自防水堵漏剂 【技术领域】
本发明涉及工程材料，具体涉及一种硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和铝质材料为基材，复合了多种功能性掺加材料制成的自防水型高性能速效堵漏剂。
背景技术
在建筑工程、水利工程、市政工程中，常因结构设计不周，选用防水材料不当、施工质量差、地基不均匀沉降造成建构筑物的渗漏。由于在设计和施工时没有充分考虑混凝土材料的抗渗性和混凝土结构的脆性开裂，许多大型混凝土建筑物、混凝土防渗墙、地下室、隧道等存在着不同程度的渗漏病害，严重影响了其使用功能，影响构筑物的正常使用及寿命，必须进行堵漏防渗处理。
当前，而对于这些结构物修补的难度非常大。通常的做法有以下两种：
1)用掺加了减水剂、防水剂和/或微膨胀剂等的水泥砂浆进行抹面；
2)在墙面上涂刷聚氨酯防水涂料、硅橡胶防水涂料或有机硅等。
这两种方法是在工程交付之前采取的预处理，可以在一定程度上提高混凝土结构体的抗渗漏性。但是，渗漏现象往往发生在已经交付和使用的工程中，这时由于水压较大，如果采用第一种方法，由于普通水泥砂浆与基层的粘接性能较差且凝结时间长，通常在其凝结硬化建立强度之前就已经被压力水冲垮；如果采用第二种方法，一方面这些防水涂料都是溶剂型的，无法与潮湿墙面结合，另一方面，这样薄的涂层也难于抵抗压力水的作用。所以这两种通常的方法都不能有效解决已发生渗漏的混凝土结构的止水堵漏问题。
目前国内市场上的堵漏材料主要分为下列几类：第一类是水泥-无机促凝剂类，这类材料以普通水泥为基料，加入一定比例的快凝组分，如水玻璃等。由于其凝固快，往往拌和不均匀即凑合使用，且水泥收缩大，周边常常渗水。而且材料与混凝土旧基底缺乏粘结力，容易与基底脱离，最后导致堵漏失败。另外水玻璃对皮肤有较强的腐蚀作用，容易灼伤皮肤，给施工操作带来困难。第二类是水泥-有机促凝剂类，这类材料以普通水泥为基料，加入一定比例的有机溶液、合成树脂溶液和水溶性树脂等堵漏材料，这类材料的优点是凝结时间快，但是价格昂贵，而且性能不太稳定，耐久性差，不耐酸碱腐蚀。第三类是合成堵漏材料类，这类材料以普通水泥为基料，加入特种无机防水母料等混合而成的商品化堵漏材料。但这类材料往往凝结时间偏慢，只适用于大面积潮湿、浸入的抹面补渗，不适合处理涌水和喷出的渗漏。第四类是以特种水泥氟铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥为主要成分的快速堵漏材料，这类材料能够在几分钟内凝结，并能够产生较高的小时强度。但是单纯使用氟铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥为主要成分的快速堵漏材料，其不足是虽然能够在几分钟内凝结，但是早期强度不够高，虽然与通用水泥相比，小时强度比较高，一般6h的抗压强度可以达到10.0MPa左右，但是，还远远达不到建材行业标准要求的1h抗压强度不小于4.5MPa，抗折强度不小于1.5MPa的技术要求，不足以起到带水堵漏的作用。其次，粘接性能更是达不到7d不小于1.2MPa的标准要求，与陈旧表面的结合性能差，不适合用于已有表面渗漏的修补。另外，没有考虑提高材料的防水性能的措施，例如提高材料的膨胀性能，以减少裂缝的产生。
从目前市场上的这些快速堵漏材料来看，部分材料具有后期收缩的缺点，大都采用膨胀剂作为补偿收缩的膨胀源，一旦膨胀剂掺量控制不当，就会产生不良反应，影响建筑物的耐久性；另外，这些堵漏材料的防水性能均不明显。因此，从防水工程的需求，开发出具有遇水膨胀、永久防水的快速堵漏材料具有重要意义。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种具有快速堵漏、遇水膨胀、渗透结晶、细微裂缝自愈合以及永久防水的自防水堵漏剂。
本发明提供的自防水型高性能速效堵漏剂，由以下主要组分按重量份数比混合而成：硫铝酸盐水泥20-85，铁铝酸盐水泥5-26，铝质材料5-20，石膏类3-10，微膨胀组分2-10，凝结时间调整剂0-5.0，促硬剂0-5.0，塑化剂0-1.0，以及粘接剂0-3.0。
其中，所述铝质材料为铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥和偏高岭土等中的一种或多种混合。所述石膏类为二水石膏、硬石膏和工业副产石膏中的一种或多种混合。所述微膨胀组分为明矾石、煅烧明矾石和膨润土等中的一种或多种混合。所述凝结时间调整剂为氧化钙、氢氧化钙、硼酸、柠檬酸和酒石酸等中的一种或多种混合；所述促硬剂为碳酸锂、氯化锂和氢氧化锂等中的一种或多种混合；所述塑化剂为萘系磺酸盐高效塑化剂、氨基磺酸盐高效塑化剂、改性三聚氰胺高效塑化剂、聚羧酸盐高效塑化剂等中的一种或多种混合；所述粘接剂为水溶性可再分散胶粉和纤维素等中的一种或两种混合。
具体的，所述自防水堵漏剂，由以下主要组分按重量比混合而成：硫铝酸盐水泥51-85份，铁铝酸盐水泥5-16份，铝质材料5-12份，石膏类3-6份，微膨胀组分2-6份，凝结时间调整剂0-3份，促硬剂0-3.5份，塑化剂0-0.6份，以及粘接剂0-1.9份。
或，由以下主要组分按重量比混合而成：硫铝酸盐水泥85份，铁铝酸盐水泥5份，铝酸盐水泥5份，石膏类3份，微膨胀组分2份。
或，由以下主要组分按重量比混合而成：硫铝酸盐水泥51-85份，铁铝酸盐水泥5-16份，铝酸盐水泥5-12份，石膏类3-6份，微膨胀组分2-6份，凝结时间调整剂0-3份，促硬剂0-3.5份，塑化剂0-0.6份，以及粘接剂0-1.9份。
或，由以下主要组分按重量比混合而成：硫铝酸盐水泥20-76份，铁铝酸盐水泥5-26份，铝质材料5-20份，石膏类3.5-10份，微膨胀组分3-10份，凝结时间调整剂1-5份，促硬剂0.5-5份，塑化剂0.4-1份，以及粘接剂0.6-3份。
或，由以下主要组分按重量比混合而成：硫铝酸盐水泥39-85份，铁铝酸盐水泥5-22份，铝酸盐水泥和/或偏高岭土5-12份，石膏类3-8份，微膨胀组分2-9份，凝结时间调整剂0-3份，促硬剂0-4.5份，塑化剂0-0.9份，以及粘接剂0-2.6份。
本发明中，堵漏剂防渗堵漏的机理是：在水化反应初期，即加水后2～5分钟内，快速形成大量地氢氧化铝凝胶，使水泥浆体加速失去流动性而迅速凝结，堵塞了水泥浆体中的毛细通道，从而降低了孔隙率，缩短了凝结时间，提高了抗渗性能。同时，由于加速的水化反应，水泥中的强度矿物如硫铝酸钙、硅酸二钙和硫铁酸钙等迅速反应产生水化硫铝酸钙、水化硅酸钙和水化铁铝酸钙，能够在短时间内产生强度，15分钟内能够达到1天抗压强度的60～70％，早期强度也得到了极大地改善。
本发明自防水型高性能速效堵漏剂是以硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和铝质材料(铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、偏高岭土等)的基本性能为基础，当有石膏、微膨胀组分等外加剂存在时，硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥与水反应后快速形成具有一定膨胀性的结晶水化物，即水化硫铝酸钙和水化硫铁酸钙，使水化体产生微膨胀，用它填充于缝隙或孔洞中与四周物体产生压应力，而水泥浆体自身致密化，因此这种材料在与混凝土结合处就不会产生收缩裂缝，堵漏效果好；同时，具有一定反应活性的组分在接触水分时，与渗入的水分继续发生反应，产生水化硫铝酸钙、水化硅酸钙和水化铁铝酸钙晶体渗透到浆体的孔隙中，堵漏材料自身具有抗渗防水功能；另一方面，当水再次渗入时，过量的具有一定反应活性物质的组分会吸水并与水分反应从而迅速膨胀，填充并密实渗水的裂缝，并形成一定强度的凝胶，起到进一步抗渗防水的作用。
【具体实施方式】
为更清楚地公开，以下从几方面叙述本发明。
针对防水堵漏材料，从机理上看，最为重要的三项指标是：凝结时间、强度、抗渗性能(膨胀率)。只有满足这三项指标的要求，才能在工程中得到良好的使用效果。
本发明提供的自防水型高性能速效堵漏剂，是以符合现行标准要求的硫铝酸盐水泥(包括铁铝酸盐水泥)和铝质材料，加入适量的石膏、微膨胀组分、凝结时间调整剂、促硬剂、塑化剂以及粘接剂等多种改善防水堵漏性能的材料共同配制而成，以使该材料的上述性能明显优于现有防水堵漏材料。
本发明在满足强度指标要求的基础上，着重在快速堵漏及防水性能上有显著的提高。为此，本发明提出自防水型高性能速效堵漏剂配方如下：按重量份计，硫铝酸盐水泥20-85份，铁铝酸盐水泥5-26份，铝质材料5-20份，石膏类3-10份，微膨胀组分2-10份，凝结时间调整剂0-5.0份，促硬剂0-5.0份，塑化剂0-1.0份，以及粘接剂0-3.0份。在所述配比范围内，还可进行各组分的优选组配，如发明内容中描述的组配变化，在此不予重复。
本发明所用的材料按如下要求选用：
硫铝酸盐水泥：是以适当成分的生料，经高温煅烧所得以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的水泥熟料，掺加石灰石、石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。本发明使用的硫铝酸盐水泥符合国家标准即可。
铁铝酸盐水泥：是以适当成分的生料，经煅烧所得以铁相、无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分的熟料，掺加石灰石、石膏共同磨细制成的水硬性胶凝材料。本发明使用的铁铝酸盐水泥符合国家标准即可。
硫铝酸盐水泥和铁铝酸盐水泥在本发明组配中为主要成分，它们作为无机胶凝材料，不仅能够与拌合水发生水化反应，产生具有一定强度的水化产物(如氢氧化铝凝胶、水化硫铝酸钙、水化硅酸钙和水化硫铁酸钙)，并且能够与施工基面有一定程度的粘接。
铝质材料：包括铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、偏高岭土等中的一种或多种按任意比例的混合，在本发明组配中起到快速凝结并发挥强度的作用。
石膏类材料：选用二水石膏(SO3＞30％)，硬石膏或工业副产石膏(SO3＞45％)中的一种或多种按任意比例的混合，石膏类材料在本发明组配中用于调节水化产物的产生速度，调整凝结时间。
微膨胀组分：包括明矾石、煅烧明矾石、膨润土等中的一种或多种按任意比例的混合，在本发明组配中起到微膨胀作用，具有防收缩防渗透的性能；在本发明中，微膨胀组分过量加入，可以产生二次水化反应，达到自防水的作用。
凝结时间调整剂：氧化钙、氢氧化钙、硼酸、柠檬酸、酒石酸等中的一种或多种按任意比例的混合，在本发明组配中用于调整凝结时间，可以根据施工时的具体操作情况延长或者缩短本发明的凝结时间，以使本发明的凝结时间满足施工的要求。
促硬剂：碳酸锂、氯化锂、氢氧化锂等中的一种或多种按任意比例的混合，在本发明组配中用于促进水化反应速度，从而提高本发明的早期强度。
塑化剂：萘系磺酸盐高效塑化剂、氨基磺酸盐高效塑化剂、改性三聚氰胺高效塑化剂、聚羧酸盐高效塑化剂等中的一种或多种按任意比例的混合，在本发明组配中用于降低本发明的用水量，起到塑化减水的作用，从而提高本发明的后期强度。
粘接剂：为水溶性可再分散胶粉、纤维素等中的一种或多种按任意比例的混合，在本发明组配中用于提高材料与施工面的粘接性能，以使本发明与施工面能够结合成一个整体，从而提高本发明的综合性能。
凝结时间调整剂、促硬剂、塑化剂、和粘接剂可以根据其它确定的具体组分进行选择加入，通过微调满足本发明防水堵漏材料的性能要求。
上述所有材料均可以从市场上得到。
本发明的制备方法是：按前述重量比例称量各组分，将以上原料通过物理机械混合、搅拌，即得到本产品。
实施例一至实施例六：由表1所述材料，采用上述的制备方法进行制备：
表1：实施例一至实施例六的原料组配
单位：千克
按建材行业标准JC 900-2002《无机防水堵漏材料》对上述实施例制成的自防水型高性能速效堵漏剂进行性能检测，结果如下：
表2：实施例一至实施例六的性能检测
以上检测结果表明：
1)凝结时间
本发明材料的凝结时间很短，初凝和终凝的时间间隔在100s左右(例如实施例一初凝时间为130秒，终凝时间为210秒)，凝结时间的间隔短，可带水堵漏。
2)强度
本发明材料的早期强度高，15分钟强度可以达到20.0MPa以上，1h抗压强度可以达到30.0MPa以上，1d抗压强度达到45.0MPa以上，而且后期强度稳定增长，28d强度大于55.0MPa，最高可达65.0MPa。
3)微膨胀性能
本发明材料具有一定的遇水微膨胀性能，水中养护4h的膨胀率大于0.07％，1d大于0.10％，28d大于0.16％。净浆1d在1.0MPa压力下不透水，防水性能提高。
4)粘接性能
本发明材料的粘接强度4h粘接强度可以达到1.0MPa或以上，1d粘接强度可以达到1.5MPa或以上。因此可与底面结合成一个整体，具有防水作用。
从以上检测指标看，本发明提供的自防水型高性能速效堵漏剂的主要性能都高于行业标准的要求，不仅具有凝结时间短、早期强度和粘接强度高的优异性能，可以有效封堵渗漏，而且具有一定的微膨胀性能，硬化后如再次遇水渗入，水能与材料中的过量微膨胀组分发生二次水化反应，产生结晶状的反应产物，且反应产物体积增大，可堵塞渗水通道，起到一定程度的自防水作用。
此外，本发明是以无机材料为主体，不存在老化问题，而且强度和膨胀等性能随着时间的延长不会出现倒缩，使用寿命可与混凝土构筑物相当，具有永久防水的特性。
综合而言，本发明堵漏剂具有快速堵漏、遇水膨胀、渗透结晶、细微裂缝自愈合以及永久防水的特点。本发明材料无毒无污染，无钢筋锈蚀，可广泛应用于各种混凝土构筑物的堵漏防水，有效解决已发生渗漏的混凝土结构的止水堵漏问题。本发明的使用，可以延长混凝土工程的使用寿命，具有显著的技术、经济和社会效益。