高性能混凝土防水材料的性能研究

陳人云

摘要：文章H2SO4為溶劑合成磺化度90%的聚苯乙烯磺酸鈉防水劑（SPS），通過氫核磁共振（1H-NMR），傅立葉變換紅外光譜圖（FT-IR）表征確～XSPS。試驗(yàn)表明磺化度≥90%的SPS在水中較好地分散，所以我們采用不同摻量磺化度90%的sPs對(duì)混凝土進(jìn)行了性能測定，從測試數(shù)據(jù)可以看出，sps防水劑在≥0.40%摻量下其凝結(jié)時(shí)間，透水壓力比，抗壓抗折強(qiáng)度比，收縮率比和吸水量比性能方面均已達(dá)到或超過當(dāng)前國內(nèi)同類防滲材料一等品要求標(biāo)準(zhǔn)，是一種新型的具有良好應(yīng)用前景的剛性防滲材料。

關(guān)鍵詞：砂漿；滲透；合成；防水材料

混凝土已成為工程上應(yīng)用最為廣泛的建筑材料之一。由于干燥收縮、化學(xué)收縮、碳化收縮等原因引起體積收縮而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過其本身的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土必然開裂，其結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性糟破壞。因此建筑工程的抗?jié)B防水，是建筑物使用中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。近年來，隨著人們對(duì)混凝土滲水原因的深化，以及混凝土外加劑技術(shù)的進(jìn)步，開始采用外加配制防水混凝土。文章中合成的防水劑（SPS）具有優(yōu)良技術(shù)性能和低廉的市場價(jià)格，必將使其在防水混凝土中得到廣泛的應(yīng)用。

1.試驗(yàn)

1.1原材料

聚苯乙烯（PS北京燕山，666D）；濃硫酸（98%，分析純）；1，2一二氯乙烷（化學(xué)純）；丙酮（分析純）；氫氧化鈣（分析純）；基準(zhǔn)水泥（山東魯城水泥有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)砂（廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司）。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1聚苯乙烯磺酸鈉（SPS）的合成

將98%H2S04和1，2一二氯乙烷加入反應(yīng)器中，升溫至70℃，攪拌下分3次加入Ps（每次間隔20min），加畢，在此溫度下反應(yīng)20min，升溫至80℃反應(yīng)4h，加入丙酮沉淀產(chǎn)物，過濾，用丙酮洗滌沉淀多次，以除去未反應(yīng)的硫酸，100°真空干燥24h得淺黃色固體。采用氫氧化鈉水溶液中和聚苯乙烯磺化產(chǎn)物得到聚苯乙烯磺酸鈉磺化度的測定水溶液備用。

1.2.2聚苯乙烯磺化度的測定

將一定量的聚苯乙烯磺化產(chǎn)物溶于丙酮中，用O.1mol/I的NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，以酚酞為指示劑，根據(jù)所消耗的NaOH溶液體積計(jì)算產(chǎn)物磺化度。

1.2.3SPS的表征

（1）氫核磁共振（1H-NMR）

以四甲基硅烷為內(nèi)標(biāo)，PS以氘代氯仿為溶劑，SPS以重水為溶劑，使用Bruker AV-300核磁共振波譜儀進(jìn)行測定。

（2）傅立葉變換紅外光譜圖（FT-IR）

將Ps和SPS分別與KBr混合壓片，使用日本島津公司的IRPrestige-21傅立葉變換紅外光譜儀進(jìn)行掃描，波數(shù)400-4000cm-1。

1.3混凝土樣品的制備與養(yǎng)護(hù)

水泥與標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量為1比3，用水量及其它原料根據(jù)各項(xiàng)試驗(yàn)要求確定。采用機(jī)械攪拌，液體防滲劑摻入拌合水中，成型溫度為20±3度，并在此溫度下靜停24±2小時(shí)脫模，然后在20±3度，相對(duì)濕度大于90%的條件下養(yǎng)護(hù)至齡期。

1.4混凝土樣品的性能測定

按國家標(biāo)準(zhǔn)JC/T474-2008《砂漿、混凝土防水劑》、GB/T178-1997《水泥強(qiáng)度試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)砂》、Jc/T 603-2004《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》、GB/T1346-2011《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》、GB/T2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測定方法》、GB 8076-2008《混凝土外加劑》等進(jìn)行測試。

2.結(jié)果與討論

2.1聚苯乙烯磺化反應(yīng)的影響因素

2.1.1 H2SO4/pS質(zhì)量比（R）對(duì)聚苯乙烯磺化度的影響

圖1為R對(duì)聚苯乙烯磺化度的影響，隨著R的不斷增加，聚苯乙烯磺化度不斷增加，這是因?yàn)橐环矫嬖摶腔磻?yīng)為一可逆反應(yīng)，硫酸濃度的增加有利于反應(yīng)向正方向移動(dòng)，另一方面R的增加有利于Ps在硫酸中的分散，增大了反應(yīng)接觸面積，但R超過3.6之后，產(chǎn)物磺化度增加不明顯，可能是因?yàn)镽增大引起反應(yīng)接觸面積已接近極限。

2.1.2反應(yīng)時(shí)間對(duì)聚苯乙烯磺化度的影響

圖2為反應(yīng)時(shí)間對(duì)聚苯乙烯磺化度的影響，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，產(chǎn)物磺化度增大，2個(gè)小時(shí)以后，磺化反應(yīng)基本完成。這是因?yàn)镻s在二氯乙烷和硫酸作用下得到了很好的分散，硫酸初始濃度高，有利于平衡向正向移動(dòng)，初始的正向反應(yīng)速度很快；產(chǎn)物磺化度到達(dá)一定程度時(shí)，硫酸濃度下降，正向反應(yīng)速度減小。

2.2 SPS的表征

2.2.11H-NMR圖3和圖4分別為PS和SPS的核磁共振氫譜，由于聚苯乙烯苯環(huán)上引入-SO3-強(qiáng)吸電子基團(tuán)，使得鄰位氫原子化學(xué)位移明顯地移向低場?；瘜W(xué)位移（δ）7.43的出現(xiàn)證明在聚苯乙烯分子鏈上成功的引入了-SO3-基團(tuán)。

2.2.2 FT-IR

圖5和圖6分別為Ps和SPS的紅外光譜圖：SPS中出現(xiàn)了3個(gè)新峰：1188.15，1128.36cm-1為S=O的反對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，1041.56 on-1為S=O的對(duì)稱伸縮振動(dòng)峰，表明在聚苯乙烯分子鏈上成功的引入了一S03-基團(tuán)。

3.SPS對(duì)混凝土樣品的性能影響

由于磺化度≥90%的SPS才能夠在水中較好地分散，所以我們采用磺化度90%的SPS對(duì)混凝土進(jìn)行了性能測定。表1為磺化度90%的SPS的不同摻量對(duì)混凝土性能的影響。

4.結(jié)語

（1）從FT-IR和1H-NMR圖中可以看出，采用非均相磺化法成功地制備了SPS。

（2）磺化度90%的SPS的不同摻量對(duì)混凝土性能的影響，從測試數(shù)據(jù)可以看出，SPS防水劑在≥0.40%摻量下其凝結(jié)時(shí)間，透水壓力比，抗壓抗折強(qiáng)度比，收縮率比和吸水量比性能方面均已達(dá)到或超過當(dāng)前國內(nèi)同類防滲材料一等品標(biāo)準(zhǔn)要求，是一種新型的具有良好應(yīng)用前景的剛性防滲材料。