰在混凝土中應(yīng)用較廣，成本逐漸降低，是一種易得的微硅粉體材料，雖然加入硅灰后，混凝土的吸水率往往能夠得到一定程度的降低，但由于其本身為親水材料，其防水效果并不顯著。
烷基硅烷，如異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷等有機(jī)硅材料具有優(yōu)異的防水效果，一般僅用于混凝土表面浸漬，其滲透深度一般為5mm以內(nèi)，無(wú)法滲透至更深層的混凝土中。由于烷基硅烷本身為憎水油性液體材料，不能直接內(nèi)摻到新拌混凝土內(nèi)。
混凝土自體防水抗蝕是當(dāng)今為了保證混凝土耐久性而提出的更高要求，即在混凝土內(nèi)摻入防水抗蝕材料，讓混凝土本身具備防水抗蝕的功能，其中憎水粉是最常用的防水抗蝕材料之一。同時(shí)近年來(lái)干混砂漿由于施工方便，作為新興材料已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，而防水干混砂漿中的憎水成分即為憎水粉。
有機(jī)硅憎水粉作為憎水材料已經(jīng)在干混砂漿生產(chǎn)中得以應(yīng)用，但價(jià)格昂貴，因此有必要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)更為廉價(jià)的粉體憎水、防水材料。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種內(nèi)摻于混凝土中，可使混凝土自身具備防水抗蝕作用的添加材料。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料，所述混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料是以混合物a及懸濁液b混合均勻并經(jīng)高速分散剪切乳化后制得的膏體狀乳液再經(jīng)脫水所制得的烷基硅烷化硅灰粉末，
所述混合物a是烷基硅烷與硅灰按質(zhì)量配比為烷基硅烷:硅灰＝(2.8～3.2)：(4.5～5.5)的混合物，所述懸濁液b是含有氫氧化鈣及水的混合懸濁液，混合物a與懸濁液b的質(zhì)量比為(50～60)：(40～50)。
所述懸濁液b中水與氫氧化鈣的質(zhì)量比為水：氫氧化鈣：＝(40～50)：1。
所述懸濁液b中還含有氣相二氧化硅，水與氫氧化鈣、氣相二氧化硅的質(zhì)量比為水：氫氧化鈣：氣相二氧化硅＝(40～50)：(1～2)：(0.5～2)。
所述混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料通過(guò)以步驟制備而得：
(1)按配比配料；
(2)在硅灰中加入烷基硅烷，以450～550轉(zhuǎn)/分鐘低速攪拌，使硅灰完全被烷基硅烷浸潤(rùn)，制得混合物a；
(3)把其余配料混合至水中攪拌，制成氫氧化鈣、氣相二氧化硅懸濁液b；
(4)把混合物a和懸濁液b混合，在高速分散機(jī)以7500～8500轉(zhuǎn)/分鐘高速剪切乳化，制成細(xì)膩穩(wěn)定的膏體狀乳液c，冷卻至室溫并靜置24小時(shí)；
(5)將制得的分散均勻的膏體狀乳液c在溫度60℃下脫水烘干，制得烷基硅烷化硅灰粉末。
所述烷基硅烷為異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷中的一種或一種以上的組合。
硅灰為冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時(shí)產(chǎn)生的sio2和si氣體與空氣中的氧氣迅速氧化并冷凝而形成的超細(xì)硅質(zhì)粉體材料，硅灰含有以下質(zhì)量比的成份：sio2：al2o3：fe2o3：mgo：cao：nao＝(75～96％)：(1.0±0.2％)：(0.9±0.3％)：(0.7±0.1％)：(0.3±0.1％)：(1.3±0.2％)，ph值呈中性，顆粒細(xì)度小于1μm的占80％以上，平均粒徑在0.1～0.3μm，比表面積達(dá):15～28m2/g。
一種制備如上任一所述的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的方法，其包括以下步驟：
(1)按配比配料；
(2)在硅灰中加入烷基硅烷，以450～550轉(zhuǎn)/分鐘低速攪拌，使硅灰完全被烷基硅烷浸潤(rùn)，制得混合物a；
(3)把其余配料混合至水中攪拌，制成氫氧化鈣、氣相二氧化硅懸濁液b；
(4)把混合物a和懸濁液b混合，在高速分散機(jī)以7500～8500轉(zhuǎn)/分鐘高速剪切乳化，制成細(xì)膩穩(wěn)定的膏體狀乳液c；
(5)將制得的分散均勻的膏體狀乳液c在溫度60℃下脫水烘干，制得烷基硅烷化硅灰粉末。
一種如上任一所述的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的應(yīng)用方法，該方法中用于制備混凝土的膠凝材料中含有如上任一所述的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料，所述混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的質(zhì)量占膠凝材料的2％～10％。
本發(fā)明是以烷基硅烷、硅灰、水為主要原料，氫氧化鈣為輔助材料，充分利用了烷基硅烷、硅灰以及氫氧化鈣的物理化學(xué)特性：(1)硅灰遇水會(huì)形成羥基，具有活性；(2)硅灰中的二氧化硅微粉具有親水親油兩親性，可以單獨(dú)作為油包水型乳液的固體乳化劑使用；(3)氫氧化鈣粉具有親水親油兩親性，可以單獨(dú)作為水包油型乳液的固體乳化劑使用；(4)氣相二氧化硅為粉末狀，易分散于水中形成均勻的懸濁液，具有親水親油兩親性，可以單獨(dú)作為油包水型乳液的固體乳化劑使用，同時(shí)可以作為懸濁液穩(wěn)定劑，防結(jié)塊劑；(5)烷基硅烷可以與sio2表面的羥基基團(tuán)反應(yīng)生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵將烷基硅烷與硅灰顆粒連接起來(lái)，從而賦予了硅灰微粒的優(yōu)異的表面憎水性能。(6)烷基硅烷化硅灰干燥后容易重新粉碎為微粉。經(jīng)烷基硅烷表面改性硅灰顆粒表面具有優(yōu)異的憎水特性，可以充分發(fā)揮硅灰微粉顆粒直徑小，能夠填充混凝土中的毛細(xì)孔的特點(diǎn)，改變毛細(xì)孔的表面張力，使得混凝土自身具備防水抗蝕作用。本方法制備的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料屬于烷基硅烷化硅灰微粉，相對(duì)其他方法制備的有機(jī)硅憎水粉或其它復(fù)合憎水粉來(lái)說(shuō)，材料易得，制作工藝簡(jiǎn)單，制作過(guò)程環(huán)保，價(jià)格低廉，同時(shí)具有比表面積大、憎水性能優(yōu)異、添加量小、表面成珠效果明顯、耐久性高，對(duì)砂漿、混凝土強(qiáng)度影響小，能賦予防水砂漿、自防水抗蝕混凝土優(yōu)異的防水能力，從根本上保障建筑物的耐久性。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的硅灰是在冶煉硅鐵合金和工業(yè)硅時(shí)產(chǎn)生的sio2和si氣體與空氣中的氧氣迅速氧化并冷凝而形成的一種超細(xì)硅質(zhì)粉體材料，并用煙氣凈化裝置加以回收的，其主要成分為sio2的細(xì)粒煙塵，為原態(tài)硅灰或是低加密硅灰，其堆積密度為150-400kg/m3，其二氧化硅含量一般為85％-92％，其他成分主要為氧化鈉，氧化鈣，氧化鎂，氧化鐵，氧化鋁和活性炭等；烷基硅烷(如異丁基三乙氧基硅烷、異辛基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷)為高純度硅烷液態(tài)單體的一種或一種以上的組合；氫氧化鈣為磨細(xì)粉體材料；水為市政飲用自來(lái)水。
實(shí)施例1
一種混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的制備方法，包括以下步驟：(p1)按照質(zhì)量份選取烷基硅烷21.0份、硅灰35.0份、水42.0份、氫氧化鈣1.5份、氣相二氧化硅0.5份；烷基硅烷為異丁基三乙氧基硅烷(也可以采用異辛基三乙氧基硅烷、正辛基三乙氧基硅烷等的一種或多種或與異丁基三乙氧基硅烷的組合使用)。
(p2)以硅灰為主要成分，加入烷基硅烷，并低速攪拌(500轉(zhuǎn)/分鐘)，使得硅灰完全被烷基硅烷浸潤(rùn)，制得混合物a；
(p3)把氫氧化鈣和氣相二氧化硅混合至水中，并攪拌，制成氫氧化鈣和氣相二氧化硅懸濁液b；
(p4)把混合物a和懸濁液b混合，在高速分散機(jī)高速(8000轉(zhuǎn)/分鐘)剪切乳化，制得烷基硅烷與水的復(fù)合型“水包油包水”(w/o/w)結(jié)構(gòu)型細(xì)膩穩(wěn)定的膏體狀乳液c；
(p5)膏體狀乳液c中硅灰遇水后形成羥基，烷基硅烷與存在大量羥基基團(tuán)的硅灰充分接觸并發(fā)生水解脫醇反應(yīng)生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵將烷基硅烷與硅灰顆粒連接起來(lái)；
(p6)將p4中制得的分散均勻的膏體狀乳液c在溫度60℃下脫水烘干，重新研磨粉碎，制得本發(fā)明的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料，一種烷基硅烷化硅灰粉末。
實(shí)施例2
一種混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的制備方法，包括以下步驟：
(p1)按照質(zhì)量份選取烷基硅烷21.0份、硅灰35.0份、水41.9份、氫氧化鈣2.0份、氣相二氧化硅0.1份；烷基硅烷為異辛基三乙氧基硅烷。
(p2)以硅灰為主要成分，加入烷基硅烷，并低速攪拌(500轉(zhuǎn)/分鐘)，使得硅灰完全被烷基硅烷浸潤(rùn)，制得混合物a；
(p3)把氫氧化鈣和氣相二氧化硅混合至水中，并攪拌，制成氫氧化鈣和氣相二氧化硅懸濁液b；
(p4)把混合物a和懸濁液b混合，在高速分散機(jī)高速(8000轉(zhuǎn)/分鐘)剪切乳化，制得烷基硅烷與水的復(fù)合型“水包油包水”(w/o/w)結(jié)構(gòu)型細(xì)膩穩(wěn)定的膏體狀乳液c；
(p5)膏體狀乳液c中硅灰遇水后形成羥基，烷基硅烷與存在大量羥基基團(tuán)的硅灰充分接觸并發(fā)生水解脫醇反應(yīng)生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵將烷基硅烷與硅灰顆粒連接起來(lái)；
(p6)將p4中制得的分散均勻的膏體狀乳液c在溫度60℃下脫水烘干，重新研磨粉碎，制得本發(fā)明的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料。
實(shí)施例3
一種混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的制備方法，包括以下步驟：
(p1)按照質(zhì)量份選取烷基硅烷21.0份、硅灰35.0份、水42.9份、氫氧化鈣0.1份、氣相二氧化硅1.0份；烷基硅烷為正辛基三乙氧基硅烷。
(p2)以硅灰為主要成分，加入烷基硅烷，并低速攪拌(500轉(zhuǎn)/分鐘)，使得硅灰完全被烷基硅烷浸潤(rùn)，制得混合物a；
(p3)把氫氧化鈣和氣相二氧化硅混合至水中，并攪拌，制成氫氧化鈣和氣相二氧化硅懸濁液b；
(p4)把混合物a和懸濁液b混合，在高速分散機(jī)高速(8000轉(zhuǎn)/分鐘)剪切乳化，制得烷基硅烷與水的復(fù)合型“水包油包水”(w/o/w)結(jié)構(gòu)型細(xì)膩穩(wěn)定的膏體狀乳液c；
(p5)膏體狀乳液c中硅灰遇水后形成羥基，烷基硅烷與存在大量羥基基團(tuán)的硅灰充分接觸并發(fā)生水解脫醇反應(yīng)生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵將烷基硅烷與硅灰顆粒連接起來(lái)；
(p6)將p4中制得的分散均勻的膏體狀乳液c在溫度60℃下脫水烘干，重新研磨粉碎，制得本發(fā)明的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料。
實(shí)施例4
一種混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料的制備方法，包括以下步驟：
(p1)按照質(zhì)量份選取烷基硅烷21.0份、硅灰35.0份、水43.8份、氫氧化鈣0.1份、氣相二氧化硅0.1份；烷基硅烷為異丁基三乙氧基硅烷。
(p2)以硅灰為主要成分，加入烷基硅烷，并低速攪拌(500轉(zhuǎn)/分鐘)，使得硅灰完全被烷基硅烷浸潤(rùn)，制得混合物a；
(p3)把氫氧化鈣和氣相二氧化硅混合至水中，并攪拌，制成氫氧化鈣和氣相二氧化硅懸濁液b；
(p4)把混合物a和懸濁液b混合，在高速分散機(jī)高速(8000轉(zhuǎn)/分鐘)剪切乳化，制得烷基硅烷與水的復(fù)合型“水包油包水”(w/o/w)結(jié)構(gòu)型細(xì)膩穩(wěn)定的膏體狀乳液c；
(p5)膏體狀乳液c中硅灰遇水后形成羥基，烷基硅烷與存在大量羥基基團(tuán)的硅灰充分接觸并發(fā)生水解脫醇反應(yīng)生成穩(wěn)定的化學(xué)鍵將烷基硅烷與硅灰顆粒連接起來(lái)；
(p6)將p4中制得的分散均勻的膏體狀乳液c在溫度60℃下脫水烘干，重新研磨粉碎，制得烷基硅烷化硅灰粉末。
實(shí)施例5
以實(shí)施例1的方法制備所得的混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料和水泥共同作為膠凝材料摻入粗骨料和細(xì)骨料制備混凝土。
按設(shè)計(jì)配比配料，用混凝土攪拌機(jī)干拌混凝土內(nèi)摻自體防水抗蝕材料和粗骨料、細(xì)骨料，使混合物攪拌均勻；加入水和其他液態(tài)外加劑，繼續(xù)攪拌，直至達(dá)到規(guī)定的混凝土攪拌時(shí)間為止，即可得到自體防水抗蝕混凝土，樣品編號(hào)為s-2、s-3、s-4。
以水泥和作為膠凝材料按以上相同步驟制得混凝土，樣品編號(hào)為s-0。
以水泥和硅灰作為膠凝材料按以上相同步驟制得混凝土，樣品編號(hào)為s-1。.
上述樣品比例及所檢測(cè)到的物理性能分別如下表1及表2所示：
表1
表2
可見(jiàn)，加入烷基硅烷化硅灰的混凝土，抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度值相對(duì)于空白樣沒(méi)有明顯的降低；而擴(kuò)散系數(shù)和吸水率相對(duì)于空白樣以及單摻硅灰的樣品有顯著的改善作用。
上面所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行舉例描述，并非對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思和范圍進(jìn)行限定。在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)構(gòu)思的前提下，本領(lǐng)域普通人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變型和改進(jìn)，均應(yīng)落入到本發(fā)明的保護(hù)范圍。