一种硅酸盐水泥硬化浆体表面超疏水改性方法
技术领域
本发明涉及硅酸盐水泥材料防水抗渗处理领域，具体涉及一种硅酸盐水泥硬化浆体表面超疏水改性方法。
背景技术
硅酸盐水泥是一种早期强度高，水化热高，耐冻性好，干缩性较小的建筑用材料。适于制造地上、地下及水中的混凝土，钢筋混凝土及预应力混凝土结构，受循环冻融的结构及早期强度要求较高的工程。
硅酸盐水泥复合材料、混凝土和钢筋混凝土等均以硅酸盐水泥为凝胶材料，将砂、石、钢筋等物质胶结在一起。硅酸盐水泥水化产物主要包括水化硅酸钙凝胶和氢氧化钙，这些产物具有亲水性；另外，硅酸盐硬化浆体中含有大量的孔隙结构，使得外部液体容易渗入硅酸盐水泥复合材料中。且由于自然界中的水常含有各种侵蚀性的物质。例如，酸雨中含有H+离子，河流湖泊中可能含有SO42-离子，撒播融冰盐的地区和海水中含有Cl-离子。这些离子溶于水中，随着水分渗透进入硅酸盐水泥复合材料的孔隙中，会对硅酸盐水泥复合材料造成严重的侵蚀。此外，在冬季结冰气候条件下，即使水中不含侵蚀性物质，渗入孔隙中的水分因结冰-融化反复循环会造成混凝土冻融破坏。因此，减少甚至防止水的渗透是提高硅酸盐水泥复合材料耐久性的重要手段。
改善硅酸盐水泥耐久性最直接的方法是进行表面疏水处理。硅烷/硅氧烷类混凝土防水剂已得到商业化应用并在实际工程应用中取得了良好的保护效果。但是硅烷/硅氧烷防水剂价格极为昂贵，经济性因素限制了这类材料在混凝土领域的大规模使用。申请号为CN201610613076.0的中国专利公开了一种硅酸盐水泥制品超疏水表面的加工方法，其主要使用硬脂酸（或棕榈酸）和甲基三乙氧基硅烷的乙醇溶液为改性剂，虽可提高硅酸盐水泥制品的耐酸雨侵蚀能力，但在配制改性剂时需要使用大量有机溶剂，会对环境造成污染，并且对施工人员的健康造成威胁。
因此，开发水性或水溶性、低成本的硅酸盐水泥复合材料表面疏水改性剂将具有重要经济效益、环保效益和应用价值。
发明内容
为了解决硅酸盐水泥因疏水性差造成的耐久性低的问题，本发明提供一种硅酸盐水泥硬化浆体表面超疏水改性方法，不仅可提高水泥基复合材料的抗渗性、延长其服役寿命，且具有环境友好，成本低廉的优势，适于进行大规模商业化推广应用。
本发明通过以下技术方案实现：一种硅酸盐水泥硬化浆体表面超疏水改性方法，主要包括如下步骤：
1）硅酸盐水泥硬化浆体的获取：将硅酸盐水泥、水、砂、减水剂按照一定比例在搅拌机中均匀混合，混合后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实，隔夜后脱模获得硅酸盐水泥硬化浆体；
2）保湿养护：将步骤1所得脱模样品表面用湿棉布覆盖并定期向棉布喷水至其充分湿润以进行保湿养护；
3）超疏水改性剂的配制：将月桂酸钠溶于水中，得到澄清透明的水溶液；
4）硅酸盐水泥硬化浆体表面的疏水处理：将步骤3所得的月桂酸钠水溶液喷洒在步骤2中经保湿养护的硅酸盐水泥硬化浆体表面，自然风干；
5）后处理：用大量清水淋洗步骤4中风干的硅酸盐水泥硬化浆体表面，干燥后的样品表面即具有疏水性。
进一步地，步骤1中，在配置硅酸盐水泥硬化浆体时，水灰比为0.3-0.5，砂胶比为0-0.3，减水剂用量为硅酸盐水泥用量的0.5%。
进一步地，步骤2中，每隔24 h即向硅酸盐水泥硬化浆体表面的棉布进行喷水保湿。
进一步地，步骤3中，配置的月桂酸钠水溶液的浓度为5-50 g/L。
进一步地，步骤4中，喷涂月桂酸钠水溶液时，喷涂量为50-200 mL/m2。
1. 本发明的有益效果是：本发明公开的一种硅酸盐水泥硬化浆体表面超疏水改性方法的整体工艺简单，可操作性强，操作效率高，获得的硅酸盐水泥硬化浆体样品表面具有超疏水性，可提高水泥基复合材料的抗渗性，延长其服役寿命；
2. 在本发明公开的方法中，以水溶性的月桂酸钠为改性剂，不涉及任何挥发性有机物；克服了硬脂酸（或棕榈酸）改性剂不溶于水而必须使用有机溶剂的缺点，具有环境友好性；
3. 月桂酸钠的来源广泛，与硅烷/硅氧烷水泥防水剂相比较，具有成本低廉的优势。
附图说明
图1为实施例1中得到的硅酸盐水泥硬化浆体表面的水滴接触角照片。
图2为实施例1中得到的硅酸盐水泥硬化浆体表面场发射扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图1-2对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例中涉及到的原料来源：
硅酸盐水泥是安徽海螺水泥股份有限公司生产的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5；
水是自来水或去离子水；
砂是标准砂（厦门艾思欧标准砂有限公司生产）或石英砂（河南东万源净水材料有限公司生产，70-120目）；
减水剂是聚羧酸高效减水剂（德国巴斯夫公司生产）；
塑料模具是聚苯乙烯材质的方形塑料培养皿，其边长为9.0 cm，厚度为1.2 cm，由姜堰市夏南生化仪器厂生产；
搅拌机是JJ-5型水泥胶砂搅拌机；
振动台是HZJ-A型小型水泥混凝土振动台。
实施例1
将普通硅酸盐水泥450克，自来水135克（水灰比0.3），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模，得到龄期为1天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为50 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为153.2度，说明水泥基固体表面具有较高的疏水性，液体不易经由固体表面渗入，较高的抗渗性使得水泥基材料不易受到外界液体的侵蚀，且不会受到空隙内液体溶胀的影响，有助于提高水泥基复合材料的使用寿命。
图2的场发射扫描电子显微镜照片显示在水泥基材料表面形成了由大量微米-亚微米级物质组成的粗糙结构；在部分区域中微米-亚微米级物质排列相对规整并聚集成结构有序的团聚体；团聚体尺寸约在10微米以内；团聚体形状不规则，彼此堆积形成多尺度粗糙结构。
实施例2
将普通硅酸盐水泥450克，自来水135克（水灰比0.3），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模；脱模后的样品用湿棉布覆盖养护，每隔24小时喷水保湿；养护至28天后得到龄期为28天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为50 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为151.8度。
实施例3
将普通硅酸盐水泥450克，自来水135克（水灰比0.3），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模；脱模后的样品用湿棉布覆盖养护，每隔24小时喷水保湿；养护至180天后得到龄期为180天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为50 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为154.7度。
实施例4
将普通硅酸盐水泥450克，石英砂450克（胶砂比为1:1），自来水135克（水灰比0.3），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模；脱模后的样品用湿棉布覆盖养护，每隔24小时喷水保湿；养护至28天后得到龄期为28天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为100 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为152.5度。
实施例5
将普通硅酸盐水泥450克，标准砂1350克（胶砂比为1:1），自来水135克（水灰比0.3），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模；脱模后的样品用湿棉布覆盖养护，每隔24小时喷水保湿；养护至28天后得到龄期为28天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为100 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为152.5度。
实施例6
将普通硅酸盐水泥450克，标准砂450克（胶砂比为1:1），去离子水180克（水灰比0.4），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模；脱模后的样品用湿棉布覆盖养护，每隔24小时喷水保湿；养护至28天后得到龄期为28天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为50 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为151.8度。
实施例7
将普通硅酸盐水泥450克，标准砂450克（胶砂比为1:1），去离子水225克（水灰比0.5），减水剂2.25克在搅拌机中混合均匀，然后倒入塑料模具中成型，并用振动台振实；样品在室温下放置24小时后脱模；脱模后的样品用湿棉布覆盖养护，每隔24小时喷水保湿；养护至28天后得到龄期为28天的硅酸盐水泥硬化浆体样品。将0.5克月桂酸钠溶解于100 mL自来水中，使用喷壶将月桂酸钠水溶液喷涂在硅酸盐水泥硬化浆体表面（9 cm×9 cm）上，喷涂量为50 mL/m2；硅酸盐水泥硬化浆体样品表面自然风干后用大量清水淋洗。样品自然干燥后表面具有超疏水性。
采用光学接触角测试仪测量，样品表面接触角为151.8度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
